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温度がPPTCの性能に与える影響

PPTCのヒューズ装置は電子機器、産業システム、自動車電子工学、通信機器、電池のパックおよび鉄道関連の保護適用の再設定可能な過電流保護のために広く利用されています。PPTC装置がtemperature-dependent抵抗の変更によって作動するので、周囲温度に電気性能の直接影響があります。

実際のアプリケーションでPPTCヒューズを選択する際には、温度がPPTC抵抗、保持電流、トリップ動作、および回復特性にどのように影響するかを理解することが不可欠です。

このアプリケーションノートでは、PPTCの意味、PPTCのフルフォーム、抵抗特性、ホールド電流、トリップ電流、熱ディレーティング、および実用的な選択上の考慮事項など、温度とPPTC性能の関係について説明します。

PPTCとは何ですか? PPTCの完全な形式と意味

PPTCは重合体の肯定的な温度係数のために立ちます。

PPTCは、一般的にPPTCリセット可能ヒューズまたはリセット可能過電流保護デバイスとして使用される、ポリマーベースの正温度係数デバイスです。

通常の動作条件下では、PPTCは比較的低い抵抗を持ち、予想される動作電流を回路を通過させます。過剰な電流が流れると、デバイス内部で生成された電力が温度を上昇させます。ポリマー材料が状態を変えると、PPTCの抵抗が大幅に増加し、保護された回路を流れる電流が制限されます。

障害状態が取り除かれ、PPTCが冷却された後、その抵抗は通常状態に向かって減少します。

このtemperature-dependent挙動が、PPTC設計において温度が非常に重要なパラメータである根本的な理由です。

温度はPPTCの抵抗にどのように影響しますか?

ポリマーPTCデバイスの最も重要な特徴は、その 温度が上がるにつれて抵抗が増加します
.

比較的低温では、ポリマー構造はポリマーマトリックスに埋め込まれた導電性材料を通じて導電経路を提供します。そのため、PPTCは比較的低い初期抵抗を持ちます。

温度が上昇すると、ポリマー構造が変化し、導電経路が不連続になります。電気抵抗が増加し始めます。

これにより、正の温度係数が生成されます。

より高い温度より高いPPTCの抵抗

そして、通常の動作条件下では:

より高い周囲温度より低い正当な動作電流

関係は、従来の抵抗器のような固定された線形resistance-temperature係数ではありません。PPTCの振る舞いは強く非線形であり、特にデバイスが低抵抗状態から高抵抗状態に変化する遷移領域周辺で顕著です。

なぜPPTCの抵抗は温度とともに増加するのですか?

PPTCは熱に反応するように設計されています。

考慮すべき2つの主要な暖房源があります。

アンビエントヒーティング

電流による自己発熱

PPTCによって消費される電力は、次のように近似できます。

P=Rの

どこで:

P=デバイスが消費する電力

I=PPTCを流れる電流

R=PPTCの抵抗

電流が増加すると、電力は電流の2乗に比例するため、デバイス内部で発生する熱が急速に増加する可能性があります。

デバイスが熱くなるにつれて、その抵抗が増加します。増加した抵抗は電流を制限し、デバイスの熱バランスを変えます。

この電気熱フィードバックは、PPTCリセット可能ヒューズの基本的な動作メカニズムです。

PPTCの抵抗と温度

PPTC抵抗と温度の関係は、いくつかの実用的な動作領域に分けることができます。

1.正常な動作地域

正常な周囲温度および正常な負荷電流では、PPTCは低抵抗状態のままです。

デバイスは比較的少ない電力を消費し、トリップしないはずです。

PPTCヒューズのデータシートで指定された抵抗は通常、定義されたテスト条件下で測定されます。したがって、設計者は、公表された抵抗値をすべての動作条件下で一定の抵抗として扱うことを避ける必要があります。

2.暖房の地域

電流が増加するか周囲温度が上昇すると、PPTCはより多くの熱を発生します。

デバイスは遷移領域に近づくように移動します。

抵抗が増加し始めると、電気的および熱的動作点が変化します。

3.トリップまたは高抵抗領域

PPTCが設計されたスイッチング温度範囲に達すると、その抵抗は劇的に増加する可能性があります。

デバイスは通常、完全なオープン回路にはなりません。代わりに、電流をはるかに低いレベルに制限する高抵抗状態に入ります。

これがPPTCが従来のワンタイムヒューズと異なる理由です。

4.冷却およびリセット領域

故障が取り除かれた後、PPTC内部で発生する熱は減少します。

デバイスが冷却されると、その抵抗は徐々に減少します。

デバイスが正常な動作状態に十分に近づくと、回路は正常な動作を再開できます。

周囲温度がPPTCの性能に与える影響

周囲温度は、PPTCヒューズを選択する際に最も重要なパラメータの1つです。

25℃で動作するPPTCと70℃で動作する同じPPTCは、必ずしも同じ許容保持電流を持つとは限りません。

理由は簡単です:

