叡霖半導体（深セン）有限公司

医療用エレクトロニクスのためのPPTC

電子機器の故障は、機器の可用性、メンテナンス、および一部のアプリケーションでは患者のモニタリング、診断、治療、またはケアに使用されるシステムの動作に影響を与える可能性があるため、医療用電子機器には高い信頼性が必要です。

現代の医療機器は、コンパクトなPCB、低電圧電源、センサー、通信インターフェース、モーター、ディスプレイ、バッテリー、組み込みプロセッサを組み合わせることが増えています。これらの回路は、一時的な過負荷、短絡、コネクタの故障、または異常な動作条件にさらされる可能性があります。

PPTCの再設置可能なヒューズは医学の電子工学の適切な回路に局所化された過電流保護を提供できます。慣習的な一回限りのヒューズとは違って、PPTCは欠陥状態が取除かれ、装置が冷却した後正常な抵抗の方に戻ることができます。

これにより、PPTC技術は、コンパクトなPCB保護とリセット可能な動作が望ましい選択された医療およびヘルスケアエレクトロニクスで有用になります。

この記事では、PPTCelectronicsprotectionの仕組み、医療用PPTCの選択方法、PPTCヒューズのデータシートの読み方、SMD PPTCデバイスをコンパクトな医療用電子機器に統合する方法について説明します。

エンジニアリングノート:
PPTCは電気過電流保護を提供します。それ自体は医療安全認証、機能安全機構、または完全な保護システムではありません。最終的な設計は、特定の医療機器およびアプリケーションの適用要件に準拠する必要があります。

エレクトロニクスにおけるPPTCとは何ですか?

PPTCは重合体の肯定的な温度係数のために立ちます。

PPTCはポリマーベースのリセット可能な過電流保護部品です。一般的に以下のように呼ばれます:

PPTCヒューズ

PTCリセット可能ヒューズ

PPTCリセット可能ヒューズ

ポリマーPTC

リセット可能なヒューズ

ポリヒューズ

ポリマー正温度係数デバイス

通常の動作条件下では、PPTCの抵抗は比較的低く、保護された回路に電流を流すことができます。

過剰な電流が流れると、デバイスが加熱され、その抵抗が大幅に増加します。この高抵抗状態により、回路に流れる電流が制限されます。

障害が取り除かれ、デバイスが冷却されると、その抵抗は通常の状態に向かって減少します。

基本的な操作過程は:

通常運転過電流加熱抵抗が増加電流が制限される故障が除去される冷却抵抗が減少する

このリセット可能な動作は、PPTCデバイスを従来のワンタイムヒューズと区別します。

医療用エレクトロニクスにPPTCを使用する理由は何ですか?

医療用電子機器には、局所的な保護が必要な複数の独立した回路が含まれることがよくあります。

典型的な機器には以下が含まれます:

患者モニター

便利な診断機器

医療用センサー

インフュージョン装置

血圧モニター

ポータブル医療機器

電子サーモメーター

酸素関連のモニタリング装置

医療画像用アクセサリー

実験室の設備

ホームヘルスケアデバイス

医療用コミュニケーション機器

1つの回路の故障は、他の電子サブシステムに不必要に損傷を与えるべきではありません。

適切に選択されたPPTCは、適切な電力および補助枝を保護するのに役立ちます。

1.リセット可能な過電流保護

PPTCの主な利点の1つは、リセット可能な動作です。

過電流状態が除去され、デバイスが冷却された後、PPTCは通常の低抵抗状態に戻ることができます。

これは、従来のヒューズを頻繁に交換することが不便な機器に役立ちます。

ただし、「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わけではありません。回復特性は、デバイス、故障期間、温度、PCBレイアウト、および熱環境によって異なります。

2.コンパクトなSMD保護

現代の医療用電子機器は、ますますコンパクトなPCB設計を使用しています。

PPTCヒューズSMDは、従来のヒューズホルダを必要とせずに、PCBに直接取り付けることができます。

表面実装PPTC製品は、コンパクトなパッケージサイズで提供され、自動PCBアセンブリ用に設計されています。たとえば、Littelfuseは、表面実装PPTC製品を、携帯用医療機器を含むスペースに制約のある電子機器に適していると説明しています。

これにより、SMD PPTCデバイスは、PCB面積が限られているアプリケーションに適しています。

3.個々の電源分岐の保護

医療機器には、次のような複数の電源ブランチが含まれる場合があります。

主なDC入力

センサー電力

表示パワー

通信モジュールの電源

モーター出力

USB電源

補助出力システム

バッテリー関連回路

上流保護だけに頼るのではなく、設計者はローカライズされたPPTC保護が個々のブランチに適しているかどうかを評価できます。

4.低電圧回路の保護

多くの携帯用およびバッテリ駆動の医療機器は、低電圧DC電源レールで動作します。

これらの回路では、PPTC抵抗は重要な設計上の考慮事項となり得ます。

過剰な抵抗を持つデバイスは以下を引き起こす可能性があります:

電圧ドロップ

電力損失

追加の暖房

使用可能な電圧が低下しています

バッテリー効率の低下

したがって、IholdとItripと一緒に初期抵抗を考慮する必要があります。

PPTCヒューズはどのように機能しますか?

