TBU場效管觸發器 打造絕佳的電路保護解決方案
- 周昱伶
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隨著科技進步與資訊產業的蓬勃發展，從近10年來電子產品的發展趨勢可以發現，「輕、薄、短、小」的設計儼然已是現今電子產品的主流，基於此發展需求，電子產品內部的各種保護元件亦面臨尺寸縮小的考驗。除了元件尺寸及價格考量外，還要考慮到自身的保護元器件反應速度，譬如電子產品運作過程中，當遇到過電流、過電壓及過溫度時可能遭遇風險又或者遇到雷擊的突發狀況，電壓必然會上升，內部線路則可能會被擊穿，是否能及時提供適切保護，便成為很重要的環節。
保護元件可廣泛應用在各類電子及工業產品中，包含消費型電子產品、手機及通信設備、醫療設備與汽車工業等。傳統防止浪湧威脅的電路保護方案大多採用轉移(分流)電湧或抑制浪湧激增。然而這些傳統電路保護元器件只能有限度的保護這些電子設備。例如，半導體周邊器件在電流處理能力方面本身有一些限制。再者用來作為主要保護工作的那些半導體設備，通常是以電容的形式載入於電路中(由於本身尺寸較大)，進而導致帶寬受限。而非半導體電湧保護裝置，例如氣體放電管(GDT)，不會以電容的形式載入電路，還可以處理非常大的電流(數萬安培)。不過，這些設備反應較慢，不能把電壓保持得夠低，進而有效提供保護作用。因此以往的保護方式會選擇以TVS來搭配氣體放電管(GDT)，以避免雷擊和設備開關引起的瞬態激增電壓所造成的損害。
然而真正具備完善的電路保護技術往往體積過大或價格昂貴。但是真的需要花大錢採購高價位的設備才可以輕鬆解決數百安培或數千瓦伏特的短路故障及抵擋浪湧的威脅嗎？
目前市場上新推出的過電流/電壓保護方法大多採用可以自動回復的PPTC(聚合物正溫度係數)元件來保護電路，的確，選擇這些具備自復式之電路保護技術產品，有助於把系統所引起故障的影響程度降到最低，減少其受影響的系統數量，並縮短系統維修所需花費的時間。但是這些PPTC元件的耐壓質普遍較低(通常為幾十伏)，如果電子設備在數十伏電壓和數百毫安培電流的作用下工作持續較長一段時間(超過幾毫秒)，就可能被瞬間的電壓突波損壞。
如何才稱得上是一個絕佳的電路保護解決方案？
美商柏恩(Bourns) ─電路保護解決方案領導廠商所推出的自複式過電流/電壓保護方法。柏恩TBU(場效管觸發器)則與傳統保護的方式不同，它只用1個元件就替代了次級保護器和提供協調性的考量。當我們把TBU放入電路之後，電流會上升，這時候TBU就會打開，有效阻絕電流與電壓，電路就會被保護。當電壓上升之後，因為其反應速度非常快，代表電流也上升，TBU動作之後會阻絕電壓與電流的部分。TBU是電流啟動電壓回復的元件。當TBU沒有動作的時候，如同電阻；電流超過之後，開關直接打開來承接高阻；當電壓回復之後，TBU回復原本工作狀態。此產品設計者和製造商無疑提供了一種空間最佳化、降低成本、增強安全性的完美解決方法。
TBU是由金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)所構成，將其裝置於系統電路中，即可透過MOSFET來即時監測電流並觸發電路保護功能，並提供有效的屏障使敏感電子設備不會因受到大的突波電壓或電流而損毀。一旦電流超過TBU裝置的Itrigger(觸發電流)，柏恩TBU即可在不到1微秒之內做出反應。當電路運行中，TBU的阻止線電流若小於標準值的1mA(毫安培)，TBU將會阻斷突波電壓通過。當電流突波瞬間消失後，電壓跨過TBU且低於電壓(Vreset)水平，其TBU裝置將重置。無論是在沒有直流偏壓或者直流偏壓低於重置電壓(Vreset)的情況下，美商柏恩TBU總是能進行線上重置，並(如同無動力信號一樣)始終保持正常工作狀態。
TBU(場效管觸發器)性能介紹
下面的測試結果顯示TBU在快速上升的雷擊波作用下的反應。測試時使用1 .2 / 50 μs的脈衝發生器作為電壓源，其電壓峰值設置為850V。測試是在沒有分流設備的條件下進行的(即，沒有GDT、半導體閘流管或MOV)，測試TBU的型號為P850-U180-WH。圖中的藍色跡線即表示輸入波形(TBU的輸入電壓)，紅色跡線則表示TBU的輸出電壓，綠色跡線表示TBU的輸出電流，TBU可以在1 us內完成被觸發，進而保護負載裝置(其中峰值電壓約50V，典型電壓約25V，峰值電流600mA，典型電流200mA)。
美商柏恩的TBU場效管觸發器是1款精密高速浪湧保護裝置，主要用於防止電路短路、交流電源交叉、感應和雷擊浪湧。下列試驗證明了 TBU在當交流過電壓時的性能。當電湧發作時，TBU起作用，對上升的電流起反應，它被觸發進而保護負載。在剩餘的過電壓週期，TBU一直維持保護狀態。在每一次電湧臨界時，TBU在1微秒之內復位，然後在測試的每個剩餘迴圈過程中重新觸發以保護負載。故障一旦解除，設備就會重設定為正常的低阻抗狀態。
美商柏恩(Bourns)提供客戶完善的產品解決方案和模組化設計，其產品宗旨是將設計深植於各個方面的發展和製造過程，進而提供可信賴的產品和極佳的解決方案以滿足客戶需求。TBU場效管觸發器提供了非常有效的和高帶寬的電路保護，即便遇到各種錯誤故障發生，均可完全恢復功能，堪稱是近10年來最理想的電路保護方案。另外，柏恩也提供了一系列廣泛的磁性元件和解決方案，以滿足各種應用需求。柏恩磁性元件的產品包括扼流圈、濾波器、電感、變壓器和JW Miller磁性元件。身為被動元件製造業技術領導者，柏恩推出小型高功率電感，特色在於能提供高電流和低直流阻抗的功能，在共模扼流圈產品方面，則提供改良後可提高效率的核心材料。柏恩的磁性元件產品更是下列應用市場中最佳的解決方案：電腦、通訊、儀器儀表、工業產品和醫療。
