电路保护元件的发展与应用

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3.3高可靠厚膜固态熔断器

这是美国AEM公司的专利产品,有多种规格,从低压到高压,目前最高电压可达DC660V/100A，完全符合MILPRF23419/12(即FM12)的要求,并保持了多年零故障的优异记录。AEM公司是世界上唯一被美国航天总署NASA认证的FM12型高可靠熔断器生产厂家,也被列入美国国防部QPL表。这种高可靠固态熔断器主要用于航天和军事装置。休斯公司、马丁公司、TRW等欧、美、日著名宇航公司均采用这种产品。

这种固态熔断器分引线式和片式两种类型。它是在陶瓷基体上用厚膜工艺制备设定形状的特殊合金导电带,这种合金导电带的电阻具有正温度系数。用特殊的树脂包封，图3是其结构示意图。这种FM12型高可靠固态熔断器具有以下特点:其熔断特性与周围环境的真空度无关(FM08型高可靠陶瓷管－金属丝熔断器与周围真空度有密切关系);由于是固态结构,可承受强烈的振动,达30g/3kHz(FM08型为10g/2kHz),耐冲击达1.5kg(FM08为100g);在过电流熔断时,由于特殊树脂的严密包封,不会发生爆炸现象,也不会出现电弧、气体、微颗粒等污染;结构紧凑，体积小。表1是陶瓷管-金属丝型熔断器(FM08A)的特性数据。表2和图4是美国AEM公司生产的高可靠固态熔断器(FM12)的典型数据和特性曲线。可以看出,AEM生产的这种熔断器,不仅规定了最大断开时间(ClearingTime)，而且给出了最小断开时间。其它厂家的熔断器几乎都不提供这一数据,而在设计某些要求严格的电路时需要这些数据。

3.4有机高分子聚合物自恢复型保险丝

这类保险丝是近年由美国Raychem公司最先开发的新型过电流保护元件,它实质上是一个正温度系数热敏电阻器。它是在有机高分子聚合物中加入导电颗粒而构成的，其特点是具有自恢复性,即过电流之后又恢复到常态,不必更换,也不必一定将它安置在电子产品中手可触及的部位，因而给用户带来许多便利,很受欢迎。不足之处是阻抗较高。一般说来,在电路正常状态下,其阻抗比相同的金属型熔断器较高,这样,就增加了电子产品的电能消耗。在某些电路中,由于其电阻大而产生热噪声。与金属型熔断器比较,其响应速度慢，存在老化现象。在个别电路中,当发生过电流时,它起保护作用,使电路回到正常状态。但若引发过电流的故障原因未被及时排除,则会出现过电流状态--正常状态--过电流状态的反复循环,从而给电路带来麻烦，需要与其它保护元件组合使用。虽然这种过电流保护元件还有一些不足之处,但它的自恢复性优点是很吸引人的,各生产厂家都在研究改进,主要方向是提高耐电压/电流、降低电阻、提高强度和稳定性,并日益取得进展。如Raychem公司最新的miniSMDM75/24型,24V,40A及miniSMDM260型,8V,40A。尺寸为4.5mm×3.2mm，适用于键盘、鼠标器、主机板、显示器、电源适配器等。TycoElectronics公司生产TSL250080型产品,它可以承受2/10μs,800V,100A的放电,专用于建筑物内部的电信系统,以防止120V或250V交流电故障。

3．5PTCR和NTCR

PTCR和NTCR是己被广泛应用的过电流保护和温控元件。一般说来,作为电路保护元件,大多采用PTCR;而作为温度控制、温度补偿元件,大多采用NTCR。近年来,除引线型分立元件外,片式PTCR/NTCR具有显著的优点,发展很快。

3．5．1片式陶瓷PTCR

随着SMT的发展,片式陶瓷PTCR的需求快速增加。一般的温度动态范围在85℃～150℃,精度达±5℃。但由于BaTiO3的固有特性,致使单层型片式PTCR的阻值较高,不能满足某些电路的要求;叠层型片式PTCR相当于多个很薄的PTCR的并联,因而不仅能明显地减少其阻值,而且提高了其热响应速度。将它以适当方式贴在半导体功率管和IC芯片上,就可以有效地保护这些关键器件。若在LCD控制电路中加入PTCR,则可以在宽温度范围内保持良好的显示效果。然而，这种叠层型片式PTCR的制造工艺难度大,目前国内尚处于开发初期，但人们一致认为其发展前景十分广阔。

3．5．2片式陶瓷NTCR

它的阻值随着温度的升高呈现指数形式下降,阻值随温度的变化率一般为百分之几，因而其测温精度很高,而且结构简单,使用方便，获得广泛应用。特别是近年来,移动通信飞速发展,需用大量的温补晶体振荡器,这就为NTCR提供了巨大市场。从结构上讲,片式NTCR除了玻璃管封装形式外，还有单层型和多层型之分。一般热敏陶瓷材料的电阻率决定于该材料的热激活能,因而B值高时电阻率也高。所以，单层型NTCR难以同时保持高B值、低电阻的特性,如果将电阻降至300Ω,B值就可降到3000。反之,叠层型片式NTCR却可以同时实现低电阻和高B值,如SIEMENS公司的C1621型叠层片式NTCR,电阻降到几十欧姆时,B值仍能保持在3500以上。深圳顺络公司的STH1608型,电阻为100Ω时,B值为3150,为国内一流水平。

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