PPTCはtemperature-dependent抵抗機構を使用する。

通常の動作中、デバイスは比較的導電性のままである。

過電流が発生すると、電力消費によりPPTCが加熱されます。その抵抗は著しく増加し、回路を通る電流を制限します。

したがって、このデバイスは従来のヒューズとは異なる動作をします。

従来のヒューズは、一般に、ヒューズ素子を介して回路を開くことによって動作する。

PPTCは代わりに高抵抗状態に遷移します。

実用的な違いは次のように簡略化できます:

一般的なヒューズ:

過電流ヒューズ素子が開き、回路が中断されたヒューズの交換が行われました。

PPTCの:

過電流デバイスの発熱抵抗の増加電流の制限故障の除去デバイスの冷却抵抗の減少

正確な応答は、電気的および熱的条件に依存します。

そのため、エンジニアは評価する必要があります。
トリップ時間曲線
PPTCが1つの正確な現在値でトリップすると仮定する代わりに、メーカーのデータシートに記載されています。

PPTCトリップカレントの理解

PPTCトリップ電流
PPTCの選択において、Itripは最も頻繁に誤解されるパラメータの1つです。

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を表します。

アイホールドとイトリップは一緒に評価されるべきです。

保持する-Ihold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です。

トリップ-Itripは、指定された条件下で保護状態に入るPPTCに関連する電流です。

一般的な関係は:

Ihold

ただし、これはPPTCが固定のしきい値を持つ正確な電子電流リミッタのように動作することを意味するわけではありません。

PPTCの挙動は以下の影響を受けます:

アンビエント温度

現在の

オーバーロードの持続時間

PCBの熱特性

デバイス抵抗

気流

マウント条件

例えば、Littelfuseのデータシートでは、指定された試験条件下でIholdとItripを定義し、Vmax、Imax、抵抗などの他のパラメータを提供しています。

したがって、医療電子工学者は、完全な電気特性表とトリップ時間情報を評価する必要があります。

医療用エレクトロニクスにPPTCを選択する方法

医療用電子機器にPPTCを選択するには、通常の電流に合わせるだけでは不十分です。

以下のパラメータを評価する必要があります。

1.正常な動作電流

まず保護回路の実際の連続動作電流を求める。

検討する:

一般的な動作電流

最大の動作電流

スタートアップ電流

ピーク電流

モーター起動

コンデンサの充電

ワイヤレス伝送のピーク

ディスプレイまたはヒーターの負荷

選択されたアイホールドは、実際の環境条件下で十分な運営マージンを提供する必要があります。

2.最高の操作電圧

PPTCの最大定格電圧は、保護される回路に適している必要があります。

例えば、3.3 Vのセンサー回路、5 VのUSB回路、12 Vの補助回路、24 Vの機器回路は、異なる電圧要件を持っています。

電圧定格は、電流定格とは独立して評価する必要があります。

「1 A PPTC」または「2 A PPTC」の説明では、デバイスが適切かどうかを判断するのに十分な情報が提供されていません。

3. IholdおよびItrip

アイホールドは、最大予想正常動作電流に対応する必要があります。

Itripは、アプリケーションに必要な過電流応答を提供する必要があります。

これらの値は、トリップ時間曲線とともに評価する必要があります。

4.最初の抵抗

初期抵抗は、低電圧の医療用エレクトロニクスにおいて特に重要です。

たとえば、PPTCが高感度のセンサ電源と直列に配置されている場合、過剰な抵抗によって許容できない電圧降下が生じる可能性があります。

したがって、エンジニアは以下を比較する必要があります:

PPTCの抵抗+PCBの抵抗+コネクターの抵抗+配線の抵抗

回路の許容電圧降下に対して。

5.旅行までの時間

トリップまでの時間要件は、保護される回路に依存します。

センサーサプライには、次のような異なる要件がある場合があります。

モータードライブ

USBの出力

バッテリーブランチ

通信モジュール

ディスプレイ供給

製造元のトリップ時間曲線は、現実的な運転条件下で評価する必要があります。

6.実用温度について

医療用電子機器は、さまざまな環境で使用される可能性があります。

例えば:

病院の設備

実験室の設備

ポータブル機器

ホームヘルスケアデバイス

バッテリー駆動の機器

周囲温度はPPTCの挙動に影響を与えます。

したがって、エンジニアは温度ディレーティング情報を確認し、選択したデバイスが指定された動作範囲内に収まっていることを確認する必要があります。

PPTCヒューズのデータシート:エンジニアは何を確認すべきですか?

