多层压敏电阻阵列的滤波连接器设计

2017-08-30 温州创捷防雷电器有限公司 182

中心议题:

  • 多层压敏电阻阵列的滤波衔接器方案

处置规划:

  • 压敏电阻方案
  • 多层平面电容阵列方案
  • 多层压敏电容阵列方案


“衔接器对付电子设备没有甚么进献”是一个陈旧的和有争议的说法,写出来后诱发了一些争辩,但而今毫无疑难曾经是过时和错误的!现在单个的衔接器,能对峙中缀的或瞬态的噪声完成设备保护机能。当然,随即而来的等于费用题目。加之滤波机能,一个10美元的衔接器就成为一个100美元的衔接器。加之防电压尖峰机能,你就必要面对1000美元的衔接器了。

荣幸的是,迩来的改进曾经篡改了这个令人怀疑的排场。多层平面阵列的滤波式电容器,而今可完成如瞬态保护的机能。给与多层压敏电阻平面阵列起瞬态保护的滤波衔接器为产品方案供给了一个可选规划。

压敏电阻

压敏电阻等于可变电阻。在较低的运用电压时,压敏电阻充当一个传统的高阻值电阻并从命欧姆定律,当超过肯定的阈值电压后,该器件变得高度导电,在高电压时体现出低的阻抗。当压敏电阻导电时,它钳位外加电压到指定的最大值,该值是设备能够经受的。仰仗这些个性,压敏电阻在电子产品中获得运用,保护电路远离瞬间过电压。在低电压时,压敏电阻相通于一个陶瓷电容器,正因为如此,它能够当作措置中缀噪声的滤波器的一局部。那么,为甚么压敏电阻器不一再应用在滤波运用中,使他们可能完成两重角色——即中缀噪声衰减和瞬态电压抑制器呢?

压敏电阻脉冲等第

当把压敏电阻器用作滤波应历时,其限定之一是:其保护机能升级,这也许是电压电涌重复性袭击的成就。

压敏电阻器是由陶瓷材料制成的。多半压敏电阻其重要因素是氧化锌(ZnO)。同时添加了大宗其他氧化物,如铋,钴,锰等。是以,压敏电阻无意偶尔被称为金属氧化物压敏电阻或MOVs。

在制造历程中,原始的陶瓷粉末举办混合、成形,尔后烧制。并用金属化来完成电气衔接。在陶瓷的烧制历程中,构成为了多晶布局(图1)。添加的金属氧化物移动到结晶体的边缘,构成半导电层P-N结。这象征着均匀晶粒尺寸由原始粉末配方和烧制温度来决定。当单位晶粒鸿沟的外加电压低于3.6伏特时,晶粒鸿沟泛起高的电阻性。高于上述门限后,将举办切换酿成高的导电性。
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图1

压敏电阻本人的切换电压取决于电极间均匀晶粒的数量。

压敏电阻的晶体布局没有偏向性,是以,压敏电阻是双极性器件。它们体现出的电子个性,如对称性、尖峰电压击穿个性,相通于背对背齐纳二极管。传统的观念以为压敏电阻在高电流重复脉冲下会招致电气机能的升级,(分外是低落了其钳位机能,添加了它们的泄电流)。有一段时间,压敏电阻制造商要求应用大晶粒的陶瓷因素。大晶粒尺寸使得单位面积的电极有更少的晶体鸿沟和电极之间有更长的电流路子。单位面积电极上的勾串电阻绝对较高,招致成比例地低落峰值电流的容量。

对在低电压下任务的压敏电阻表面贴装片,要求应用紧密晶粒陶瓷因素,这个须要能够在多层布局下完成。当这一方针完成后,绝对付多层布局供给的元件表面,衔接到大电极面积上的细小荒僻冷僻均的晶粒使得单位元件体积内峰值电流容量大幅的添加。

多层压敏电阻器(MLVs)的电流和能量比绝对付其他压敏类型是特别很是波动的,而今可能展现MLVs能够经受住成千上万次全额定电流峰值袭击,而机能不升级。

速度与过冲

各类瞬态保护技术的元件制造商愿望给与他们喜好的产品,反应速度、或不给与往常成为压敏电阻思索的题目。压敏电阻基底材料的响应时间要远远少于500皮秒。

局部晚期压敏元件反应时间低落的重要因素是制品封装时诱发的寄生电感。在布局中应用了25至50毫米的引线,其体现出0.6nH/mm的电感,而高自感构成径勾引线压敏电阻的个性。

而今,多层布局已消除引线,一个典范榜样的电感为1200pH量级的1206MLV芯片的响应时间不超过1纳秒。其他元件的设置,若是成为滤波电容器的布局,对付压敏电阻是合适的,其等效勾串电感(ESLs)应低至30pH。这些为响应时间升高到几十皮秒供给了可行性。

