叡霖半導体（深セン）有限公司

PPTCディレーティングガイド

PPTCデバイスは、ポリマー正温度係数リセット可能ヒューズとしても知られており、電子および電気システムの過電流保護に広く使用されています。従来のワンタイムヒューズとは異なり、故障が除去され、デバイスが冷却された後、PPTCヒューズは通常の低抵抗状態に戻ることができます。

ただし、PPTCヒューズの選択時に考慮すべき重要な特性が1つあります。PPTCの電気的性能は温度によって変化します。

25℃で特定の保持電流に評価されたPPTCヒューズは、必ずしも60℃、80℃、または100℃で同じ電流を連続して流すことはできません。温度が上昇するにつれて、利用可能な保持電流は一般的に減少します。これが、エンジニアが室温の電流評価だけからデバイスを選択するのではなく、PPTCディレーティング曲線を使用する必要がある理由です。

このPPTCディレーティングガイドでは、温度がPPTCの性能にどのように影響するか、熱ディレーティング曲線を読み取る方法、実用的な電流要件を計算する方法、および実世界のアプリケーション用にPPTCリセット可能ヒューズを選択する方法について説明します。

PPTCディレーティングとは何ですか?

PPTCディレーティングとは、動作温度が上昇するにつれてPPTCデバイスの許容動作電流が減少することを指します。

PPTCは熱的に敏感な過電流保護部品です。デバイスが過剰な電流によって加熱されると、その抵抗が大幅に増加します。したがって、部品の周囲の温度は、高抵抗状態に入らずにどれだけの電流を流すことができるかに直接影響します。

一般的に:

低温では、PPTCはトリップする前により多くの電流を流すことができます。

定格基準温度では、指定されたIholdが適用されます。

温度が高くなると、許容ホールド電流が減少します。

十分に高い温度では、電流の比較的小さな増加がPPTCをトリップさせる可能性があります。

従って製造業者の熱軽減のカーブは正常な室温の上で作動する装置のためのPPTCの保護を設計するとき必要です。Eatonは同様に最高の周囲温度および定常状態の流れに基づいて再設定可能なPTCを選び、そして選択の間に熱軽減のグラフを使用することを推薦します。

PPTCディレーティングはなぜ重要なのですか?

PPTCの選択における一般的な間違いは、回路の動作電流をデータシートに示されているIhold値と直接比較することです。

例えば、回路が連続的に描画するとします。

ロード=1.0 A

エンジニアは以下のPPTCを選択することができます:

アイホールド=1.1 A@25 C

25℃では、これは許容されるように見えるかもしれません。

ただし、PPTC周辺の実際の動作温度が60 Cに達すると、デバイスの許容電流は公称25 C定格よりも大幅に低くなる可能性があります。

したがって、実際の設計条件は以下の通りではありません:

1.0のA

代わりに、次のように評価する必要があります:

実際の動作電流

この区別は特に重要になります:

自動車エレクトロニクス

バッテリー保護

電源の供給

インダストリアルコントロール

USBおよびType-Cインターフェース

民生用エレクトロニクス

テレコミュニケーション機器

スマートホーム機器

IoTデバイス

医療エレクトロニクス

高密度PCBの設計

温度がPPTCの性能に与える影響

温度の影響を受ける最も重要なパラメータは次のとおりです。

電流を保持する（Ihold）

トリップ電流(Itrip)

レジスタンス

トリップまでの時間

電力の損失

挙動のリセット

1.ホールド電流

Iholdは、指定された試験条件下でPPTCがトリップすることなく連続して流すことができる最大電流です。

重要な点は、Iholdが特定の温度と試験条件で指定されていることです。

多くのPPTC製品では、基準条件は室温前後ですが、エンジニアは常にメーカーのデータシートで正確な試験温度を確認する必要があります。

温度が上昇すると、Iholdは一般的に減少します。

したがって:

温度が高いほど連続電流が低くなります

これが、PPTCの選択時に熱劣化を考慮する必要がある主な理由です。

2.トリップカレント

Itripは、定義された試験条件下でPPTCを高抵抗状態に遷移させるために指定された最小電流を表します。

温度は旅行行動にも影響します。

高温下では、PPTCはスイッチング状態に達するためにより少ない追加加熱を必要とします。そのため、PPTCはエンジニアが室温特性から期待するよりも低い電流でトリップする可能性があります。

IholdとItripの間の領域も注意深く扱う必要があります。この領域の正確な動作は、単なるオン/オフのしきい値ではなく、初期抵抗、温度、取り付け条件、その他の要因に依存する可能性があります。

