BOURNS开发出全球首款纳秒级突波保护硅器件

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 目前市场上的电子设备一般都采用可自恢复的PPTC(聚合物正温度系数)元件来保护电路免遭短路、过温、交流电源交叉、感应电流和雷击浪涌引起的损坏,但这些PPTC元件的耐压一般较低(通常为几十伏),如果把耐压做到200V以上,其反应时间又会较慢。由于一般工业和消费电子设备都使用220V市电,且电子设备内部IC因工艺先进而变得耐压较低,一旦遇到上述错误情况时,电子设备内部电路很可能在PPTC未发生作用前就被瞬态大浪涌损坏。因此,电信、工业、汽车和航空航天市场对于耐高压、反应速度更快的电路保护器件的需求也更为迫切。

因应这一市场需求,全球知名保护器件方案供应商美国Bourns(柏恩)公司开发出了独特的TBU(场效管触发器)电路保护器件,它采用了硅技术而不是聚合物技术,是近十年来电路保护方面首次发布的新产品。这种器件通过切断电流的机制来阻止一个瞬态干扰,而不是转移或分流浪涌到地。

TBU在MOSFET基础上实现,串联于接口处的信号线上或电源线上,通过MOSFET来实时监测电流并触发电路保护功能,保护接在TBU以后的敏感电子设备不会因受到大的突波电流或电压而损毁。一旦电流超过TBU器件的触发电流,TBU即可在不到1微秒的时间内迅速做出反应,阻断突波电压通过。当电流突波瞬间消失后,TBU又能自动重置,恢复正常工作。

Bourns公司工业与消费市场总监Kelly Casey表示:“TBU是业内第一款反应速度达到纳秒级的可恢复过流保护器件,可为后端电路提供非常快速和可靠的保护,而且DC耐压高达850V,AC耐压高达425V,我们竞争对手的可恢复PPTC元件根本达不到这样的性能。此外,TBU的电容值很小,能够提供3GHz的高带宽,这使得它可接到VDSL2线路上而不会对电路性能带来任何影响。TBU目前主要针对测试仪器、LVDS和CAN总线、远程仪表、工业控制、铁路和大容量运输车辆、航空设备、传感及报警器、RS-485接口、POTS用户接口卡、太阳能面板上通信接口、汽车直流电机、电池组、VOIP卡、ONU和ONT、网关和Modem、10/100GbE以太网和T1/E1线路、SDI高清视频传输、SPD信号防雷器。”


ESMC分析师与Bourns市场总监合影留念

随着当今电子设备的工作频率和信号线数据传输速率越来越高,“电子设备更高的数据速率正在对保护工程师提出真正的挑战,”Bourns电信市场总监Paul Wiener也说,“我们独特的TBU保护技术限制了流入敏感电子设备的能量,而且由于本身的低电容值特性,还不会影响高数据速率线路的性能。这允许工程师在他们最高带宽应用上也能进行高性能的突波电流保护。”

当然,单独一个TBU是防不住雷击浪涌的,还需要GDT从旁协助。TBU采用体积较小的DFN封装,采用Bourns独特的TBU器件后,可以省掉体积较大的旁通保护元件,节省宝贵的PCB空间。TBU是一个开关器件,它可以起过冲保护作用和大幅降低通过TBU的能量,从而PCB板的可靠性和寿命。

Kelly Casey指出:“TBU的定价相对于传统解决方案来说是要贵一些,但对于那些需要快速响应性能的高带宽应用来说,TBU总体解决方案的价格是非常具有竞争力的,因为它可帮助客户节省工程开发时间、采购和制造成本、上市周期和维修成本。”

尽管目前业内能提供TBU保护器件的供应商非常少,但TBU高速保护器件已经面市近十年了,只不过它主要被第一流的客户所采用。

Kelly Casey说:“TBU器件目前在中国市场还处于一个让客户了解和接受的过程之中,但需求很明显在增长。我相信未来几年中国市场对TBU器件的需求将会有一个巨大的增长。目前我们主要为中国电信客户提供TBU产品,但越来越多的工业和消费电子应用也开始对TBU器件提出订购需求。”

TBU器件主要应用在工业应用设备的RS-485接口上,目前RS-485已成为工业仪表和设备的标准接口,因为它的抗干扰能力非常强。Kelly Casey表示:“目前每年全球工业市场对RS-485接口的需求量在1亿个左右,这对我们的TBU产品来说是一个非常巨大的机会。”

TBU保护方案的主要特点及优势有:1)完全自恢复式过电流、过电压集成保护器件;2)极快电隔离技术,瞬间阻断突波能量进入负载电路,而非转移或转接到地;3)电子限流器(ECL)启动时间 <1µs;4)可通过100V~240V交流电搭接测试;5)无电容值和电感值,支持超高频、高速信号传输应用3GHz -3dB;6)当地电位升高时,可反向关断以保护整个系统,可应用于大功率传输系统防雷击保护;7)多达2亿次以上使用寿命,长期免维护系统;8)有效阻断浪涌,但不分流(非热敏);9)小尺寸DFN贴片封装,4KV以上成本占优势。

在经历了2010年市场的强劲增长后,今年的市场预计增速将会比较平缓。Kelly Casey说:“今年一季度的市场表现大致比较平坦,明年需求前景如何现在还不好说。目前我们提交给分销商的货期比较正常,一般都在4-8周之内。”

Bourns在被动元件领域拥有非常强的竞争实力,它是精密可调电位器技术的发明者,在GDT和ESD保护元件领域也走在业界前列。Kelly Casey自豪地表示:“我们拥有业内最快速的GDT产品和业内最低0.05pF容值的ESD元件,专门针对LED照明应用市场的LED旁通保护器LSP能支持到3W的LED,而我们最大的竞争对手都做不到这一点。”

Bourns目前在国内的分销渠道主要有Arrow、A-bit、Alltech、Linpo、Wendell、e络盟以及RS。Bourns公司总部位于美国加州,产品主要包括汽车感应器、电路保护解决方案、磁性元器件、微电子模块、精密电位器、面板控制器、编码器和电阻产品,产品主要应用于通信、计算机、工业、仪器、汽车、消费电子、非关键性的生命支持医疗、音频等市场。