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电源管理
PolyZenTM器件助力保护便携式电子设备
录入时间:2012-9-14 17:38:26

当今便携式设备的移动功能为消费者提供了一种联系日益密切的生活方式。然而,当这些产品每一次被连接或断开时,它们都有可能面临由用户误操作、错误的电源电压或者电压或电流瞬变所带来的电路损坏。

TE电路保护部的PolyZen™器件专为帮助设计工程师在便携电子设备、汽车、多媒体和照明产业中节省宝贵的电路板空间,并满足不断演进的安全和性能标准而设计。

如图1所示,PolyZen器件内置了一个用于快速精准电压钳位的齐稳压纳二极管和一个阻性非线性聚合物正温度系数(PPTC)材料层。该PPTC层通过在低阻抗和高阻抗状态之间的转换来对二极管发热或过流事件做出响应。如果在持续的高功率过压条件下,处于动作状态的PPTC元件可限制电流并产生一个压降来帮助保护齐纳二极管和下游电子设备,从而有效地增强了二极管的功率处理能力。

1PolyZen器件为便携电子设备提供输入功率保护

 

PolyZen器件在充电器引发故障时为设备提供保护

随着外置电源和通用电源的广泛应用,已经使充电器引发的系统故障成为设备售后返修的一个首要原因。设计额外的安全措施来防止因使用非授权充电系统造成的损坏是非常复杂的,事实是该解决方案本身必须符合电子产品体积持续缩小的趋势。

最具性价比的便携式电子设备充电电源方案是采用一个标准的直流圆筒插座。然而,由于这个连接器插头的频繁使用,用户在家或者旅行时都可能会错误地将其电子设备连接到不正确的电源上。当使用市场上可以买到的附带了多种连接器的通用充电器时,故障可能也会发生。这些设备的输出电压值可能高达24V,还有可能带来电压极性反转的问题。

定制的连接器能够缓解此类风险,但是其生产非常昂贵;同时随着便携设备和通用电源的兴起,这些定制设备很容易被打败。第三方的电源转换器也许能够过滤一些瞬态,但TE电路保护部的测试表明它们的瞬态抑制能力相差甚大。

瞬态保护的设计考虑因素

当设计用于为计算机总线和汽车电源供电的周边外设时,瞬态保护是至关重要的。汽车电源总线很,虽然电源的额定值是12V,但是即使在正常工作时,它们也会在8 V16V的范围内变化。此外,电池电流可能会超过100安培,而且会因为一个继电器动作或者熔断器熔断而立即中断,因而在电源总线上产生很大的感应电压尖脉冲,电压会增大5倍以上。  

汽车电源在运作过程中会因为接错电池或者在双电池启动时电压跳升一倍( 24)而遭受损坏。有一种称作"抛负载"的情况,它可能会在电源总线上产生很高的电压。

虽然典型计算机电源提供5V ±5%12V±5%的稳压电源,但在一些情况下,这些线路上的电压也可能超过5.25V12.6V,导致系统或未采取保护措施的外围设备受损。当在电源总线上有电感和电流发生迅速的变化时,电压尖峰就会发生。

这种变化能够由某个外设的一次热拔出、一个内部系统关闭或者其他内部电源波动而导致。电感能够随磁性元件而在设计带来,但也能够由长电缆和其他电源总线工件而产生。在电源总线中越多的电感,外围设备就有可能经受越糟糕的电压尖峰。总之,需要面对超过总线电压的便携消费类电子产品应当要求相应的保护措施,以防止过早地损坏。图2说明了两种能够在USB应用中提供瞬态保护的电路保护方案。


2、用于USB外围设备和USB电源管理的电路保护方案

 

器件工作原理

PolyZen器件对于感性电压尖峰的钳位和平滑特别有效。对感性尖峰电压的响应期间,齐纳二极管组件把电流旁路到地,直到电压被降低到正常的工作范围。在电源电压出错的情况下,PolyZen器件可对电压进行箝位,把过大的电流旁路到地,最终将错误电源断开(如图3所示)。

 3、聚合物强化型齐纳二极管实现感性电压尖脉冲的箝位和平滑。

 

 

 

PolyZen具有相对平稳的电压与电流响应,这有助于对输出电压箝位,即使在输入电压和源电流发生变化时。总之,PolyZen器件采用一个如齐纳二极管这样的元件来提供综合性保护,而且是能够承受非常高功率的故障情况,也不需要任何超出正常PCB走线的特殊散热结构。

 

PolyZen器件的特点与优点

1.        帮助下游电子元件防范过电压及反向偏压

2.        PPTC保护排除过电压和反向偏压危害

3.        齐纳二极管保护的物理特性使上游感应尖峰电源被降到最小

4.        仅需安装一个器件以及最低的散热需求有助于降低成本

5.        工作电流达2.3安培

6.        稳定的 VZ vs. 故障电流曲线

7.        有延时的、过电压保护

8.        有延时的、反向偏压保护

9.        能够承受高达100W功率电源的冲击

10.    集成化器件结构

11.    符合 RoHS 要求

 

 


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