プロのPPTCヒューズデータシートは、エンジニアが電気的、熱的、および機械的性能を評価するのに十分な情報を提供する必要があります。

主なパラメータは次のとおりです:

たとえば、Littelfuse 3425 Lのデータシートには、Ihold、Itrip、Vmax、Imax、消費電力、トリップまでの時間、および抵抗値が規定されており、エンジニアがPPTC製品を比較する際に確認すべき情報の種類が示されています。

医療機器用のPPTCヒューズSMD

PPTCヒューズSMD
 ポリマーリセット可能な過電流保護デバイスの表面実装バージョンです。

SMD PPTCデバイスは、コンパクトな医療用電子機器にいくつかの利点を提供できます。

小さなPCBフットプリント

小型パッケージにより、設計者はスペースに制約のある回路基板に保護を統合することができます。

自動PCBアセンブリ

SMD PPTCは、特定の製品が適用可能な組み立て条件に指定されている場合、標準の高容量PCB組み立てプロセスに統合することができます。

低プロファイル

薄型パッケージは、筐体の高さが制限されている携帯用医療機器に役立ちます。

ローカライズされた保護

表面実装型PPTCは、保護が必要な回路分岐の近くに配置することができます。

PPTC業界で使用される一般的なパッケージファミリは次のとおりです。

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

パッケージは電気的特性から独立して選択すべきではありません。大きなパッケージは、小さなパッケージとは異なる電流、熱、または電圧要件をサポートする場合があります。

医療エレクトロニクスにおけるPPTCの用途

患者モニタリング装置

患者モニタリングシステムは、センサ、ディスプレイ、通信インタフェース、プロセッサ、および電力管理回路を含むことができる。

適切な補助および電源ブランチについては、PPTC保護を検討することができます。

正確な保護アーキテクチャは、機器設計者が決定する必要があります。

医療用センサー

医療用センサーは、電力の異常に敏感である可能性があります。

PPTC保護は、電気的特性が適しているセンサ電源入力または補助電源ブランチについて検討することができます。

例えば:

温度センサー

圧力センサー

光センサー

ウェアラブルセンサー

モニタリングセンサー

PPTCは、その抵抗と動的な動作がその信号と互換性がある場合を除き、信号経路に配置しないでください。

ポータブル医療機器

ポータブル医療機器には、しばしば厳しいPCBスペースとバッテリー寿命の要件があります。

コンパクトなリセット可能な保護が必要な場合は、低抵抗の表面実装PPTC製品を検討することができます。

バッテリー駆動システムの場合、エンジニアは特に注意を払う必要があります:

最初の抵抗

電圧ドロップ

電力の損失

Ihold

トリップ

温度の

医療用USBインターフェース

医療機器やヘルスケア機器のUSBポートは、偶発的な短絡や異常な外部負荷にさらされる可能性があります。

適切なUSB電源ブランチには、PPTCを検討することができます。

ただし、PPTC保護は完全なUSB保護ソリューションとは考えられません。

デザインによっては、追加の保護が必要な場合があります。

SDR

サージ

EMI

シグナルインテグリティ

医療エレクトロニクスにおけるPPTC vs従来型ヒューズ

PPTCと従来のヒューズは、異なるタイプの過電流保護を提供します。

正しい選択は、医療機器の回路要件と適用可能な安全上の考慮事項によって異なります。

PPTCはリセット可能であるため、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。

PPTCエレクトロニクスとシステムの信頼性

医療用電子機器の場合、部品の選択は公称電気定格以上のことを考慮する必要があります。

エンジニアは以下を評価する必要があるかもしれません:

電気パフォーマンス

サーマルパフォーマンス

機械的な信頼性

製品の一貫性

長期的な可用性

製造のトレーサビリティ

資格データ

材料コンプライアンス

PCBアセンブリの互換性

保護コンポーネントは、回路保護アーキテクチャ全体の一部としても考慮する必要があります。

PPTCは特定の過電流状態に対処できますが、以下を置き換えることはできません。

ESDの保護

サージ保護

EMIフィルタリング

過電圧の保護

逆極性の保護

アイソレーション

機能安全対策について

適切な組み合わせは、機器のアーキテクチャと適用される規格によって異なります。

リセッタブルヒューズの自動車製品はどうですか?

