消費性電子產品電路保護解決方案

以提供各式消費性電子零組件、防護元件、連接器、光纖纜線等產品為主的泰科電子(Tyco Electronics)有限公司，於2011年3月9日舉行的年度股東大會上通過更名為TE Connectivity有限公司。TE Connectivity電路保護產品技術經理蘇登滿先生表示，TE的CPD電路防護部門可追溯至1981年Raychem公司的創新小組，在1984針對AT&T首推第1款PPTC電路防護產品，1988年針對Apple推出首款SMD的PolySwitch，1993針對摩托羅拉開發軸向引線鎳氫電池保護裝置，1994年開發最小尺寸miniSMD PPTC產品，隨後在1999年，Raychem被Tyco購併CPD部門...

TE的CPD電路防護部門之後陸續推出像1206 nanoSMD、FT600電信級保險絲、快熔/慢熔SMD保險絲與GDT(氣體放電管)、PESD靜電防護元件；2006年推出整合電流電壓防護於一體的PolyZen與2Pro元件，2007~2009年陸續推出金屬PPTC、0805 picoSMD與0603 femtoSMDC PPTC、2010推出MHP與RTP(過電流與過溫保護)，2011推出晶片級ChipSESD(靜電防護)產品。

消費性電子裝置與高速介面的插拔 需要更多電路防護元件

蘇經理表示，當今不斷有微型化尺寸且更聰明的消費性電子裝置出現，且透過USB連結埠提供供電與充電需求。當資料傳輸率提高，且要對HDMI 1.4、USB 3.0及DisplayPort 1.3等高速介面進行插拔時，熱插拔會造成瞬間過電流、靜電放電與訊號干擾等問題，需要借助電路防護元件、靜電防護元件來解決。

TE提供過電流防護、過溫防護、過電壓防護，以及兼顧電壓與電流防護需求的綜合防護元件。例如Polyswitch (PPTC)─自復式聚合物元件、SMD單次型保險絲、電信設備專用的快速熔斷保險絲、PolyZen/2pro過壓/過流綜合式保護元件、PESD聚合物靜電保護元件、SESD矽基ESD靜電放電保護元件，與RTP可回銲熱保護元件等。

PPTC自復式聚合物元件

PPTC是Polymeric Positive Temperature Coefficent(高分子聚合物正係數溫度元件)的簡稱，它是一種運用電流通過溫度達到防護溫度以上時，聚合物產生超高阻抗促使電路斷路，且可在溫度降低後回復導通電路的電路防護元件，又稱可復式保險絲(Resettable Fuse)或Polyswitch。2008年11月USB 3.0推出，提供5Gbps超快數據傳輸率、USB 2.0/1.1回溯相容性，以及比USB 2.0(500mA)更高的電流900mA，USB 3.0快速興起並成為行動裝置的充電來源，而在USB 2.0與USB 3.0電路防護上，需使用到大量的PPTC防護元件。像USB 2.0在V-Bus 500mA的環境下使用mini075F/110F/125F，1A使用mini 160/200F，1.5A使用mini200/260F。在USB 3.0環境下，900mA的V-Bus使用mini125F/150F/160F，TE的micro190/200F與nano175F；1.8A的 V-Bus下則可使用mini260F與TE的nano250F。

2.7A的V-Bus下建議使用TE的nano350F；同時在單埠1A環境下可使用mini160F/200F、TE的micro190/200F與nano175F，雙埠2A環境下可使用mini260F或TE的nano250F，3埠3A環境下需使用TE的nano350F等PPTC元件。其中TE低阻抗SMD防護元件如micro190/200F與nano175F/250F/350F，可有效降低功耗，延長消費性電子裝置電池供電時間。

蘇經理認為，選用Polyswitch元件，首先要考量PPTC聚合具備高保持電流的電阻值低、但相對斷路時間變長，而低溫PPTC材料溫度造成的電壓╱電流減額率就會提高等特性；其次要針對應用環境溫度下，電路的工作電流去選擇對應的PPTC元件，同時也要考量電壓降與電阻值，在最高工作溫度從65℃~85℃時，可能需要像泰科的低阻抗(lowRho)的SMD PPTC元件以減低壓降。最後則是要考量斷路時間得符合各種安全要求如USB與UL60950-1規範，例如PPTC應在8安培電流下於5秒內切斷，同時Gang protection連動保護必須符合UL規範。