このため、エンジニアはイトリップ地域の近くで通常の連続運転を設計すべきではありません。

PPTCの熱ディレーティング曲線を理解する

PPTCの熱軽減曲線は通常、以下の関係を示します:

周囲温度または動作温度

許容される電流

名目アイホールドの割合

横軸は通常温度を表し、縦軸は定格電流の割合を表します。

典型的な概念曲線は次のようになります:

実際のディレーティング値は、必ず特定のPPTCメーカーのデータシートから取得する必要があります。

例えば、1つの公表されたPPTCシリーズは、25°Cで100%のIholdディレーティングを示し、40°Cで約85%、50°Cで76%、60°Cで67%、85°Cで47%に減少します。これは、同じ名目PPTCレーティングがoperating-temperature範囲全体で一定として扱われない理由を示しています。

PPTCディレーティング計算の例

以下の要件を満たす回路を考えてみましょう。

正常な動作電流: 1.0 A

最高の周囲温度: 60 C

必要な運用マージン:アプリケーションによって異なります

PPTCの参照Ihold: 25 Cで指定される

説明のために、選択されたPPTCの熱ディレーティング曲線が、60℃での許容電流が公称25℃Iホールドの約67%であることを示していると仮定してください。

必要な名目Iholdは、次のように推定できます:

必要なIhold 2172841 32002 Iload÷ディレーティングファクター

したがって:

必要なIhold ≥ 1.0 A÷0.6 7

必要なIhold ≥ 1.49 A

この例では、25℃でIholdが1.1 Aまたは1.2 Aしかないデバイスを選択すると、60℃で十分な熱マージンが得られません。

公称Iholdが約1.5 A以上のデバイスは、デバイスのItrip、Vmax、Imax、抵抗、トリップまでの時間、および実際のアプリケーションテストに応じて、評価の出発点となる可能性があります。

重要です:
この例の67%の係数は例示的です。エンジニアは、特定のRuilin PPTC部品番号の実際の軽減曲線を使用する必要があります。

周囲温度だけが考慮すべき温度ではない

PPTCの熱設計において最も重要な点の1つは、周囲温度がPPTC自体が経験する温度と必ずしも同じではないということです。

例えば、システムには次のようなものがあります:

周囲温度は50℃です。

しかし、PPTCは次の場所にあるかもしれません:

パワーMOS FET

DC/DCコンバーター

パワー抵抗器

バッテリーセル

プロセッサ

モータードライバー

高電流PCBトレース

トランスフォーマー

これらの部品からの局所的な熱は、PPTCの実際の動作温度を上昇させる可能性があります。

したがって、エンジニアは考慮すべきです:

T_PPTC周囲温度+ローカル温度上昇

実際の関係は、PCBの構造、エアフロー、銅面積、エンクロージャの設計、部品の配置、および熱結合に依存します。

これは、コンパクトなSMD PPTCにとって特に重要です。

PCBレイアウトがPPTCのディレーティングに影響する可能性がある

2つの同一のPPTCコンポーネントは、異なるPCBに取り付けられた場合に異なる熱挙動を示すことがあります。

要因には以下が含まれます:

銅エリア

より大きな銅面積は熱拡散を改善し、PPTCの熱平衡に影響を与える可能性があります。

PCBの厚さ

PCBの厚さと銅構造は熱放散に影響します。

気流

強制気流は、部品の周囲の熱環境を変える可能性があります。

コンポーネントの配置

高温部品の近くにPPTCを配置すると、実際の温度が上昇する可能性があります。

エンクロージャ

密閉された筐体は、屋外の試験環境よりも大幅に熱放散が少ない場合があります。

はんだ付けおよび取り付け条件

実際の実装構成は、実験室の試験条件と比較して熱性能に影響を与える可能性があります。

これらの理由から、PPTCデータシートはアプリケーションレベルの検証の代替ではなく、設計の出発点として扱われるべきです。

PPTCディレーティングとアイホールドの選択

PPTCの選択はアイホールドだけに基づくべきではありません。

実用的な選択過程では、少なくとも次のことを考慮する必要があります。

イートンの推奨選択過程には、回路電流、電圧、割込み電流、および最大周囲温度の決定が含まれます。その後、熱ディレーティング、定格比較、トリップまでの時間評価、およびoperating-temperature検証が続きます。

PPTCにはどの程度の安全マージンが必要ですか?

