Ruilin Semicondutores (Shenzhen) Ltda

PPTC para Sistemas de Controle Industrial

Os sistemas de controle industrial (ICS) são projetados para operação contínua e confiável. PLCs, módulos de E / S remotos, sensores industriais, controladores de motor, equipamentos HMI, painéis de controle, interfaces de comunicação e equipamentos de automação podem operar por anos em ambientes eletricamente exigentes.

Para esses sistemas, uma falha de sobrecorrente em um controle de baixa tensão ou circuito de interface pode interromper a comunicação, danificar componentes ou causar manutenção desnecessária. Um fusível resetável PPTC fornece uma forma compacta de proteção contra sobrecorrente que pode retornar automaticamente à sua resistência normal após a condição de falha ser removida e o dispositivo esfriar.

Este artigo explica como um fusível PPTC pode ser aplicado em sistemas de controle industriais, como interpretar uma folha de dados do fusível PPTC, como selecionar parâmetros como corrente de retenção, corrente de disparo, classificação de tensão e resistência e onde a proteção PPTC se encaixa em uma arquitetura de proteção industrial.

Nota de engenharia: Um PPTC é um componente de proteção elétrica contra sobrecorrente. Não é um controle de segurança cibernética e não deve ser representado como um. A segurança cibernética industrial deve ser tratada separadamente por meio de arquitetura de sistema apropriada, controles de segurança, padrões e avaliação de risco.

O que é um PPTC?

PPTC significa Coeficiente de Temperatura Positiva Polimérica. É um dispositivo de proteção contra sobrecorrente resetável baseado em polímero comumente usado como fusível resetável PTC, fusível resetável ou dispositivo PTC polimérico.

Ao contrário de um fusível único convencional, um PPTC normalmente não requer substituição após cada evento temporário de sobrecorrente. Quando corrente excessiva faz com que a temperatura do dispositivo aumente, sua resistência aumenta significativamente e limita o fluxo de corrente através do circuito protegido.

Depois que a falha é removida e o dispositivo esfria, sua resistência diminui em direção ao seu valor original.

Essa característica resetável torna os dispositivos PPTC úteis em equipamentos onde a capacidade de manutenção, o tempo de inatividade e a proteção contra falhas repetidas são considerações importantes.

Aplicações industriais típicas incluem:

Módulos PLC e E / S

Sensores industriais

Painéis de controle

Interfaces Ethernet industriais

RS-232, RS-485 e outras interfaces de comunicação

Equipamento HMI

Computadores industriais

Interfaces de controle do motor

Circuitos de controle de distribuição de energia

Instrumentação

Equipamento de automação

Controladores de automação predial

Sistemas de automação de fábrica

Como funciona um PPTC em eletrônica industrial?

Um PPTC opera através de um mecanismo de resistência temperature-dependent .

Em condições normais de operação, o PPTC tem resistência relativamente baixa e permite que o circuito protegido opere normalmente.

Quando ocorre uma condição de sobrecorrente, a potência dissipada no dispositivo aumenta sua temperatura. O material polimérico sofre um aumento substancial na resistência, o que reduz a corrente que flui pelo circuito.

A sequência de operação simplificada é:

Corrente normal Aquecimento de sobrecorrente PPTC Aumentos de resistência A corrente é limitada Falha removida Resistência ao resfriamento diminui

É por isso que um PPTC é frequentemente descrito como um fusível reiniciável.

No entanto, "resettable" não significa que o dispositivo retorna instantaneamente à sua resistência original. O tempo de recuperação depende do dispositivo, condições de falha, temperatura ambiente, design do PCB, fluxo de ar e outros fatores de aplicação.

Para equipamentos industriais, os engenheiros devem, portanto, avaliar as características de proteção elétrica e o ambiente térmico.

Por que usar um PPTC em sistemas de controle industrial?

Os equipamentos de controle industrial freqüentemente contêm vários circuitos e interfaces de baixa tensão que podem precisar de proteção localizada.

Um único controlador industrial pode conter:

Entrada de energia DC

Entradas do sensor

E / S digital

E / S analógica

Interfaces de comunicação

Interfaces USB

Interfaces Ethernet

Interfaces de relé ou atuador

Saídas de potência auxiliares

Uma falha em um branch deve idealmente ter impacto limitado no resto do sistema.

Um PPTC devidamente selecionado pode ajudar a fornecer proteção localizada contra sobrecorrente e reduzir a necessidade de substituição frequente de fusíveis tradicionais.

1. Proteção contra sobrecorrente reiniciável

Um PPTC pode retornar ao seu estado de baixa resistência depois que a condição de sobrecorrente for removida e o dispositivo esfriar.

Isso pode ser particularmente útil para equipamentos industriais instalados em locais onde o acesso à manutenção é difícil.