より高い周囲温度では、PPTCはその遷移領域に到達するためにより少ない追加の自己加熱を必要とします。

したがって、デバイスはより低い電流で高抵抗状態に達することができます。

実用的な言葉で:

周囲温度の上昇熱マージンの減少ホールド電流の減少

このため、PPTCメーカーはPPTCヒューズデータシートに温度ディレーティング情報を提供しています。

例えば、主要メーカーのPPTCtemperature-reratingデータによると、周囲温度が上昇すると許容ホールド電流が大幅に減少することが示されています。

したがって、エンジニアは、室温の電流定格だけからデバイスを選択するのではなく、予想される最大動作温度に基づいてPPTCを選択する必要があります。

PPTCの性能のどの側面が温度の影響を強く受けますか?

温度はいくつかの重要なPPTCパラメータに影響を与える可能性があります。

1. 保持電流
一般的にIholdとして指定される保持電流は、指定された試験条件下でトリップ状態に入らずにPPTCが通常運ぶことができる最大電流です。

温度が上昇すると、Iholdは一般的に減少します。

これは、回路設計者にとって最も重要な温度影響の1つです。

2.トリップカレント

PPTCのトリップ挙動もtemperature-dependentです。

より暖かいPPTCは、遷移領域に到達するために追加の加熱が少なくて済みます。その結果、トリップ状態を生成するために必要な電流は、高温下では低くなる可能性があります。