過電壓與靜電防護元件的考量

蘇經理表示，大多數手機OEM廠商認為，不管是USB 2.0或3.0規範上，其產品設計需要USB輸入埠承受16~24伏特的電壓，內部測試的結果發現，在連結與斷路的瞬間會產生超過安全值的暫態電壓。因此泰科建議所有USB裝置輸入電源都配置過電壓保護機制。像在5V的V-Bus與DPWR訊號線上，可使用ZEN056V130A24LS、ZEN056V230A16LS、ZEN065V130A24LS元件；在D+、D-訊號線部分，允許的靜電突波為2KV，則建議使用泰科PESD0603/0402、PESD1206-140、SESD0402S-005與SESD0201S-006等ESD元件。

泰科的Polyzen防護元件，以符合ROHS禁用物質防制法的規範製造，具備過電壓跳脫保護、逆向偏壓保護、過電流保護的特色與高可靠性；專利熱耦合技術在zener二極體超載時，熱量啟動PPTC產生斷路，進而保護後端電路。1個0.5W封裝的5.6V Polyzen元件，可承受22伏特120瓦充電的熱插拔突波訊號。

蘇經理也提到，在HDMI v1.3/1.4應用上，OC(Over Current)電流防護是HDMI規範上強制規定的項目。1個HDMI電源應具有+5V線路的電源訊號，過電流保護不超過0.5安培。倒是在ESD靜電保護上，HDMI規格中沒有強制要求ESD甚至沒有提到靜電保護，但大多數OEM廠商(~80%)因為曾經歷實際故障狀況，因此會加裝額外的ESD靜電防護機制。他同時指出，泰科的PESD元件即使到3GHz高頻，電容值曲線仍維持相當平坦，而SESD電容值具備極高的線性度，從2GHz到3GHz，變化幅度低於0.06pF。

而ESD元件的訊號衰減會影響HDMI連結埠的頻寬，泰科的PESD與SESD在超過3.4GHz時仍維持最低的訊號衰減度，像0.25pF的PESD僅-0.1dB，0.6pF的SESD也僅-0.3dB；而其他競爭廠商0.7pF以上的二極體元件，在1.1GHz頻率時便急速下降，甚至在3.4GHz也就是HDMI v1.3規格的最高頻率下，訊號衰減值達~-3dB，相當於訊號值減少一半。

RTP可回銲熱防護元件 防護電路因大電流╱高溫造成的損壞

可回銲熱保護元件(Reflowable Thermal Protection；RTP)是一種可SMD表面黏著的過熱防護元件，可經過產線的回銲爐(Reflow)在260℃工作溫度下進行銲接，設定斷路後只要環境溫度升高到觸發溫度(例如200℃)時，則會自動斷路且永久斷路，使電子裝置避免過熱或過電流的危險。RTP泛用於汽車電子(如加熱、通風、空調、ABS與動力方向盤)，家電產品/工業設備、IT或機架型伺服器電源供應器、雷射印表機與影印機，高階且需高溫運作的電子產品。

蘇經理提到，泰科RTP元件採符合ELV/RoHS規範的無鹵素與無鉛製程，具備可表面黏著過回銲爐(最高265℃)的加工特性，解決以往溫度防護元件需要另外手銲加工的問題，它也具備高可靠性/強固性、低電阻低壓降(0.6~1.2毫歐姆)、支援交流與直流電與極高的最高中斷電流特質。而32VDC汽車級RTP防護元件RTP200R060SA，能在200A/16VDC或100A/32VDC高電壓、大電流模式下切斷電路，防護後端電路安全(最大耐電流量275安培@16V直流電)。

最後蘇經理提到泰科RTP元件的產品發展藍圖。TE於2010年10月10日發表RTP200R120SA RTP，提供尺寸5.4 x 11.8 x 6.2 mm的汽車級AC交流電RTP元件，以及可焊/微型概念RTP設計產品送樣。採200°C開路且耐260°C 回銲設計，1.2 mΩ毫歐姆，額定32V DC直流電壓，在16V DC下的中斷電流為200A。接下來會先在2011年第2季送樣0.6mΩ、更高電壓的直流RTP元件，尺寸5.4 X 11.8 X 6.2mm，一樣是200°C 開路、60V DC中斷值。

接下來推出的交流電版本的RTP防護元件，仍採1.2 mΩ毫歐姆低阻抗、200°C 開路設計，但防護條件提高到250V交流電或50A大電流中斷設定。另一款低高型+ 低溫RTP (微型)RTP元件於2011年12月開始送樣，其尺寸5.4 x 11.8 x 6.2 mm，1.2 mΩ毫歐姆、200°C 開路設計，同樣為200°C開路，耐260°C回焊爐設計，額定最大防護電壓為32V DC 直流電壓，在16伏特直流電下的中斷電流為200A，亦可作為汽車級電子防護元件使用。TE將來也會推出採引腳與SMD設計的熱防護熔接元件，是一種可以焊接組裝，但無法經回銲爐的概念性產品。