叡霖半導体（深セン）有限公司

インダストリアルコントロールシステム用PPTC

産業用制御システム(ICS)は、連続的かつ信頼性の高い動作を目的として設計されています。PLC、リモートI/Oモジュール、産業用センサー、モーターコントローラー、HMI機器、制御パネル、通信インターフェース、および自動化機器は、電気的に要求の厳しい環境で何年も動作する可能性があります。

これらのシステムでは、低電圧制御またはインターフェース回路の過電流障害が通信を中断したり、部品を損傷したり、不必要なメンテナンスを引き起こす可能性があります。PPTCリセット可能ヒューズは、故障状態が解除され、デバイスが冷却された後、自動的に通常の抵抗に戻るコンパクトな過電流保護を提供します。

この記事では、PPTCヒューズを産業用制御システムに適用する方法、PPTCヒューズのデータシートの解釈方法、ホールド電流、トリップ電流、電圧定格、抵抗などのパラメータの選択方法、およびPPTC保護が産業用保護アーキテクチャのどこに適合するかについて説明します。

エンジニアリングノート: PPTCは電気過電流保護コンポーネントです。サイバーセキュリティ制御ではなく、それとして表現されるべきではありません。産業用サイバーセキュリティは、適切なシステムアーキテクチャ、セキュリティ制御、標準、およびリスク評価を通じて個別に対処する必要があります。

PPTCとは何ですか?

PPTCはポリマー肯定的な温度係数のために立ちます。それはPTCの再設置可能なヒューズ、再設置可能なヒューズ、またはポリマーPTC装置として一般的なポリマーベースの再設置可能な過電流防御装置です。

従来のワンタイムヒューズとは異なり、PPTCは通常、一時的な過電流イベントの後に交換する必要はありません。過剰な電流がデバイスの温度を上昇させると、その抵抗が大幅に増加し、保護された回路を流れる電流を制限します。

障害が取り除かれ、デバイスが冷却されると、その抵抗は元の値に向かって減少します。

このリセット可能な特性により、PPTCデバイスは、保守性、ダウンタイム、および反復障害保護が重要な考慮事項である機器で役立ちます。

一般的な産業用途には以下が含まれます:

PLCとI/Oモジュール

産業用センサー

コントロールパネル

産業用イーサネットインターフェース

RS-232、RS-485などの通信インターフェース

HMI機器について

産業用コンピュータ

モータ制御インタフェース

電力配分の制御回路

インストルメンテーション

オートメーション機器

ビルオートメーションコントローラー

ファクトリーオートメーションシステム

インダストリアルエレクトロニクスでPPTCはどのように機能しますか?

PPTCはtemperature-dependent抵抗機構を介して動作する。

通常の動作条件下では、PPTCは比較的低い抵抗を有し、保護された回路が正常に動作することを可能にする。

過電流状態が発生すると、デバイスで消費される電力が温度を上昇させます。ポリマー材料は抵抗値が大幅に増加し、回路を流れる電流が減少します。

簡略化された操作シーケンスは次のとおりです:

通常の電流過電流PPTC加熱抵抗が増加電流が制限されている故障が除去された冷却抵抗が減少

これがPPTCがリセット可能なヒューズとしてしばしば説明される理由です。

しかし、「リセット可能」とは、デバイスが即座に元の抵抗値に戻ることを意味するものではありません。回復時間は、デバイス、障害状態、周囲温度、PCB設計、気流、およびその他のアプリケーション要因によって異なります。

したがって、産業用機器の場合、エンジニアは電気的保護特性と熱環境の両方を評価する必要があります。

インダストリアルコントロールシステムでPPTCを使用する理由は何ですか?