すべてのPPTC設計に適用すべき普遍的な割合はありません。

適切なマージンは以下に依存します:

正常な現在の許容

入力電圧の変動

スタートアップ電流

突入電流

アンビエント温度

PCBの温度上昇

部品の公差

エイジング

欠陥の流れ

必要な保護レベル

トリップまでの時間要件

たとえば、非常に大きなアイホールドを備えたPPTCを選択するだけで、迷惑なトリッピングを減らすことができますが、保護ポイントを通常の動作電流からあまりにも遠くに移動させる可能性もあります。

したがって、設計目標は以下の通りではありません:

可能な限り最大のPPTCを選択してください。

代わりに、目的は:

「異常な電流条件下で適切な保護を提供しながら、すべての正常な動作条件下で安定したPPTCを選択してください。」

高温でのPPTCディレーティング

高温環境には特別な注意が必要です。

一般的なアプリケーションには以下が含まれます:

自動車エレクトロニクス

自動車システムでは、周囲温度が上昇し、局所的なPCBの発熱が大きくなることがあります。

25℃の実験室環境向けに設計されたPPTCは、エンジンルームやその他の高温環境内で同じ電流能力を提供できない場合があります。

バッテリー保護

バッテリーパックは、充電、放電、および障害状態中に温度変化を経験する可能性があります。

PPTCは、室温だけでなく、実際の動作温度で評価する必要があります。

インダストリアル機器

産業用制御システムは、周囲の温度が周囲の部屋よりもかなり高いキャビネット内で動作する場合があります。

パワーサプライ

パワーコンバータとレギュレータは、PPTCの周囲の局所的なPCB温度を上昇させることができる熱を発生させます。

コンシューマー・エレクトロニクス

コンパクトな筐体は熱放散が限られているため、局所的な温度上昇が重要です。

低温でのPPTCディレーティング

熱劣化は高温の問題だけではありません。

基準温度以下の温度では、PPTCはその公称室温値よりも高い電流搬送能力を持つ可能性があります。

ただし、設計者は依然としてメーカーが指定した熱ディレーティング曲線を使用する必要があります。

低温操作も影響を及ぼす可能性があります:

レジスタンス

暖房の挙動

トリップまでの時間

リセット特性

機械的および環境的信頼性

したがって、指定された温度範囲全体にわたって広い温度範囲のアプリケーションを評価する必要があります。

PPTCのディレーティングとトリップまでの時間

トリップ時間曲線とともに、熱ディレーティングも考慮する必要があります。

PPTCは、電流がIholdを超えたときに必ずしも瞬時に切り替わるわけではありません。

高抵抗状態に達するために必要な時間は、以下のような要因に依存します。

過電流マグニチュード

アンビエント温度

初期デバイス抵抗

デバイス構築

PCBの取り付け条件

熱の放散

周囲温度が高くなると、PPTCのスイッチング状態に到達するために必要な追加加熱が少なくなる場合があります。

したがって:

温度+電流+熱環境のPPTCトリップ挙動

このため、エンジニアは最終選択時に熱減衰曲線とトリップ時間曲線の両方を確認する必要があります。

一般的なPPTCディレーティングの間違い

間違い1: 25 C Iholdを直接使用する

最も一般的なエラーは、名目アイホールドをtemperature-independent格付けとして扱うことです。

より良いアプローチ:
最大実際の動作温度での熱ディレーティング曲線を使用してください。

間違い2:周囲温度のみを考慮する

エンクロージャの周囲温度は50℃であり、PPTC自体は近くの熱源のためにより高い温度で動作します。

より良いアプローチ:
実際のPPTC動作環境を評価します。

間違い3: IholdによるPPTCの選択のみ

高いアイホールドは自動的により良い保護を意味するわけではありません。

より良いアプローチ:
Ihold、Itrip、Vmax、Imax、抵抗、トリップまでの時間を一緒に評価してください。

間違い4:起動電流を無視する

一部の回路には、通常の動作電流よりも大幅に高い短時間の突入電流があります。

より良いアプローチ:
起動波形をPPTCのトリップ時間特性と照らし合わせて確認してください。

間違い5: PCBレイアウトを無視する

同じコンポーネントでも、PCB環境に応じて異なる動作をすることがあります。

より良いアプローチ:
実際のPCB上で選択したPPTCを検証します。

実用的なPPTCディレーティング設計手順

Ruilin Semiconductorは、PPTC保護を評価する際に、以下の工学過程を使用することを推奨しています。

ステップ1:正常な動作電流を決定する

通常の動作条件下での最大連続負荷電流を特定します。

ステップ2:最高動作温度を決定する

検討する:

アンビエント温度

エンクロージャの温度

PCBの温度

近くの熱源

セルフヒーティング

ステップ3: PPTCの熱ディレーティング曲線を確認する

実際の動作温度における許容電流を求める。

ステップ4:名目アイホールドを選択してください

ディレーティング係数に基づいて必要な公称Iholdを計算してください。

ステップ5: Itripを確認してください

トリップ電流が適切な保護を提供し、望ましくない迷惑なトリップを引き起こさないことを確認してください。

ステップ6: Vmaxを確認する

PPTCの最大動作電圧が保護された回路に適していることを確認します。

ステップ7: IMAXをチェック

デバイスが利用可能な障害電流に耐えられることを確認します。

ステップ8:旅行時間を確認する

PPTCのトリップ時間特性と、保護された回路のフォールトトレランスを比較してください。

ステップ9:抵抗を確認する

通常状態の抵抗とそれによる電圧降下と消費電力を評価します。

ステップ10:実際のPCBを検証する

アプリケーションの最大温度、最大負荷、および代表的な故障条件下でテストを実行してください。

PPTCディレーティングフォーミュラ

熱劣化に対する簡略化されたアプローチは次のように表現できます。

必要な公称Ihold ≥最大動作電流÷ディレーティングファクター

例えば:

最高の動作電流=1.2 A

最高温度でのディレーティング係数=0.7 5

それから:

必要な公称Ihold ≥ 1.2÷0.7 5=1.60 A

その後、エンジニアは計算された要件を上回る公称Iholdを持つ適切なPPTCを選択し、完全なデータシートの仕様を確認します。

このレシピは最初のスクリーニング方法として有用ですが、メーカーの実際の熱劣化曲線とアプリケーションテストを置き換えるべきではありません。

エンジニア向けPPTCディレーティングガイド

PPTCリセット可能ヒューズを選択する場合、以下のチェックリストを使用できます。

回路の要件

最高の正常な流れ

最小および最大動作電圧

最高の欠陥の流れ

スタートアップと突入電流

必要な保護応答

熱の要件

最低の周囲温度

最高の周囲温度

PPTCの局所温度

PCBの温度上昇

近くの熱源

気流とエンクロージャの状態

PPTCパラメーター

Ihold

トリップ

Vmax

IMAX

トリップまでの時間

最初の抵抗

作動温度の範囲

熱ディレーティング曲線

バリデーション

通常動作テスト

高温テスト

低温テスト

スタートアップ/インラッシュテスト

過電流テスト

故障テスト

リセットテスト

リピートトリップサイクルテスト

PPTCディレーティングと従来のヒューズの選択

従来のヒューズとPPTCリセット可能ヒューズはどちらも過電流保護を提供しますが、その熱的挙動とリセット機構は異なります。

従来のヒューズは、通常、ヒューズ要素が溶けると回路を開きます。代わりに、PPTCは加熱して高抵抗状態に入るため、抵抗が劇的に増加します。

この熱動作原理により、温度はPPTCの選択において特に重要な要素となります。

PPTCの場合:

電流は熱を発生します温度が上昇します抵抗が増加します電流が制限されます

したがって、周囲の熱環境は保護設計の不可欠な部分です。

よくある質問(FAQs)

PPTCの軽減は何ですか。

PPTCディレーティングとは、特に温度が上昇するにつれて、動作温度が変化するにつれて許容連続電流が減少することを指します。エンジニアは、製造業者の熱ディレーティング曲線を使用して、実際の動作温度で適切な電流能力を決定します。

なぜPPTC Iホールドは温度とともに減少するのですか?

PPTCは熱に敏感な高分子デバイスです。温度が上昇するにつれて、高抵抗スイッチング条件に到達するために必要な追加加熱が少なくなります。したがって、許容連続電流は一般的に高温で減少します。

PPTC Iホールドは温度によって変化しますか?

はい。Iholdは定義されたテスト条件の下で指定され、temperature-independent値ではありません。実際の許容電流は、PPTCの熱劣化曲線から決定する必要があります。

70℃のアプリケーションに25℃のIhold値を使用できますか?

25 CのIholdは、70 Cでの許容連続電流として自動的に扱われるべきではありません。

PPTCディレーティングとPPTCアイホールドの違いは何ですか?

Iholdは、定義された条件下での指定されたホールド電流定格です。ディレーティングは、使用可能な電流能力が温度とともにどのように変化するかを説明します。

PPTC Itripは温度によっても変化しますか?