压敏电阻布局中固有自电感(L)所形成的另外一个题目是电压过冲。因为压敏电阻自感(L)的启事诱发变化的电流(di/dt),会爆发-Ldi/dt的电压。在电压尖峰,压敏电阻器大将泛起一个过冲(钳位电压和压敏电阻自感爆发的认为电压之和)。缩小MLV滤波器布局中自感伤数十pH,能够消除所担心的电压过冲。
EMI滤波器

针对辐射无效的办法是樊篱。辐射噪声能量被樊篱体吸收并以热的事态流失。针对传导无效的办法是EMI滤波器,将传导能量从受保护系统转到地里。(图2)。EMI滤波器由电容器和电感器构成,把持其不同的阻抗个性,来决定性的缩小没必要要的信号。

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图2
滤波器是双向的。它禁止不想要的信号远离系统,同时也禁止该系统向外发射噪声。而今一个对照宽泛的做法是将滤波器装在设备的电路板上,但最无效的照旧将滤波器搁置在设备樊篱体的出口和入口。衔接器能够将电源和信号电缆并在一路,这样它们进入设备樊篱体只在一个点处。在衔接器内每个接触的处所,均能够构成一个滤波器,按照系统的要求能够是C,T,L或Pi型布局。因为滤波衔接器的应用能够去掉电路板级的滤波器电路,从而可低落全体系统的尺寸和份量。同时,因为焊点数量的缩小,系统的稳定性获得进步。

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多层平面电容阵列

多层平面阵列是一种特定的用于EMI滤波衔接器的元件方案模式。一个陶瓷块内蕴含有多种电容器。单个接线都是通过通孔衔接到每个电容器,并且在器件范畴内都衔接到地。当信号沿多条路子到地时体现出无比低的阻抗(图3)。衔接器的每个讨论衔接到一个或多个阵列内的孔上。在每个孔里有一个电容器——‘热电极’与周围的全体衔接起来,空中电极笼罩全体平面并且和衔接器外壳通过平面周边衔接起来(图4)。

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图3
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图4(原文图上翰墨看不领略)

以平面为基础的滤波衔接器适用于悉数MIL-STD衔接器方案。衔接器的状况(该平面阵列的形状必须同等)均为圆形或长方形。经常使用的矩形方案蕴含D-Sub和高密度D-Sub和微Ds,Arinc404s和Arinc600。不规矩状况也能够。相应的平面尺寸是:从5毫米见方到75毫米直径。

接触数量从2个到200多个。标准的接触范畴从0.3毫米直径向上到同轴电缆——全数能滤波。标准接触程度从0.63毫米开端。

平面阵列内,有多达6种不同的、没有任何比率相干电容值能够布置在版面上。每个平面能够指定不同的任务电压,一个典范榜样300伏额定直流电的平面能够经受高达750伏的瞬态峰值。瞬态手段达3000V必要指定。个别的孔也许是绝缘的(馈入点)或接地。能够指定最大为10MΩ的地平面电阻,并且串扰电容能够限定在10pF或更小。

平面阵列的烦复性不在于烦复的电气要求以便构成单个元件,而在于制造该器件的机器精度。典范榜样征兆下,衔接器的引脚地位精度必须优于±0.05毫米,而平面阵列必须有类似的或更好的公差。平面必须在陶瓷煅烧以前完成(成形和钻孔),在煅烧时它们会紧缩,一般是百分之二十左右。30毫米直径平面煅烧后引脚的地位绝对付中心基准点移动最多超过2.5毫米,也等于说它是管脚公差准许值的50倍!

平面阵列是一种最早进的无源器件。每个器件领有多个电容器,多个电容值以及多种电气机能的替代品,它等于一种原始的集成无源元件。

多层压敏电容阵列

低电压时多层压敏电阻的效率像电容器。晶体颗粒的鸿沟是绝缘的,体现出介电材料个性。MLV的无效介电常数约800,是典范榜样的X7R多层电容器介质介电常数的四分之一到三分之一。从压敏变阻器获得的电容值是低于那些传统的电容器。鉴于这些是常例多层电容器技术所能获得的低端产品,从总价值看,MLV的滤波机能与一个电容器比拟是无辨别的。

当运用于滤波器时,压敏电阻供给了额定的瞬态保护机能。它将暂态电压脉中所载的能量消费成热(图5)。高导电氧化锌颗粒作为散热器可确保全体器件中迅速荒僻冷僻均地散热,并只管缩小温度回升(可是压敏电阻只能够消费大宗的均匀功率,不安妥运用在中缀功率消费上)。

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图5

已有究竟标明,能够建造一种多层布局,不具备多层电容元件布局,于是不能重复用作压敏电阻。这些烦复的构成局部归入到起保护作用的EMI滤波衔接器(蕴含插头和插座)和滤波适配器。他们能够用于替代或调解在C,L,T或Pi滤波器布局中的电容器。

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