3.旅行までの時間

温度は、過電流状態に対するPPTCの応答速度に影響を与える可能性があります。

周囲温度が高くなると、デバイスは熱遷移領域に近づき始めます。その結果、トリップ条件に到達するために必要な時間が変わる可能性があります。

したがって、トリップまでの時間は、意図した動作条件下でメーカーの時間-電流曲線を使用して評価する必要があります。

4.抵抗の

PPTCの温度が上昇すると抵抗が増加します。

これがPPTCのリセット可能な過電流保護を可能にする基本特性です。

5.パワー損失

PPTCは熱保護デバイスであるため、その熱バランスは電力放散と周囲のPCBおよび環境が熱を除去する能力に依存します。

したがって、PCBの銅面積、部品の間隔、エアフロー、エンクロージャの温度、および近くの熱源は、実際のPPTCの性能に影響を与える可能性があります。

温度とPPTCの保持電流

PPTCの選択における最も一般的な間違いの1つは、温度を考慮せずに定格のIhold値を使用することです。

たとえば、メーカーの基準条件で2.0 Aの保持電流でPPTCが指定されているとします。

それはそうです
 ない
 高温の筐体に設置された場合、必ずしもデバイスが連続して2.0 Aを運ぶことができることを意味します。

実際の許容電流は、周囲温度が上昇すると大幅に低くなる可能性があります。

簡略化されたデザイン関係は次のように表現できます。

許容動作電流=定格電流温度ディレーティング係数

実際のディレーティング係数は、特定のPPTCメーカーのデータシートまたはtemperature-rerating曲線から取得する必要があります。

すべてのPPTCシリーズに一般的なディレーティングパーセンテージを使用しないでください。

異なるPPTC構造、寸法、抵抗レベル、取り付け構成、および熱環境は、異なる温度特性を生み出す可能性があります。

PPTCの温度低下と実際のPCBの状態

PPTCのデータシートに示されている温度は、通常、定義された環境条件または試験条件を指します。

PCBに取り付けられた部品の実際の温度は異なる場合があります。

例えば、PPTCは近くに設置することができます。

パワーMOS FET

DC/DCコンバーター

パワー抵抗器

バッテリー

モーターズ

LED

CPUまたはプロセッサ

高電流コネクタ

トランスフォーマー

他の発熱部品

これらの部品は、PPTC周辺の局所温度を上昇させる可能性があります。

PCBの銅面積も熱伝達に影響を与えます。

銅面積を大きくすると放熱性が向上しますが、銅面積を小さくするとPPTCの動作温度が高くなる可能性があります。

したがって、PPTCの選択は、公称周囲温度だけでなく、実際の熱環境を考慮する必要があります。

高温でのPPTCヒューズの選択

高温用途のPPTCヒューズを選択する際には、以下のパラメータを考慮してください。

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通常の動作条件下で決定します。

典型的な電流だけを使用しないでください。最大予想負荷を考慮してください。

ステップ2:最高周囲温度を決定する

予想される最高の環境温度を特定します。

エンクロージャ内に設置された機器の場合、内部温度は周囲の室温よりもかなり高くなる可能性があります。

ステップ3:温度ディレーティングを適用する

PPTCメーカーのtemperature-rerating曲線または表を使用して、最大動作温度における実際の許容ホールド電流を求めます。

ステップ4:電圧評価を確認する

選択したPPTCは、保護された回路に適した最大定格電圧を備えている必要があります。

ステップ5:初期抵抗を確認する

PPTCヒューズのデータシートに記載されている初期抵抗を確認してください。

低抵抗は、電圧降下と電力損失が重要な回路では特に重要です。

ステップ6:旅行時間を確認する

PPTCの時間-電流曲線を確認し、予想される障害状態中にデバイスが十分な保護を提供していることを確認します。

ステップ7:パッケージと熱設計を確認する

PPTCリセット可能ヒューズ（SMD）の場合、パッケージの体格とPCBレイアウトが熱放散と実際の動作温度に影響する可能性があります。

したがって、選択したコンポーネントは実際のPCB設計で評価する必要があります。

鉄道用PPTCヒューズ

PPTCデバイスは、リセット可能な過電流保護が必要な一部の鉄道および鉄道信号保護アプリケーションでも使用できます。

鉄道環境は、厳しい温度や環境条件を示すことがあります。屋外信号装置、軌道側装置、制御回路、通信装置、その他のシステムは、大幅な温度変化を経験する可能性があります。

したがって、鉄道用PPTCアプリケーションでは、単に正しい公称電流を持つ部品を選択するだけでは不十分です。

エンジニアは以下を評価すべきです:

作動温度の範囲

温度の軽減

ホールド電流

トリップ電流

最高の電圧

最高の欠陥の流れ

トリップまでの時間

最初の抵抗

ポストトリップ抵抗

パッケージの構築

環境の条件

PCBまたは配線の熱特性

適用される鉄道システム要件

鉄道アプリケーションには、application-specificの基準と資格要件がある場合があります。汎用PPTCは、安全上重要な鉄道システムに自動的に適しているとは考えられません。

鉄道プロジェクトの場合、最終的なデバイス選択は、システム仕様と適用可能な顧客または鉄道規格に対して検証する必要があります。

車載アプリケーションにおけるPPTCの性能

自動車用電子機器も広い温度変動を経験する可能性があります。

自動車用途で使用されるPPTCは、以下の近くで動作する可能性があります:

バッテリーシステム

電子制御モジュール

ライティングシステム

モーターズ

センサー

通信インターフェース

USBと充電インターフェース

パワー分配回路

周囲温度が高くなる可能性があるため、温度ディレーティングが特に重要になります。

室温で正しく動作するPPTCは、高い自動車動作温度で同じ保護マージンを提供しない可能性があります。

車載用PPTCを選択する場合、エンジニアは、電流、電圧、抵抗、トリップまでの時間、パッケージ、およびapplication-specificの認定要件とともに、完全な動作温度範囲を評価する必要があります。

PPTCリセット可能なヒューズSMDと熱設計

表面実装PPTCデバイスは、比較的少ないPCBスペースを占有し、標準のSMTプロセスを使用して組み立てることができるため、広く使用されています。

ただし、パッケージの体格が小さいということは、熱の影響を無視できるわけではありません。

PCB自体が熱システムの一部になります。

重要な要因は次のとおりです:

銅トレース幅

銅の厚さ

PPTC周辺の銅線エリア

PCBの層の数

設定による

コンポーネント間隔

気流

近くの熱源

エンクロージャの温度

このため、同じPPTC部品番号でも、異なるPCBレイアウトで異なる動作をする場合があります。

生産設計においては、予想される最高温度および負荷条件下でのプロトタイプ検証が強く推奨されます。

PPTC抵抗とI²R加熱

抵抗と電流の関係は、PPTCアプリケーションにおいて特に重要です。

デバイス内で生成されるおおよその電力は次のとおりです。

P=Rの

電流が流れている間に抵抗が増加すると、デバイスの熱的挙動が変化します。

故障時には、このメカニズムが高抵抗状態への移行に寄与します。

したがって、PPTC抵抗は静的な電気パラメータとしてのみ考慮すべきではありません。

また、デバイスの熱動作メカニズムの一部でもあります。

これは、エンジニアがPPTCヒューズresistanceandtemperatureディレーティングの両方を検討すべき理由の1つです。
部品を選択するとき

PPTCの温度と抵抗:実用的な設計例

通常1.0 Aで動作する回路を考えてみましょう。

回路が室温で動作する場合、エンジニアは最初に1.0 A以上のIhold評価を持つPPTCを探すことがあります。

しかし、回路が70 Cで動作できる場合、同じデバイスは、その温度で実質的に減少した許容保持電流を有し得る。

したがって、エンジニアは次のようにすべきです:

最大動作温度を決定します。

データシートでtemperature-reratingデータを見つけます。

最高温度における実際のIholdを求める。

その値を最大正常動作電流と比較してください。

初期抵抗と電圧降下を確認してください。

予想される故障電流の下でトリップまでの時間を確認します。

実際のPCBで選択したデバイスを検証します。

このアプローチは、公称25 C電流定格のみに基づいてPPTCを選択するよりも信頼性が高くなります。

PPTCヒューズのデータシート:確認するパラメータ

PPTCヒューズのデータシートを見直すとき、エンジニアは次の変数に注意を払うべきです:

製品ファミリーによって用語や測定条件が異なるため、正確な定義と試験条件は常にメーカーのデータシートから取得する必要があります。

PTCヒューズのシンボルとPPTC回路の表現

PPTCリセット可能ヒューズは、一般的に回路図でヒューズのようなシンボルまたはPTC関連のシンボルを使用して表されます。これは、使用されている回路図標準およびCADライブラリによって異なります。

回路設計者にとって重要な点は、PPTCが従来のワンタイムヒューズではなく、電流制限、temperature-dependent保護デバイスであることです。

したがって、回路図シンボルは、部品仕様および回路設計要件とともに解釈する必要があります。

高温設計におけるPPTCの信頼性を向上させる方法

いくつかの設計プラクティスは、PPTCアプリケーションの信頼性を向上させることができます。

使用温度の軽減

アプリケーションの周囲温度が著しく高い場合、PPTCを室温のIhold評価で連続的に動作させないでください。

不要な自己加熱を避ける

通常動作電流が大きすぎると損失I²Rが増大し、デバイス温度が上昇します。

PCBの熱条件を考慮する

銅面積、トレース幅、エアフロー、エンクロージャ温度、および近くの熱源を評価します。

適切な抵抗を選択する

低電圧回路では、過剰なPPTC抵抗が望ましくない電圧降下を引き起こす可能性があります。

トリップまでの時間を確認する

正しいIhold値を持つデバイスでも、不適切な障害応答時間がある可能性があります。

最高温度でテストする

アプリケーションの検証には、最悪の場合の組み合わせを含める必要があります:

最大負荷+最大周囲温度+実際のPCBレイアウト

これにより、PPTCのパフォーマンスをより現実的に評価できます。

主なポイント

温度はPPTCの性能に影響を与える最も重要な要因の1つです。

主な関係は次のとおりです:

温度が上昇するとPPTCの抵抗が増加する

周囲温度が上昇すると、Iholdは一般的に低下します。

より高い温度つまずく前のより少ない熱差益

より高い電流、より多くのI²R加熱

故障を取り除いたPPTCが冷却し、抵抗が減少しました。

このため、PPTCは公称電流のみに基づいて選択すべきではありません。

エンジニアは、以下の完全な組み合わせを評価する必要があります:

電流+電圧+温度+抵抗+トリップ時間+PCBの熱条件

適切に選択されたPPTCは、リセット可能な過電流保護の実用的な方法を提供し、一時的な障害状態の後の交換の必要性を減らすのに役立ちます。

よくある質問（FAQs）

温度はPTC耐性にどのように影響しますか?

温度はPTCの抵抗に強い影響を与えます。ポリマーPTCの温度が上昇すると、抵抗が増加します。PPTCリセット可能ヒューズでは、この正の温度係数が過電流または過熱状態中の電流を制限するために使用されます。

デバイスが遷移領域に近づくにつれて、抵抗が劇的に増加する可能性があるため、この関係は特に重要になります。

PPTCの性能のどの側面が温度の影響を強く受けますか?

温度は、次のようないくつかのPPTC性能パラメータに強く影響します。

現在の保持

トリップ行動

トリップまでの時間

レジスタンス

電力の損失

リセットまたは回復動作

これらの中でも、周囲温度の上昇に伴う保持電流の減少は、部品選択にとって特に重要です。

温度の上昇は、正温度係数（PTC）部品の抵抗値にどのような影響を与えますか?