リセット可能なヒューズ自動車の検索は、しばしばエンジニアを自動車環境向けに設計されたPPTC製品に導きます。

自動車用PPTCには、温度、振動、認定、および自動車部品の規格に関連する追加要件がある場合があります。

例えば、Littelfuseは自動車アプリケーション向けにAEC-Q 200認証を受けた表面実装PPTC製品を発行しています。

しかし、PPTCautomotive-qualifiedは自動的に医療機器に適しているとは考えられません。

医療製品と自動車製品には異なるアプリケーション要件があります。

正しいアプローチは、実際のターゲットアプリケーションの電気、環境、品質、および規制要件に基づいてコンポーネントを選択することです。

DigiKeyで見つかったPPTC製品の比較

PPTCコンポーネントを研究するエンジニアは、DigiKeyなどの販売代理店を通じて複数のメーカーの製品に出会う可能性があります。

たとえば、DigiKeyでは、表面実装ポリマーPTCリセッタブルヒューズを、メーカーの部品番号、Ihold、Itrip、最大電圧、初期抵抗、トリップ後抵抗、トリップまでの時間、パッケージ体格、および動作温度などのパラメータで一覧表示しています。

これは重要なポイントを示しています。

PPTCの選択は、単にディストリビューターの製品タイトルではなく、完全な電気仕様に基づく必要があります。

Ruilin SemiconductorのPPTCを他のメーカーの製品と比較する場合、エンジニアは以下を比較する必要があります:

Ihold

トリップ

Vmax

IMAX

最初の抵抗

ポストトリップ抵抗

トリップまでの時間

実用温度について

パッケージの寸法

認定の要件

資格の要件

同じ公称電流とパッケージを持つ製品でも、電気的特性が大きく異なる場合があります。

Ruilin半導体-PPTCメーカー

ルイリンセミコンダクター（深セン）株式会社 PPTCおよびポリマー正温度係数保護製品の研究開発、設計、製造、供給に焦点を当てています。

Ruilin Semiconductorの製品ポートフォリオは、以下を含む複数のPPTC製品カテゴリーをカバーしています:

標準的なPPTC

超低い抵抗PPTC

高温用のPPTC

タイプC専用のPPTC

すくいPPTC

一回限りのヒューズ製品

会社は、一般的なサイズを含む、さまざまな回路保護要件に対応する複数のSMDパッケージファミリーも提供しています。

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

医療用電子機器の場合、製品の選択は、実際の回路要件と適用される資格およびコンプライアンス要件に基づいて行う必要があります。

Ruilinの半導体はPPTCの解決をのための評価するエンジニアを支えることができます:

医療エレクトロニクス

民生用エレクトロニクス

スマートホームデバイス

インダストリアルコントロール

自動車エレクトロニクス

バッテリー保護

USB Type-Cケーブル

コミュニケーション機器

医療用途については、最終的なデザインインの前に、お客様は該当する製品データシート、電気仕様、信頼性要件、材料コンプライアンス、資格文書、およびサンプル性能を確認する必要があります。

医学の電子工学のためのPPTCを選ぶ方法か。

実用的な選択過程は次のように要約できます。

ステップ1-正常な動作電流を決定する

保護された回路の最大連続電流を測定します。

ステップ2-動作電圧を決定する

正常時と異常時の実際の電圧範囲を確認してください。

ステップ3-アイホールドを選択

Iholdが十分なエンジニアリングマージンで最大連続動作電流に適していることを確認してください。

ステップ4-Itripを評価する

予想される障害状態に対してトリップ特性が適切かどうかを判断してください。

ステップ5-抵抗をチェックする

最初の抵抗が過度の電圧降下または電力損失を引き起こさないことを確認してください。

ステップ6-旅行時間を確認する

メーカーのトリップ時間曲線を評価します。

ステップ7-温度を評価する

メーカーの温度ディレーティング情報を適用します。

ステップ8-パッケージを確認する

PCBの寸法、パッドのレイアウト、組み立て過程、および機械的制約を確認します。

ステップ9-ドキュメントの確認

プロジェクトに必要な最新のデータシート、資格情報、材料コンプライアンス、その他の文書を確認してください。

ステップ10-サンプルを使用して検証する

プロトタイプテストは、生産デザインインの前に現実的な電気、熱、および障害条件下でPPTCを検証する必要があります。

よくある質問(FAQs)

エレクトロニクスにおける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。電子工学では、それはポリマーベースの再設定可能な過電流保護部品です。過電流状態の間に、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、抵抗は正常な状態の方に減ります。

PPTCは何の略ですか?

