电路保护元件的发展与应用

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作者：张力1，马存云2

（1.清华同方股份有限公司，北京100084）（2.临沂师范学院物理与电子科学系，山东临沂276004）

1引言

随着科学技术的发展,电力/电子产品日益多样化、复杂化,所应用的电路保护元件己非昔日的简单的玻璃管保险丝,而是己经发展成为一个门类繁多的新兴电子元件领域。2000年全球销售额达到44亿美元。例如,Littelfuse公司有15大类产品,2000年销售额达3.71亿美元;美国AEM公司的宇航级高可靠熔断器己广泛用于欧、美、日的各种航天器和新一代电子产品的重要部位的电路保护中。Cooper/Bussmann、GCL、WickmannWerke、Schurter、Raychem、上海维安、上无十五厂、功得利、好利来、精科、兴勤、雅宝等厂家研发生产各种特性的电路保护元件,供客户选择。随着电子产品的更新换代,对可靠性和安全性的要求日益提高,尤其是我国加入WTO之后,世界电子产品组装业向中国转移,人们对各种电路保护元件的发展和应用将更加关注。本文对此作简要介绍。

2电路保护元件的重要性日益增加

在各类电子产品中,设置过电流保护和过电压保护元件的趋势日益增强,之所以如此,归纳起来主要有以下几个方面的因素：

（1）随着电子产品发展的需求,IC的功能(集成度)也越来越强,其"身价"自然越来越高贵,因而需要加强保护。

（2）为了降低功耗、减少发热、延长使用寿命,半导体元件和IC的工作电压越来越低,据SIA(美国半导体行业协会)统计,目前工作电压在1.5V左右,到2004年将降到1.2V以下,因而其抗过电流/过电压的能力需要适应新的保护要求。

（3）移动式电子产品越来越多,如手持机、PDA、笔记本电脑、摄录机、数码相机、光盘机等,这些电子产品都需要电池组件作为电源,在电池组件和电池充电器中都必须配备保护元件。

（4）在现代豪华型汽车中,装备的电子设备越来越多,而且工作条件比一般的电子产品更恶劣,如汽车行驶状况和环境瞬息万变、汽车起动时会产生很大的瞬间峰值电压等。因此,在为这些电子设备配套的电源适配器中,一般都需要同时安装过电流和过电压保护元件。

（5）众多电力/电子产品都需要防止雷击以及电源线与电话线的交扰,以保证正常通信和用户人身安全。所以,随着电力/电子产品的发展,过电流/过电压保护元件的需求呈上升趋势。

（6）据统计,在电子产品出现的故障中，有75％是由于过电流/过电压造成的。IBM曾分析过计算机电源的故障原因,其中88.5％是由于过电流/过电压造成的。随着人们对电子产品质量的苛求,制造厂家为了提高市场竞争力,就必须大量采用电路保护元件。

3过电流保护元件

图1金属薄膜表面贴装型熔断器的结构和尺寸（Littelfuse公司）

图2金属薄膜表面贴装型熔断器的特性曲线（Littelfuse公司）

图3高可靠厚膜固态熔断器的结构（美国AEM公司）

图4高可靠固态熔断器（FM12型）特性曲线（美国AEM公司）

图5叠层型陶瓷压敏电阻器特性曲线（深圳顺络公司）

3.1通用金属丝型熔断器

这类熔断器主要是在玻璃或陶瓷管内置放金属保险丝而成,其特点是一次性使用,出现故障后需要更换。使用方便,价格低廉，仍是目前熔断器中数量最多的产品，品种规格齐全，广泛应用于各类电力/电子产品中。有些厂家的这类熔断器通过了UL认证,能够满足UL248和IEC127规范的要求。因此,安装这类熔断器的产品可以在世界各地销售。

3.2表面贴装型SMD熔断器

为了适应SMT的需求,近年来一些熔断器厂家开发了多种表面贴装型SMD熔断器。美国AEM公司最近在网上发表了叠层多元独石SMD熔断器（USPatent6,034,589:MultilayerandMultielementMonolithicSurfaceFuse）,它是用该公司的UV专利工艺制造的陶瓷叠层元件，相当于将几个熔断丝并联，因而它具有体积小、能量密度大、独石结构可靠性高、精度高、响应速度快、易与其它元件集成等诸多优点，是目前世界上单位体积承受功率最大的SMD熔断器，其封装系列有0402/0603/0805/1206等。又如Littelfuse公司最近推出一种0402封装的快速响应SMD熔断器,其外形结构与尺寸如图1所示,性能曲线如图2所示，它是在环氧树脂基体上制作金属薄膜熔断丝,聚合物包封。当负荷电流为额定电流的200％时,断开时间为5s,当为300％时,断开时间不超过0.2s。断开后的隔离电阻大于10kΩ。工作温度范围为－55℃～90℃。其特点是瞬间电流响应速度快、额定电流精确。该公司的0603封装系列的性能为0.25A/32V～5A/32V;1206系列为0.5A/63V～3A/32V。AVX公司在氧化铝陶瓷基体上制作金属簿膜熔断丝的AccuGuard系列SMD熔断器，封装尺寸为0402/0603/0805/1206,从0.25A/32V至3A/63V。BUSSMANN、WICKMANN、Schurter等公司也有同类产品供用户选择,这类熔断器可用于高档电脑、电信、数据传送系统,为关键的IC和重要的电路部位提供过流保护。

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