2. Proteção para Circuitos de Baixa Tensão

Muitos circuitos de controle e comunicação operam em tensões relativamente baixas. Os dispositivos PPTC estão disponíveis em diferentes configurações de tensão, corrente, resistência e pacote para diferentes requisitos de circuito.

O dispositivo selecionado deve ser sempre verificado em relação à tensão de operação real e às condições de falha.

3. ProtecĂ § ĂŁo de Sucursais Individuais

Em vez de proteger um sistema de controle inteiro com um fusível a montante, os projetistas podem usar componentes de proteção apropriadamente selecionados em ramos de circuito individuais.

Isso pode ajudar a reduzir a possibilidade de que uma falha localizada desative circuitos não relacionados.

4. Proteção PCB compacta

Os dispositivos SMD PPTC podem fornecer proteção contra sobrecorrente sem a necessidade de um grande suporte de fusível convencional.

Isso é útil em módulos PLC compactos, placas de E / S, módulos de comunicação industrial e equipamentos de controle incorporados.

5. ManutenĂ § ĂŁo reduzida para falhas temporĂĄrias

Para aplicações que envolvam sobrecargas temporárias ou curtos-circuitos acidentais, um componente de proteção resetável pode reduzir a frequência de substituição física do fusível.

No entanto, a seleção do PPTC não deve ser baseada apenas na expectativa de que o dispositivo será reiniciado. O circuito protegido deve ser projetado em torno das características elétricas e térmicas do PPTC.

Seleção PPTC para Sistemas de Controle Industrial

Selecionar um PPTC requer mais do que simplesmente combinar a corrente operacional normal.

Os engenheiros devem avaliar o ambiente operacional completo e comparar os requisitos com a folha de dados do fusível PPTC do fabricante.

Parâmetros importantes incluem:

Manter atual (Ihold)

Corrente de Viagem (Itrip)

Tensão máxima (Vmax)

Corrente Máxima de Falhas

Resistência Inicial

Dissipação de Energia

Tempo de viagem

Temperatura de operação

Tamanho da embalagem

Características térmicas do PCB

Redefinir características

1. Manter a corrente (Ihold)

Ihold 
É um dos parâmetros mais importantes do PPTC.

Representa a corrente que o PPTC pode transportar em condições especificadas sem disparar.

Ao selecionar um dispositivo, a corrente de operação contínua normal deve estar abaixo da corrente de retenção especificada com uma margem de engenharia apropriada.

Por exemplo, se um circuito de controle normalmente opera em aproximadamente 1,0 A, selecionar um dispositivo com um Ihold de exatamente 1,0 A pode fornecer margem insuficiente porque as condições do mundo real incluem variação de temperatura, tolerância de corrente, efeitos térmicos do PCB e variação de carga.

Portanto, as condições operacionais reais devem ser comparadas com as especificações do fabricante, em vez de usar uma simples regra de corrente nominal.

2. Corrente de Viagem (Itrip)

Corrente de disparo PPTC refere-se ao nível de corrente no qual o dispositivo entra em seu estado de proteção de alta resistência sob condições de teste especificadas.

Itrip é normalmente maior do que Ihold.

Uma relação simplificada é:

Ihold

No entanto, os engenheiros não devem interpretar o Itrip como um limite preciso do disjuntor. O comportamento do PPTC é afetado pela temperatura, tempo, condições de montagem e características da falha.

Por esse motivo, a curva de tempo de deslocamento na folha de dados do fabricante é importante ao avaliar um PPTC para aplicações de controle industrial.

3. Classificação de tensão

A tensão nominal máxima do PPTC deve ser igual ou superior à tensão aplicada ao circuito protegido nas condições de operação e falha especificadas.

Por exemplo, uma designação PTC Fuse 2A por si só não é informação suficiente para determinar se o componente é apropriado.

Uma seleção completa requer consideração de:

Corrente + Tensão + Ihold + Itrip + Resistência + Corrente de Falha + Temperatura

4. Resistência Inicial

A resistência PPTC é importante na eletrônica industrial de baixa tensão porque a resistência excessiva pode criar queda de tensão indesejada e dissipação de energia.

Um PPTC com maior resistência pode afetar:

Tensão de alimentação do sensor

Interfaces de comunicação

Tensão de E / S

Entrega de energia

Integridade do sinal

Desempenho térmico

Portanto, os engenheiros devem comparar a resistência inicial especificada na folha de dados do fusível PPTC com a resistência permitida do circuito protegido.

5. Temperatura de funcionamento

A temperatura é particularmente importante em ambientes industriais.

Os equipamentos de controlo industrial podem funcionar no interior:

Armários de controle

Pisos de fábrica

Equipamento exterior

Caixas de controle do motor

Armários de distribuição de energia

Computadores industriais

A temperatura ambiente afeta o comportamento térmico de um PPTC e pode alterar sua capacidade efetiva de transporte de corrente.

Um PPTC que funcione corretamente à temperatura ambiente pode ter desempenho diferente em temperaturas ambientes elevadas.