正の温度係数成分の温度が上昇すると、その電気抵抗が増加します。

ポリマーPPTCの場合、抵抗変化はポリマー構造と導電経路のtemperature-dependent変化に関連しています。

この特性により、PPTCは通常動作時に比較的低い抵抗状態から過電流イベント時にははるかに高い抵抗状態に移行することができます。

正の温度係数（PTC）サーミスタが抵抗を増加させる場合は?

PTCサーミスタは、温度が上昇すると抵抗を増加させます。PPTCリセット可能ヒューズでは、周囲温度の上昇またはデバイスを流れる電流による自己発熱のために温度が上昇する可能性があります。

デバイスがその遷移領域に達すると、抵抗が大幅に増加して電流が制限される可能性があります。

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

PPTCと従来のヒューズの違いは何ですか?

従来のヒューズは、ヒューズエレメントが溶けたときに回路を永久的に遮断するように設計されています。

PPTCリセット可能なヒューズは、故障時に抵抗を大幅に増加させ、電流を制限します。故障状態が解除され、装置が冷却された後、抵抗が減少し、回路は通常動作に戻ることができます。

高温によってPPTCが低い電流でトリップすることはありますか?

一般的には、はい。
PPTCは、より高い周囲温度で既に高温であるため、その遷移領域に到達するために必要な追加の自己加熱が少なくて済みます。

したがって、その許容保持電流は周囲温度が上昇するにつれて減少する。

特定のPPTCシリーズのtemperature-reratingデータから正確な動作を決定する必要があります。

高温アプリケーション用のPPTCはどのように選択すればよいですか?

最大正常動作電流と最大周囲温度から開始します。

次に確認してください:

温度再評価されたIhold

トリップ

Vmax

IMAX

最初の抵抗

トリップまでの時間

パッケージの体格

PCBの熱条件

最高の動作温度

Application-specificの資格要件

選択したPPTCは、実際の最大動作温度で十分な電流マージンを提供する必要があります。

PPTCは鉄道用途に使用できますか?

PPTCデバイスは、特定の信号および屋外機器アプリケーションを含む、選択された鉄道関連の保護アプリケーションで使用できます。

ただし、鉄道アプリケーションには特定の環境、電気、信頼性、および資格要件がある場合があります。したがって、汎用PPTCが自動的に適していると仮定するのではなく、実際の鉄道システムの仕様に従ってPPTCを選択する必要があります。

メーカー: Ruilin Semiconductor

ルイリンセミコンダクター（深セン）株式会社 ポリマー正温度係数デバイスとPPTCリセット可能ヒューズの設計、R&D、販売に焦点を当てたハイテク企業です。

Ruilin Semiconductorは、標準的なPPTCリセット可能ヒューズ、ultra-low-resistancePPTCデバイス、高温PPTC製品、Type-C専用PPTCデバイス、その他の過電流保護ソリューションなど、さまざまな回路保護要件に対応するPPTCソリューションを提供しています。

会社は、以下を含むアプリケーションを提供しています:

民生用エレクトロニクス

スマートホーム機器

自動車エレクトロニクス

医療エレクトロニクス

インダストリアル機器

他の電子保護アプリケーション

Ruilin Semiconductorの製品ポートフォリオは、複数のSMDおよびリード付きパッケージサイズをカバーしており、エンジニアは電流、電圧、抵抗、温度、パッケージ、およびアプリケーション要件に応じてPPTC保護デバイスを選択できます。

エンジニアリングアプリケーションにおいて、Ruilin Semiconductorは、適切なリセット可能なヒューズソリューションを特定するために、顧客がPPTCパラメータ、熱条件、電流要件、および保護性能を評価するのを支援することに焦点を当てています。

結論として

温度は単にPPTCの環境仕様ではありません。それはデバイスの動作メカニズムの重要な部分です。

温度が上昇すると、PPTC抵抗が増加し、利用可能な保持電流マージンが減少します。同時に、トリップ時間と熱挙動が変化する可能性があります。

したがって、信頼性の高い回路保護のために、エンジニアは公称室温仕様だけに頼るのではなく、実際の最悪の動作条件下でPPTCの性能を評価する必要があります。

PPTCヒューズを選択する際は、常に以下を考慮してください:

作動電流+最高温度+電圧+抵抗+トリップ時間+熱環境

これらの関係を理解することで、エンジニアは現実世界のアプリケーションで安定かつ予測可能な過電流保護を提供するPPTCリセット可能ヒューズを選択することができます。