2012 十一月

用于移动设备的多层压敏电阻

抗过压的微型保护层

爱普科斯(EPCOS)多层压敏电阻是用于保护电路过压的首选电阻。由于它们的尺寸更小、散热性能优良、钳位电压低,同时低成本,从而比以半导体为基础的解决方案更优。

移动电子电路的应用、消费电子装置和工业设备以及汽车电子设备对过压和静电放电(ESD)非常敏感。由于电压瞬变强度的不同,会潜在的干扰设备或使之甚至完全无法工作。以半导体为基础的防护性元件经常被用来保护电路免受上述危害-主要是瞬态电压抑制器(TVS)二极管。最新的电路发展趋势,例如在智能手机的有限空间内需要更快的数据传输速率,要求有创新的半导体芯片组,然而该芯片组对ESD过压反应极其敏感。由于材料、工艺和设计的创新,TDK第一次可以在智能手机应用方面提供极具吸引力的替代物,即爱普科斯多层压敏电阻(MLV),此电阻尺寸更小,具有超低的钳位电压和极低的电容值。TVS二极管和MLV防护技术的比较受限于钳位电压和漏电流。然而,考虑到这些元件在移动应用方面增加的集成密度,在选择这些元件时需要考虑的另一个重要方面就是它们的尺寸问题。与同等的TVS二极管相比,厚度仅为300 微米的 MLV具备更强的能力吸收能量(图1)。爱普科斯MLV最终能为设计师提供了更节省空间和价格极具吸引力的替代物。


图1:爱普科斯(EPCOS)多层压敏电阻和TVS二极管的设计比较

在爱普科斯MLV中,能量的80%左右被吸收在元件体积中,然而,在TVS二极管中只有30%。因此,为了获得相同的性能,这就要求需要显著较低矮的空间。


爱普科斯MLV另外所具备的显著优势就是它的降温幅度。这些元件的降温幅度达85°C。一些特殊的元件甚至可以达到150 °C。特别是对于智能手机的开发来说,这是一个非常关键的因素,因为功率放大器的损耗,会导致手机内部的温度高达85 °C 。在TVS二极管中,降温是从25 °C开始的,当达到85 °C,它们的吸收功率降到只有原始值的50%(图2)。同时,当涉及到控制高温工作环境时, MLV明显是一个更优的解决方案。MLV的该项性能已经通过测试和模拟以及通过智能手机制造商的验证。

图2:爱普科斯(EPCOS) MLV和TVS 二极管的降额对比

爱普科斯MLV依然能提供可靠的ESD保护,甚至在温度明显高于25 °C时。相反,对于TVS二极管,降温是从25 °C时开始的,这导致其在高温时性能大大降低。


与具有相同性能等级的TVS二极管相比,高度集成的MLV元件提供更好的插入损失,因为这些MLV元件的寄生电感要低得多。这是因为TVS解决方案需要额外的配有引脚和昂贵的内部接合线的外壳。MLV元件只有0.1 纳亨的更低电感系数,例如,在新的0201系列(图3)对钳位电压水平也起到了一个积极的作用。MLV解决方案还特别提供了非常好的性能,通过利用上升的ESD脉冲电压,同时MLV元件的钳位电压比TVS二极管中的要低10%到30%之间(图4)。MLV的响应速度也很快:它们达到纳秒级的超短响应时间,而且要比TVS二极管的响应速度快约30%。

图3:爱普科斯(EPCOS)多层压敏电阻

0201新系列的关键数据

尺寸【毫米】

压敏电阻直流电压【伏】

电容值【皮法】

漏电流【微安】

钳位电压(1安) 【伏】

峰值电压(8 千伏接触电压) 【伏】

0.6 × 0.3

13 至 22

7 至 15

0.1

33 至 66

60 至 80

图4:钳位电压用作ESD脉冲电压

基于MLV的解决方案与TVS二极管相比能提供更为明显的较低钳位电压,特别是在较高的ESD脉冲电压中。


电路设计共同决定性能
由于在纳秒范围内,静电放电是一种高度动态的过程,因此防护性元件的性能也不应该被孤立。相反地,需要考虑的是这种防护性元件与外围设备和整个系统之间的相互作用。除了考虑电路板布局以外,其它分立元件和连接器也必须要考虑。图5显示了用在智能手机电路中的爱普科斯MLV的测量结果与它的竞争对手产品的测量结果之间的比较。很显然,即使有相同的设计和电性值,在一个特定电路当中的元件性能都有着显著差异。在大多数来自不同制造商的不同代智能手机的敏感输入接口中,例如耳机或on/off 开关接口中,MLV元件明显有着更为优越的ESD保护性能。在一个特定电路中,新的爱普科斯MLV要比竞争对手的产品有明显更好的电压峰值和钳位电压值。

图5:爱普科斯(EPCOS) MLV与竞争对手产品比较

新的爱普科斯MLV的电压峰值和钳位电压值相比较竞争对手明显更好。

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