産業用制御機器には、局所的な保護が必要な低電圧回路やインタフェースが複数含まれることがよくあります。

単一の産業用コントローラには以下が含まれます:

DC電源の入力

センサー入力

デジタルI/O

アナログI/O

通信インターフェース

USBインターフェース

イーサネットインターフェース

リレーまたはアクチュエータインターフェース

補助電源の出力

1つのブランチの障害は、理想的にはシステムの残りの部分に限定的な影響を与えるべきです。

適切に選択されたPPTCは、局所的な過電流保護を提供し、従来のヒューズの頻繁な交換の必要性を減らすのに役立ちます。

1.リセット可能な過電流保護

過電流状態が取り除かれ、デバイスが冷却された後、PPTCは低抵抗状態に戻ることができます。

これは、メンテナンスアクセスが困難な場所に設置された産業用機器に特に役立ちます。

2.低電圧回路の保護

多くの制御および通信回路は比較的低い電圧で動作します。PPTCデバイスは、異なる回路要件に対応するために、異なる電圧、電流、抵抗、およびパッケージ構成で利用可能です。

選択したデバイスは、常に実際の動作電圧とフォルト状態に対してチェックする必要があります。

3.個々の支店の保護

1つの上流ヒューズで制御システム全体を保護する代わりに、設計者は個々の回路分岐で適切に選択された保護コンポーネントを使用できます。

これにより、局所的な障害が無関係な回路を無効にする可能性を減らすことができます。

4.密集したPCBの保護

SMD PPTCデバイスは、大きな従来のヒューズホルダーを必要とせずに過電流保護を提供することができます。

これは、小型のPLCモジュール、I/Oボード、産業用通信モジュール、および組み込み制御機器に役立ちます。

5.一時的な障害に対するメンテナンスの削減

一時的な過負荷や偶発的な短絡を伴うアプリケーションでは、リセット可能な保護部品によって、物理的なヒューズ交換の頻度を減らすことができます。

但し、PPTCの選択は装置が再調節するという予想にもっぱら基づくべきではないです。保護された回路はPPTCの電気および熱特性のまわりで設計されなければなりません。

産業用制御システム向けPPTCの選定

PPTCを選択するには、単に通常の動作電流に合わせるだけでは不十分です。

エンジニアは、完全な動作環境を評価し、要件をメーカーのPPTCヒューズデータシートと比較する必要があります。

重要なパラメータは次のとおりです。

ホールド電流（Ihold）

現在の旅行(Itrip)

最高の電圧（Vmax）

最大フォルト電流

最初の抵抗

電力の損失

タイム・トゥ・トリップ

実用温度について

パッケージの体格

PCBの熱特性

リセット特性

1.ホールド電流（Ihold）

Ihold 
最も重要なPPTCパラメータの1つです。

それは、PPTCがトリッピングせずに指定された条件下で運ぶことができる電流を表します。

デバイスを選択する場合、通常の連続動作電流は、適切なエンジニアリングマージンで指定されたホールド電流以下である必要があります。

たとえば、制御回路が通常約1.0 Aで動作している場合、Iholdがちょうど1.0 Aのデバイスを選択すると、温度変動、電流公差、PCBの熱影響、および負荷変動などの現実の条件が含まれるため、マージンが不十分になる可能性があります。

したがって、単純な公称電流ルールを使用するのではなく、実際の動作条件をメーカーの仕様と比較する必要があります。

2.旅行の流れ（Itrip）

PPTCトリップ電流とは、指定された試験条件下でデバイスが高抵抗保護状態に入る電流レベルを指します。

通常、ItripはIholdよりも高いです。

簡略化された関係は:

Ihold

ただし、エンジニアはItripを正確なサーキットブレーカのしきい値として解釈すべきではありません。PPTCの動作は、温度、時間、取り付け条件、および障害の特性によって影響を受けます。

このため、産業用制御アプリケーションのPPTCを評価する際には、メーカーのデータシートに記載されているトリップ時間曲線が重要です。

3.電圧レーティング

PPTCの最大定格電圧は、指定された動作および障害条件下で保護回路に印加される電圧と同じかそれ以上でなければなりません。

たとえば、PTC Fuse 2 Aの名称だけでは、コンポーネントが適切かどうかを判断するのに十分な情報ではありません。

完全な選択には以下を考慮する必要があります:

電流+電圧+ホールド+トリップ+抵抗+故障電流+温度

4.最初の抵抗

低電圧の産業用エレクトロニクスにおいて、PPTC抵抗は重要です。なぜなら、過剰な抵抗は望ましくない電圧降下や電力損失を引き起こす可能性があるからです。

より高い耐性を持つPPTCは以下に影響を与える可能性があります:

センサーの供給電圧

通信インターフェース

I/Oの電圧

パワーデリバリー

シグナルインテグリティ

サーマルパフォーマンス

したがって、エンジニアは、PPTCヒューズのデータシートに規定されている初期抵抗と、保護された回路の許容抵抗を比較する必要があります。

5.実用温度について

温度は産業環境では特に重要です。

産業用制御機器は内部で動作する可能性があります:

コントロールキャビネット

工場の床

アウトドア用品

モータ制御エンクロージャ

配電キャビネット

産業用コンピュータ

周囲温度はPPTCの熱的挙動に影響を与え、有効な電流搬送能力を変化させる可能性があります。

室温で正しく動作するPPTCは、周囲温度が高くなると性能が異なる場合があります。

産業環境向けに設計する場合は、常にメーカーのディレーティング情報を評価してください。

PPTCと従来のヒューズ

PPTCと従来のヒューズは異なる動作特性を有する。

この選択は、実際の回路の保護要件に基づいて行う必要があります。

PPTCは、すべての産業アプリケーションで従来のヒューズを自動的に置き換えるべきではありません。

非常に高速な遮断、非常に低い抵抗、正確な遮断性能、または特定の安全認証を必要とする回路には、別の保護技術がより適している場合があります。

PPTCは産業用制御システムのどこで使用できますか?

PLCとI/Oモジュール

PPTCデバイスは、プログラマブルロジックコントローラシステムの選択された電源およびI/Oブランチを保護するために考慮することができます。

潜在的なアプリケーションには以下が含まれます:

デジタル入力回路

デジタル出力回路

センサー電力

補助パワー

通信インターフェース

PPTCは、各ブランチの実際の電流および電圧要件に従って選択する必要があります。

産業用センサー

センサーは、偶発的な配線障害や短絡が発生する可能性のある環境に設置することができます。

リセット可能な過電流保護が適切な場合、PPTC保護はセンサ電源分岐について検討することができます。

一般的なアプリケーションには以下が含まれます:

近接センサー

温度センサー

圧力センサー

インダストリアル測定機器

マシンビジョン用アクセサリー

RS-485および産業用通信インターフェース

産業用通信インタフェースは、配線障害、設置エラー、または異常状態にさらされる可能性があります。

PPTCは、インタフェースアーキテクチャに応じて、より広範な保護設計の一部として使用できます。

通信インタフェースの場合、PPTCの選択は、TVSデバイスやコモンモード保護などの他の保護コンポーネントとともに評価する必要があります。

PPTC単独では、完全なESD、サージ、EFT、または信号ライン保護を提供することはできません。

産業用イーサネット機器

産業用イーサネットスイッチ、コントローラ、ゲートウェイ、および通信モジュールは、電源入力または補助回路に保護が必要な場合があります。

PPTCは、単にデバイスをイーサネット信号パスに追加するのではなく、回路アーキテクチャに従って配置および選択する必要があります。

HMIと産業用制御パネル

HMIシステムとコントロールパネルには、複数の補助電源ブランチが含まれている場合があります。

一時的な過電流保護を繰り返すことが望ましい選択された低電圧ブランチには、リセット可能なヒューズを検討することができます。

PPTCヒューズのデータシートの読み方

PPTCのメーカーやサプライヤーを評価する際、エンジニアは製品名だけを見てはいけません。

有用なPPTCヒューズのデータシートは、コンポーネントがアプリケーションに適しているかどうかを判断するために十分な電気的および機械的情報を提供する必要があります。

