杜 彪

*南寧鐵路局南寧電務(wù)段 助理工程師，530001 南寧

通信設(shè)備終端在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)因?yàn)橐恍┮馔馐录缋纂娨胧覂?nèi)，或市電搭接，造成通信端口引入很大的能量，損壞后級(jí)電子器件，這就需要在通信設(shè)備的接口處采用大能量保護(hù)方案。典型的防護(hù)器件有:氣體放電管(GDT)、固體放電管、熱敏電阻(PTC)、熔斷器(SingleFuse)、TVS管、晶閘管(TISP)、TBU(瞬時(shí)阻斷單元)等。設(shè)備制造時(shí)應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求選擇合適的器件。

1 現(xiàn)有高速電路防護(hù)方案

高速電路的保護(hù)方案，首先要考慮防護(hù)等級(jí)，其次是防護(hù)器件的容值不能過(guò)大，影響線路傳輸信號(hào)的質(zhì)量。典型高速電路保護(hù)電路如圖1所示，從接口到芯片，依次擺放 GDT、PTC和 TISP(或TVS)。

圖1 典型高速電路保護(hù)電路

工作原理:GDT和PTC的反應(yīng)速度較慢，大約在ms級(jí)，TISP率先導(dǎo)通，對(duì)地形成瞬間短路，泄放能量;此時(shí)，線路前端電流迅速升高，使PTC開始動(dòng)作。PTC的阻值隨電流增大而增大，迅速阻斷電流，同時(shí)使得GDT保護(hù)節(jié)點(diǎn)處的電壓迅速抬高，達(dá)到其啟動(dòng)電壓后，氣體放電管大量釋放能量，從而達(dá)到三級(jí)保護(hù)的目的。

需要注意的是，不同的接口電路和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)保護(hù)器件的選擇起決定性作用。GDT和PTC的容值都非常小，PTC的阻值隨溫度和電流的變化而變化。TVS的容值較TISP要低很多，一般在高速電路防護(hù)中，選擇TVS管對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響相對(duì)較小，多選TVS管。

高速電路對(duì)線路上器件的容值有著較高的要求，這就決定了后級(jí)保護(hù)器件的功率不能過(guò)高，這本身和保護(hù)電路的防護(hù)能力是相矛盾的。設(shè)計(jì)中一般對(duì)高速電路的防護(hù)等級(jí)要求并不高，很多場(chǎng)合可以省去GDT，只用PTC和TVS達(dá)到保護(hù)后級(jí)芯片的目的。

2 TBU方案

TBU(Transient Blocking Unit)為瞬時(shí)阻斷單元，一般串聯(lián)在線路上，與PTC所起的作用相仿，但原理截然不同。

PTC是熱敏電阻，內(nèi)部由高分子材料構(gòu)成，常溫低電流狀態(tài)下，高分子材料聚合在一起，形成導(dǎo)通狀態(tài)，內(nèi)阻很小。當(dāng)電流升高時(shí)，短時(shí)間內(nèi)造成PTC溫升，可以達(dá)到110℃。溫升使得PTC內(nèi)部的高分子材料迅速分離，導(dǎo)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成阻值急劇抬高的狀態(tài)。同時(shí)，通過(guò)表面散熱(PTC器件體積一般較大，現(xiàn)在多采用立式封裝)等方式釋放一部分能量，等到線路電流恢復(fù)正常時(shí)，經(jīng)過(guò)散熱冷卻，使高分子材料重新聚合到一起(常溫低電流)，PTC重新導(dǎo)通。

TBU內(nèi)部是一個(gè)電子開關(guān)，當(dāng)檢測(cè)到線路電流過(guò)流時(shí)，迅速關(guān)斷內(nèi)部電子開關(guān)，直接切斷線路，抑制過(guò)流，從而達(dá)到保護(hù)后級(jí)芯片的目的。同時(shí)，在達(dá)到GDT啟動(dòng)電壓一段時(shí)間后(GDT啟動(dòng)較慢，ms級(jí))，由GDT放電，泄放能量。TBU的伏安(V/I)特性如圖2所示。

表1列舉了TBU和PTC的主要差異。從對(duì)比來(lái)看，TBU比PTC具有更高的精度和穩(wěn)定性，另外，在某些標(biāo)準(zhǔn)市電搭接的測(cè)試中，對(duì)于交流電的防護(hù)，TBU的可靠性比PTC要強(qiáng)得多。

3 總結(jié)

近年來(lái)保護(hù)電路有了原理性的突破，TBU的優(yōu)勢(shì)不言而喻，其良好的保護(hù)特性、高穩(wěn)定性、高可靠性，從根本上顛覆了熔斷器(Fuse)類過(guò)流保護(hù)器件的統(tǒng)治地位，但是其自身存在的一些問(wèn)題，仍需要關(guān)注。

圖2 TBU的伏安特性曲線

1．TBU必須與GDT等前端保護(hù)器件配合使用。TBU對(duì)線路過(guò)壓較敏感，只能瞬時(shí)阻斷電流通過(guò)，并不具備能量釋放的能力。一旦TBU兩端長(zhǎng)時(shí)間過(guò)壓，或瞬時(shí)過(guò)壓很大，會(huì)引起其內(nèi)部電子開關(guān)的損壞，甚至無(wú)法恢復(fù)。這一特性有點(diǎn)類似于熔斷器(SingleFuse)。前端一般需要GDT的配合，以泄放能量。

表1 TBU和PTC的比較

2．TBU無(wú)法防護(hù)靜電，仍需要TVS等器件配合。一般來(lái)講，對(duì)接口靜電的防護(hù)，TBU應(yīng)放在TVS的后端，否則會(huì)引起TBU的動(dòng)作而阻斷電流，使TBU完全承受靜電能量，這樣也會(huì)造成TBU的損壞。

綜上所述，TBU推出時(shí)間不長(zhǎng)，后續(xù)需要做一些實(shí)驗(yàn)，來(lái)詳細(xì)評(píng)估這一新技術(shù)。

［1］姜培安.高速電路PCB設(shè)計(jì)方法與技巧［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2000.

［2］李征帆，毛軍發(fā).微波與高速電路理論［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，2001.