はい。PPTCのトリップ動作は温度に依存します。高温になると、デバイスが低い電流で高抵抗状態に入る可能性があります。

必要なPPTC Iholdの計算方法は何ですか?

簡略化された計算は:

必要なIhold ≥の最大動作電流÷熱ディレーティング係数

最終的な部品選択は、Itrip、Vmax、Imax、抵抗、トリップまでの時間、およびメーカーのデータシートと照らし合わせて確認する必要があります。

PCBレイアウトはPPTCのディレーティングに影響しますか?

はい。PCBの銅面積、熱拡散、気流、部品の配置、および近くの熱源はすべて、PPTCの実際の温度およびその通電能力に影響を与える可能性があります。

迷惑なつまずきを避けるために、より高いアイホールドを選ぶべきですか?

より高いIholdは追加の動作マージンを提供できますが、不必要に高い定格を選択すると過電流保護の効果が低下する可能性があります。正しい選択は、通常の動作電流、温度、Itrip、故障電流、およびトリップまでの時間をバランスさせる必要があります。

PPTCディレーティングは車載アプリケーションにとって重要ですか?

はい。自動車用電子機器は広い温度範囲と重要な局所熱源を経験する可能性があります。したがって、自動車用PPTCの選択は、実際の動作温度と適切な熱劣化特性を考慮する必要があります。高温PPTCシリーズは、拡張温度機能が必要なアプリケーションに利用できます。たとえば、一部の商用自動車用PPTCファミリーは、+125°Cまでの動作が指定されています。

選択のためにPPTCメーカーに提供すべき情報は何ですか?

技術的な推奨事項については、以下を提供してください:

正常な動作電流

最大の動作電流

動作電圧について

最高の周囲温度

最低の周囲温度

スタートアップ/突入電流

使用可能な故障電流

PCBのマウント情報

アプリケーションの種類

必要な保護動作

この情報によって、メーカーは公称電流のみを使用するよりも正確にPPTCを評価することができます。

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 PPTCリセット可能ヒューズおよびポリマー正温度係数保護デバイスの研究、開発、生産、供給に焦点を当てたメーカーです。

Ruilin Semiconductorは、異なるパッケージサイズ、電流定格、電圧定格、およびアプリケーション要件をカバーする製品オプションを備えた、電子回路過電流保護用のPPTCソリューションを提供しています。

会社のPPTC製品ポートフォリオには、以下のようなアプリケーション向けのソリューションが含まれています:

民生用エレクトロニクス

バッテリー保護

USBおよびUSB Type-Cインターフェース

自動車エレクトロニクス

インダストリアル機器

電源の供給

テレコミュニケーション

スマートデバイス

電子制御システム

PPTCの製造業者として、Ruilinの半導体は部品の指定だけでなく、Ihold、Itrip、熱軽減、抵抗、旅行時間および実用温度のような実用的な適用条件にまた焦点を合わせます。

高温またはtemperature-variableアプリケーションの場合、Ruilin Semiconductorは、実際の回路電流、電圧、温度、および保護要件に基づいてPPTCの選択を評価するエンジニアを支援できます。

PPTCヒューズを選択する場合、エンジニアは、異なるPPTCシリーズ全体に一般的なディレーティング係数を適用するのではなく、特定の部品番号に適用可能なRuilin Semiconductorのデータシートと熱ディレーティング曲線を常に参照する必要があります。

結論として

PPTCディレーティングは、信頼性の高いリセット可能なヒューズ選択の重要な部分です。

最も重要な原則は:PPTCの公称25℃のIhold評価だけに基づいて選択しないでください。

代わりに、評価してください:最大動作電流+実際のPPTC温度+熱ディレーティング+Itrip+Vmax+Imax+トリップ時間+抵抗

適切に設計されたPPTC保護回路は、通常の動作範囲全体で安定した状態を維持しながら、異常な電流条件下でも効果的な保護を提供する必要があります。

高温、自動車、バッテリー、産業、またはコンパクトな電子アプリケーション用の製品を設計するエンジニアのために、製造業者のPPTC
 熱軽減のカーブは部品選択過程の必要な部分考慮されるべきです。

Ruilin Semiconductorは、動作電流、電圧、温度範囲、パッケージ体格、保護特性などの特定のアプリケーション要件に基づいて、PPTCリセット可能なヒューズソリューションを提供できます。

PPTCの選択サポートについては、回路の動作条件とアプリケーション要件をRuilin Semiconductorにお問い合わせください。