重要な情報は次のとおりです:

電気的な特徴

Ihold

トリップ

Vmax

IMAX

最初の抵抗

最大の抵抗

パワー特性

熱の特性

作動温度の範囲

ディレーティング曲線

トリップ時間特性

サーマルリカバリー特性

メカニカル情報

パッケージの寸法

リード構成

PCBの土台の推薦

推奨パッドレイアウト

資格および信頼性情報

アプリケーションによっては、お客様は次のものも必要とする場合があります:

マテリアル情報

RoHS/REACHのステータス

信頼性試験データ

資格レポート

生産の品質管理

トレーサビリティ情報

産業顧客にとって、エンジニアリング文書の入手可能性は、公称電気パラメータと同じくらい重要です。

2 A PPTCは産業用アプリケーションに適していますか?

必ずしもそうとは限りません。

PTCヒューズ2 Aと記載された製品は、公称電流関連パラメータを示す場合がありますが、「2 A」だけでは適合性を判断することはできません。

例えば、エンジニアは知っておく必要があるかもしれません:

連続動作電流とは何ですか?

最大動作電圧はいくつですか?

周囲の温度は何度ですか?

予想される故障電流は何ですか?

回路をどのくらいの速さで保護する必要がありますか?

許容される電圧降下は何ですか?

回路はどのような抵抗に耐えることができますか?

使用可能なPCBスペースは何ですか?

装置には特定の認証が必要ですか?

したがって、適切なPPTCの選択は、製品のマーケティング名ではなく、回路要件から始まります。

PPTCと産業システムの信頼性

産業用制御システムは、可用性、信頼性、安全性、および制御されたメンテナンスを中心に設計されています。

NISTのOTセキュリティガイダンスは、運用技術には独自のパフォーマンス、信頼性、および安全要件があることを強調しています。NIST SP 800-82 Rev.3は、産業制御システム、PLC、DCS、およびSCADA関連システムを含むOT環境をカバーしています。

これにより重要な区別が生まれます。

PPTCは電気回路を保護します。

サイバーセキュリティ基準は、産業制御システムをサイバー脅威から保護します。

両者を混同してはならない。

PPTCは制御システムの電気的な堅牢性に貢献することができますが、以下を防止することはできません:

不正アクセス

マルウェア

ネットワーク侵入

クレデンシャルの盗難

ソフトウェアの脆弱性

不正なコマンドの実行

これらのリスクには、専用のサイバーセキュリティ対策が必要です。

産業用制御システムのサイバーセキュリティの主要基準とは?

いくつかの標準およびガイダンス文書は、産業制御システムのサイバーセキュリティに関連しています。

IECの62443

IEC 62443シリーズは、産業オートメーションおよび制御システムのための主要なサイバーセキュリティ標準フレームワークの1つです。

フレームワークは、産業セキュリティライフサイクルのさまざまな部分に対応しています。

一般的な概念

ポリシーと手順

システムセキュリティ

コンポーネントセキュリティ

セキュアな製品開発

NISTのOTセキュリティ文書は、ISA/IEC 62443ファミリーを識別し、その組織を一般、ポリシーと手順、システム、およびコンポーネントのカテゴリに分類しています。

コンポーネントメーカーにとって、IEC 62443-4-1とIEC 62443-4-2は、IACSコンポーネントの安全な製品開発ライフサイクル要件と技術的なセキュリティ要件に対応しているため、理解するのに特に重要な分野です。

ホーム>NIST SP 800-8 2

NIST SP 800-82は、信頼性、性能、安全性の要件を考慮しながら、OTおよび産業用制御環境を保護するためのガイダンスを提供しています。

現在の最終改訂版は、2023年9月に発行されたNIST SP 800-82 Rev.3です。

以下のようなOT環境をカバーしています:

インダストリアル制御システム

SCADA

DCS

PLCベースのシステム

製造システム

エネルギーシステム

交通システム

標準は、OTシステムを従来のITシステムとまったく同じように扱うのではなく、リスクベースのセキュリティを重視しています。

PPTCアプリケーションの重要な特徴

PPTCメーカーは、コンポーネントが産業用コントローラ内で使用されているという理由だけで、PPTCコンポーネント自体が「IEC 62443サイバーセキュリティ準拠」であると主張すべきではありません。

サイバーセキュリティのコンプライアンスは、特定の規格と認証範囲に応じて、関連する製品、開発過程、システムアーキテクチャ、組織、またはコンポーネントの要件に適用されます。

PPTCの役割は電気保護であり、サイバーセキュリティはシステムレベルおよび製品レベルのセキュリティ対策を通じて対処されます。

産業用エレクトロニクスにおけるPPTCの設計上の考慮事項

PPTCを産業用制御システムに統合する場合、エンジニアは以下の設計シーケンスを考慮する必要があります。

ステップ1:正常動作電流を定義する

連続的な流れをの下で定めて下さい:

最小の負荷

典型的な負荷

最大ロード

ステップ2:最大動作電圧を決定する

実際の回路に適した電圧定格のPPTCを選択してください。

ステップ3:障害の条件を定義する

検討する:

ショート回路

配線の故障

オーバーロード

不正な接続

異常な負荷

ステップ4: Iholdを選択してください

正常動作電流が適切なマージンで指定された動作範囲内に収まるようにしてください。

ステップ5: ItripとTime-to-Tripを確認してください。

予想される障害に対してPPTCが適切に対応できるかどうかを判断してください。

ステップ6:抵抗を確認する

通常の動作状態での電圧降下と消費電力を評価します。

ステップ7:温度を評価する

PPTCの温度低下とPCBおよびエンクロージャの実際の熱環境を確認してください。

ステップ8:データシートを確認する

最終的な選択は、メーカーの最新のデータシートと資格情報に照らし合わせて確認する必要があります。

PPTCにRuilin Semiconductorを選ぶ理由は何ですか?

Ruilin Semiconductorは、PPTCリセット可能な保護部品の研究、開発、生産、製造に焦点を当てたメーカーです。

当社の製品ポートフォリオは、以下を含むさまざまな回路保護要件をサポートするように設計されています。

標準的なPPTCの再設置可能なヒューズ

超低い抵抗PPTC

高温用のPPTC

USB Type-C専用のPPTC

すくいPPTC

一回限りのヒューズ製品

複数のSMDパッケージサイズ

使用可能なSMD体格ファミリーには、以下のような一般的な形式があります。

0603/0805/1206/1210/1812/2018/2920

産業用制御アプリケーションでは、単にパッケージの体格や公称電流に従って部品を選択するのではなく、完全な電気的および環境的要件に基づいて製品を選択する必要があります。

Ruilin Semiconductorは、産業用電子機器、制御機器、通信インターフェース、電源保護、自動車用電子機器、バッテリー保護などの用途において、顧客がPPTCソリューションを評価するための製品情報とエンジニアリング文書を提供できます。

生産プロジェクトの場合、最終的なデザインインの前に、お客様は該当する製品のデータシート、仕様、資格要件、およびサンプルの性能を確認する必要があります。

よくある質問(FAQs)

PPTCとは何ですか?

PPTCはポリマー肯定的な温度係数のために立ちます。それはポリマーベースの再設定可能な過電流防御装置です。余分な流れにより装置温度が上がるとき、抵抗はかなり増加し、流れを限ります。欠陥が取除かれ、装置が冷却した後、抵抗は正常状態の方に減ります。

PPTCの選び方は?

アプリケーションの正常な動作電流と電圧から始めて、Ihold、Itrip、最大電圧、初期抵抗、最大故障電流、トリップまでの時間、動作温度、パッケージ、およびPCBの熱条件を評価してください。常に製造元のPPTCヒューズデータシートとアプリケーション要件に対して選択を確認してください。

エレクトロニクスにおけるPPTCとは何ですか?