PPTCはのために立ちます
ポリマーの正の温度係数
その名前は、高分子材料系とその正の温度係数の振る舞いを説明しており、過電流イベント中にデバイスが加熱されるにつれて抵抗が大幅に増加することを示しています。

PPTCの選び方は?

PPTCを選択するには、回路の正常電流、最大電圧、Ihold、Itrip、初期抵抗、最大故障電流、トリップ時間、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。医療用電子機器の場合、選択はプロジェクトの適用可能な資格、信頼性、および規制要件も考慮する必要があります。

PPTCヒューズはどのように機能しますか?

PPTCヒューズは、過剰な電流がデバイスを加熱するときに抵抗を増加させることで機能します。増加した抵抗は故障電流を制限します。故障が除去され、デバイスが冷却されると、その抵抗は通常値に向かって減少します。

PPTCトリップカレントとは何ですか?

PPTCの旅行の流れ、かItripは、指定されたテスト条件の下で高抵抗の保護状態に入る装置と関連付けられる流れです。PPTCの行動が流れ、時間、温度、PCBの熱条件および他の要因によって決まるのでそれは厳密な即時の現在のしきい値ではないです。

PPTCヒューズSMDとは何ですか?

PPTCヒューズSMDは、表面実装型のポリマーリセット可能な過電流保護デバイスです。PCBに直接取り付けるように設計されており、PCBスペースが限られているコンパクトな電子製品に役立ちます。

PPTCは医療用エレクトロニクスに適していますか?

PPTCは、リセット可能な過電流保護が適切な選択された医療用電子回路に適している場合があります。ただし、適合性は実際のアプリケーション、電気要件、熱条件、信頼性要件、および適用可能な医療機器規格によって異なります。PPTCは、単独で完全な医療安全ソリューションとは見なされるべきではありません。

PPTCは携帯用医療機器に使用できますか?

はい、PPTCデバイスは、携帯用医療機器の適切な電源および補助回路として考慮することができます。表面実装PPTC製品は、PCBスペースが限られている場合に特に役立ちます。たとえば、Littelfuseは、特定の表面実装PolySwitch PPTC製品のアプリケーションの中に携帯用医療機器をリストアップしています。

PPTCヒューズのデータシートで何を確認すべきですか?

Ihold、Itrip、Vmax、Imax、初期抵抗、トリップ後抵抗、トリップまでの時間、動作温度、パッケージ寸法、資格情報、および材料コンプライアンスを確認してください。これらのパラメータは個別ではなく、一緒に評価する必要があります。

PPTCはPolyfuseと同じですか?

PPTCは、ポリマー正温度係数技術を説明しています。「ポリヒューズ」は、ポリマーベースのリセット可能なPTCデバイスの市場で一般的に使用され、ブランド関連の用語としても使用される場合があります。エンジニアは、製品が同一であると仮定するのではなく、実際の仕様を比較する必要があります。

医療機器は自動車用PPTCを使用できますか?

自動車用PPTCは要求の厳しい環境に適した特性を持っているかもしれませんが、自動車の認証は自動的に医療機器に適した部品になるわけではありません。対象の医療アプリケーションの電気、環境、信頼性、規制および認証要件は独立して評価する必要があります。

PPTCは従来のヒューズを置き換えることができますか?

すべてのアプリケーションではありません。PPTCと従来のヒューズは、抵抗、応答、中断、リセットの特性が異なります。適切な保護技術は、回路およびシステム要件によって異なります。

結論として

医療用電子機器には、信頼性と機器の可用性が重要な考慮事項であるため、慎重に設計された回路保護が必要です。

適切に選択されたPPTCリセット可能ヒューズは、電源入力、センサ、携帯用機器、補助出力、選択された通信またはUSB電源分岐を含む、適切な医療用電子回路に対して局所的なリセット可能過電流保護を提供することができます。

Ihold、Itrip、Vmax、Imax、初期抵抗、トリップまでの時間、温度、およびパッケージcharacteristicsshouldすべて、メーカーのPPTCヒューズデータシートを使用して評価されます。

医療用途においては、製造デザインインの前に、部品の認定、信頼性、トレーサビリティ、文書化、および該当するデバイスレベルの要件も考慮する必要があります。

Ruilin Semiconductorは、複数の電気およびSMDパッケージ構成でPPTC保護製品を提供し、医療用電子機器、自動車用電子機器、産業用制御、スマートホーム、バッテリー、消費者向け電子機器などの回路保護要件をサポートしています。