便携式电子产品的电路保护

电路保护是设计的重要工作

　　在电子产品中最重要的设计工作是电路设计。电路可分为两类：功能电路和保护电路。功能电路（如电源电路、振荡器电路、A/D变换电路等）是用来实现电子产品各种功能的；而保护电路（过流保护电路、过压保护电路及过流、过压保护电路）是用来保护功能电路，以实现电子产品的安全性、可靠性及耐用性的。

　　近年来，便携式电子产品发展迅速，如MP3、MP4、PMP、DVD、数码相机及摄像机，笔记本电脑、上网本（一种小型笔记本电脑）和智能手机等。这些便携式电子产品的主要特点是功能多、电路复杂、工作频率高、频带宽、信号传输率高，并且体积小（全部采用SMD元器件），这对电路保护提出了更高的设计要求。在手机、笔记本电脑一类便携式电子产品中，由于其工作频率高、频带宽、要求高数据传输速率，电路保护设计的优劣就不仅涉及电子产品的安全性、可靠性和耐用性，同时也涉及到电子产品的性能质量及成本。所以，电路保护是电子产品设计的重要工作。

电路保护的重要性

　　现在的便携式电子产品中，电路保护的范围极宽，数量也多。这里举两个典型便携式电子产品来说明电路保护的重要性。

1 手机

　　手机的发展从单一的通话到能实现听音乐、拍照、上网、看电视、GPS等功能的智能手机，电路愈加复杂，而相应的保护电路范围也不断扩展。图1是手机中需要保护的各个部位。

　　 图1 手机中需要保护的部件

2 笔记本电脑

　　笔记本电脑已成为一种时尚的便携式电子产品，最近开发出的"上网本"更受到年轻人的青睐。笔记本电脑比手机更复杂，其需要保护的部件范围更广（见图2）。

　　 　　图2 笔记本电脑中需要保护的部件

　　这里要说明的是，图1及图2中的便携式电子产品还不是最新的产品，但也能看出来电路保护的范围之广及数量之多，可见保护电路在这些产品中的重要性。

　　正是这些保护元器件才实现了电子产品的安全性、可靠性和耐用性，并且减少了用户的维修次数、维修费用及设有手机及笔记本电脑对工作带来的影响。

保护元器件的种类及工作原理

　　保护元器件分为三类：过流保护、过压保护及过流、过压保护。它们的基本工作原理如下。

　　1、过流保护

　　过流保护元件是一种非线性正温度系数热敏电阻（PPTC），如图3所示。一旦有过流状态出现，过大的电流让保护元件发热使阻值发生变化，由低阻态跃变为高阻态，从而限制电流，使被保护的电路免受过流损坏；在过流故障排除后，保护元件冷却，自动由高阻态转变为低阻态，恢复正常工作。这种保护元件称为自复式过流保护元件，如泰科电子公司的PolySwitchTM元件。

　　 图3 PolySwitchTM元件工作电路

2、过压保护

　　过压保护元器件并联在被保护的电路上（见图4）。在输入电压未过压时，过压保护元器件呈高阻态，其泄漏电流甚微；一旦输入电压过压时，过压保护元器件在瞬间提供低阻抗通路，并将电压钳位于安全的低电压，从而保护电路免受过压损害。当输入电压降落到正常工作电压时，过压保护元器件会自动恢复到高阻态。泰科电子公司的多层压敏电阻（MLV）及ESD保护元件PESD就是常用的过压保护元件。

　　 图4 过压保护元件工作电路

　　3、过流、过压保护

　　过流、过压保护器件是过流保护元件与过压保护元件组成的模块（集成电路），如图5所示。它能在输入电压过压或由于短路造成过流故障时，保护电路不受损害。

　　 　图5 过流、过压保护器件工作电路

　　泰科电子公司的PolyZenTM元件就是常用的过流、过压保护器件。

便携式产品的保护元器件的特点

　　为满足便携式电子产品对保护元器件的要求，保护元器件应具有下述特点。

　　1、性能

　　● 响应时间要短；
　　● 自身的功耗要小，可延长电池寿命；
　　● 性能稳定，并且寿命长；
　　● 不影响被保护电路的性能；
　　● 满足对环境的要求（无铅，符合RoHs规范）。

　　2、封装及尺寸

　　● 贴片式（SMD）封装，满足SMT要求；
　　● 封装尺寸小（占PCB面积小）及剖面高度小。

　　3、其他

　　● 可以采用回流焊焊接工艺；
　　● 价格低，降低产品成本。

PolySwitchTM元件及其应用电路

　　PolySwitchTM元件是一种自复式聚合物非线性正温度系数（PPTC）热敏电阻。泰科电子公司在1995年就开发了贴片式 miniSMDTM过流保护元件，近年来又开发出microSMDTM、nanoSMDTM及picoSMDTM等尺寸更小的系列。另外，在miniSMDTM系列中增加了24V、60V的新品种及在microSMDTM系列中增加了2.0A的品种。

　　PolySwitchTM元件的主要参数：在未过流时，其电阻值很小（不同的额定电压下阻值不同，一般为零点几Ω到几Ω）；在过流发生时，其电阻值可达mΩ，电流极小接近"断开"，且断开时间（time-to-trip）更短。

　　该元件的封装尺寸小；电流为0.05～3A；电压为6～60V；常态时阻值小；通过UL、CSA及T哣论证。

　　该元件应用范围极广，主要为计算机、便携式电子产品、多媒体、游戏机、移动电话，同时也适用于汽车、工业控制及电池等。