PPTCは、電子回路で使用されるリセット可能な過電流保護部品です。電源入力、I/O回路、センサー電源、通信インターフェース、USBポート、バッテリー回路、およびリセット可能な保護が望ましい他の枝を保護するために一般的に適用されます。

産業用制御システムの主要なサイバーセキュリティ基準は何ですか?

重要なフレームワークには、産業オートメーションおよび制御システムのサイバーセキュリティのためのIEC 62443シリーズと、OTセキュリティガイダンスのためのNIST SP 800-82が含まれます。NIST SP 800-82 Rev.3は現在の最終改訂版であり、OT環境のパフォーマンス、信頼性、および安全要件を考慮しています。

PPTCコンポーネントはサイバーセキュリティ制御として記述されるべきではありません。それらは過電流保護を提供し、産業機器の全体的な信頼性と保護アーキテクチャの一部に過ぎません。

PPTCはPolyfuse PTCと同じですか?

ポリヒューズは、ポリマーリセット可能なPTC保護デバイスの製品またはブランド関連用語として一般的に使用されています。一般的な技術用語では、PPTCはポリマー正温度係数技術を説明します。エンジニアは、用語だけに頼るのではなく、実際の電気仕様を比較する必要があります。

PPTCトリップカレントとは何ですか?

PPTCトリップ電流、またはItripは、指定されたテスト条件下で高抵抗保護状態に入るデバイスに関連する電流です。PPTCの動作は温度、時間、取り付け条件、および故障特性に依存するため、正確な瞬時回路ブレーカーの閾値として扱われるべきではありません。

PTC Fuse 2 Aは常に2 A回路に適していますか?

いいえ。「2 A」の評価だけではPPTCの選択には不十分です。エンジニアは、Ihold、Itrip、動作電圧、抵抗、周囲温度、故障状況、およびトリップまでの時間を考慮する必要があります。

PPTCは従来のヒューズを完全に置き換えますか?

いいえ。PPTCおよび慣習的なヒューズに異なった特徴があります。PPTCは再調整可能な保護が望ましいが、非常に速い中断、非常に低い抵抗、高い中断の機能、または特定の安全承認を要求する適用が慣習的なヒューズか別の保護技術を要求するかもしれないところで有用です。

PPTCはPLCシステムで使用できますか?

はい。PPTCデバイスは、電気特性がアプリケーション要件を満たす場合、選択されたPLC電源、I/O、センサー、および補助回路に考慮することができます。デバイスは、実際の回路状態に基づいて選択し、製造元のデータシートを通じて検証する必要があります。

PPTCは産業用通信インターフェースを保護できますか?

PPTCは、適切な電源またはインターフェースブランチに対して過電流保護を提供できます。ただし、完全な通信保護ソリューションとは考えられません。インターフェースによっては、TVS保護、フィルタリング、絶縁、またはその他の過渡保護などの追加デバイスが必要になる場合があります。

結論として

産業用制御システムには、保守性とシステムの可用性を維持しながら、電気的障害に対する信頼性の高い保護が必要です。

適切に選択されたPPTCヒューズは、PLC、産業用センサ、I/Oモジュール、制御パネル、通信機器、HMIシステム、およびその他の産業用エレクトロニクスにリセット可能な過電流保護を提供することができます。

最も重要なパラメーターは、単に宣伝された電流評価ではありません。エンジニアは、Ihold、Itrip、電圧評価、抵抗、トリップ時間、温度ディレーティング、故障状態、およびPCBの熱特性を一緒に評価する必要があります。

産業用途において、PPTC保護はより広範なシステム設計の一部として考慮されるべきです。電気保護、機能安全、信頼性、サイバーセキュリティには異なる目的があり、それに応じて設計する必要があります。

Ruilin Semiconductorは、産業、自動車、バッテリー、USB Type-C、家電製品、その他のアプリケーションでリセット可能な過電流保護ソリューションを探しているエンジニアやメーカー向けに、PPTC保護製品を提供しています。