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标题: 详解各种便携式电子产品中的保护电路（下） [打印本页]

作者: forsuccess 时间: 2015-1-17 17:41 标题: 详解各种便携式电子产品中的保护电路（下）

PESD是专门为高数据传输率端口作ESD保护所开发的保护元件。由于它的电容量极低（0.25pF），所以能满足IEEE1394及HDMI1.3的要求，在高速数据传输时满足了信号传输质量。因此在高清电视、LCD等离子电视、笔记本电脑和手机等产品中都采用PESD作ESD保护元件。

　　图8 PESD的抑制特性曲线

　　ESD的主要特性：泄露电流要小，响应时间要短（《1ns），相位电压要低，电容量要小。
　　PESD有俩种型号：PESD0603-240及PESD0402-140，其电气特性如表1所示，其抑制特性曲线如图8所示。
　　ESD元件最重要的参数是电容量。一般MLV的电容量是40～220pf，E系列的电容量是3～12pf；而PESD的电容量仅为0.25pf。

　　图9 2.25GHz下的ESD保护元件眼图

　　图10 3.4GHz下的PESD眼图

　　图11 显示端口保护电路

　　不同工作频率及要求ESD保护元件的电容量关系如表2所示。常用的ESD保护元件比较如表3所示。
　　采用硅ESD保护元件在2.25GHz时的眼图如图9所示，而采用PESD元件在3.4GHz时的眼图如图10所示，这两图的比较说明了PESD的优良性能。
　　图11是一种典型的显示端口保护电路。2.7GHz的高频信号线采用8个PESD保护元件，辅助通道工作频率为1MHz，采用5个MLV保护元件；在低压直流电源中则采用了PolySwitchTM元件作过流保护。这样的设计既满足电路能耗要求，并且降低了成本。

　　图12 USB2.0接口保护电路

　　图13 IEEE1394接口保护电路

　　图12及图13分别是USB2.0接口电路的保护电路设计及IEEE1394接口电路的保护电路设计。
　　PolyZenTM元件及其应用电路
　　PolyZenTM元件器件是由精密齐纳二极管和聚合物正温度系数（PPTC）元件组合而成的集成电路。它是用于防止感应尖峰电压、瞬间高电压、错用电源适配器对电路产生过压、过流危害的保护器件，内部结构如图14所示。其典型应用电路如图15所示。在图15中，RLOAD为被保护的下游电路。

　　图14 PolyZenTM元件内部结构

　　图15 PolyZenTM元件典型应用电路

　　在正常工作时，VIN输入电压高于齐纳二极管的击穿电压VZ，有IFLT电流经齐纳二极管到地，VOUT输出稳定的电压。有不正常的过压输入VIN时，则齐纳二极管的IFLT会产生过流，当器件上有过流时，其电阻由低阻态瞬变到高阻态，使在其上的压降大增，VOUT输出基本不变，而流过齐纳二极管的电流 IFLT反而减小，如图16所示。器件上电压降的增大既保护了齐纳二极管，又保护了下游的电路。另外，若被保护的下游电路中存在有局部短路或短路故障时，IOUT会增加，PPTC元件由低阻态变成高阻态，可使电路得到过流保护。

　　图16 PolyZenTM元件工作时的电压或电流变化

　　该器件的主要特点：保护下游电子元器件免受过压及反向偏压的损害（例如5V的适配器错用了12V的适配器或极性接反）；由于PPTC元件的作用，减少了齐纳二极管散热的要求，减小占PCB的面积及降低成本；在过压故障时，VOUT输出基本不变；齐纳二极管的耐受能量大，可达30W；小尺寸贴片或 4mm×4mm封装。
　　该器件主要应用于便携式多媒体播放器（PMP）、GPS、5V和12V硬型驱动器的总线保护、USB5V总线保护等。
　　该器件有9个品种，其电气特性如表4所示。其中，ZEN132V230A16LS及ZEN056V075ALS是即将上市的新产品。
　　结语
　　由于电路保护元器件看起来是一些结构简单的元器件，往往不被人重视。在众多电路书籍中，没有介绍保护电路或仅介绍几种老产品（如保险丝、氧化锌压敏电阻及TVS），这方面的技术书籍跟不上产品的发展的需要，所以资料的来源主要是电路保护元器件生产厂商的数据资料及应用指南。
　　由于篇幅所限，本文仅简单地介绍了泰科电子公司几种应用在便携式电子产品中的保护原器件。另外，保护元器件的应用范围极宽，除便携式电子产品外，还有通信、汽车、医疗仪器、家用电器、工业控制等领域。

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