Sempre avalie as informações de compensação do fabricante ao projetar para ambientes industriais.

PPTC vs Fusível Convencional

Um PPTC e um fusível convencional têm características operacionais diferentes.

A escolha deve ser baseada nos requisitos de proteção do circuito real.

Um PPTC não deve substituir automaticamente um fusível convencional em todas as aplicações industriais.

Para circuitos que exigem interrupção muito rápida, resistência muito baixa, desempenho preciso de interrupção ou certificações de segurança específicas, outra tecnologia de proteção pode ser mais apropriada.

Onde o PPTC pode ser usado em sistemas de controle industrial?

Módulos PLC e E / S

Dispositivos PPTC podem ser considerados para proteger ramificações de E / S e potência selecionadas em sistemas de controladores lógicos programáveis.

As aplicações potenciais incluem:

Circuitos de entrada digital

Circuitos de saída digital

Potência do sensor

Potência auxiliar

Interfaces de comunicação

O PPTC deve ser selecionado de acordo com os requisitos reais de corrente e tensão de cada ramo.

Sensores Industriais

Os sensores podem ser instalados em ambientes onde podem ocorrer falhas acidentais na fiação ou curtos-circuitos.

A proteção PPTC pode ser considerada para ramos de potência do sensor onde a proteção contra sobrecorrente resetável é apropriada.

Aplicações típicas incluem:

Sensores de proximidade

Sensores de temperatura

Sensores de pressão

Equipamento de medição industrial

Acessórios de visão de máquina

RS-485 e Interfaces de Comunicação Industrial

As interfaces de comunicação industrial podem ser expostas a falhas de fiação, erros de instalação ou condições anormais.

Um PPTC pode ser usado como parte de um projeto de proteção mais amplo, dependendo da arquitetura da interface.

Para interfaces de comunicação, a seleção PPTC deve ser avaliada em conjunto com outros componentes de proteção, como dispositivos TVS e proteção de modo comum.

Um PPTC sozinho não fornece proteção completa de ESD, sobretensão, EFT ou linha de sinal.

Equipamento Ethernet Industrial

Interruptores Ethernet industriais, controladores, gateways e módulos de comunicação podem exigir proteção em suas entradas de energia ou circuitos auxiliares.

O PPTC deve ser posicionado e selecionado de acordo com a arquitetura do circuito, em vez de simplesmente adicionar um dispositivo ao caminho do sinal Ethernet.

Painéis de Controle HMI e Industrial

Os sistemas HMI e os painéis de controlo podem conter vários ramos de alimentação auxiliares.

Um fusível resetable pode ser considerado para ramos de baixa tensão selecionados onde proteção temporária de sobrecorrente repetida é desejável.

Como ler uma folha de dados do Fuse PPTC

Ao avaliar um fabricante ou fornecedor de PPTC, os engenheiros não devem olhar apenas para o nome do produto.

Uma folha de dados útil do fusível PPTC deve fornecer informações elétricas e mecânicas suficientes para determinar se o componente é apropriado para a aplicação.

Informações importantes incluem:

Características Elétricas

Ihold

Viagem

Vmax

Imax

Resistência inicial

Resistência máxima

Características de potência

Características Térmicas

Faixa de temperatura de operação

Curvas de descida

Características do tempo de viagem

Características de recuperação térmica

Informação Mecânica

Dimensões da embalagem

Configuração de leads

Recomendações de montagem PCB

Layout de almofada recomendado

Informações de Qualificação e Confiabilidade

Dependendo da aplicação, os clientes também podem exigir:

Informações materiais

Estatuto RSP / REACH

Dados de teste de confiabilidade

Relatórios de qualificação

Controlos de qualidade da produção

Informações de rastreabilidade

Para clientes industriais, a disponibilidade de documentação de engenharia pode ser tão importante quanto os parâmetros elétricos nominais.

Um PPTC 2A é adequado para uma aplicação industrial?

Não necessariamente.

Um produto descrito como um PTC Fuse 2A pode indicar um parâmetro nominal relacionado à corrente, mas "2A" sozinho não pode determinar a adequação.

Por exemplo, um engenheiro pode precisar saber:

Qual é a corrente de operação contínua?

Qual é a tensão máxima de operação?

Qual é a temperatura ambiente?

Qual é a corrente de falha esperada?

Com que rapidez o circuito deve ser protegido?

Qual é a queda de tensão permitida?

Que resistência o circuito pode tolerar?

Qual espaço PCB está disponível?

O equipamento requer uma certificação específica?

Uma seleção PPTC adequada, portanto, começa com os requisitos do circuito, e não com o nome de marketing do produto.

Confiabilidade do PPTC e do sistema industrial

Os sistemas de controle industriais são projetados em torno da disponibilidade, confiabilidade, segurança e manutenção controlada.

A orientação de segurança OT do NIST enfatiza que a tecnologia operacional tem requisitos exclusivos de desempenho, confiabilidade e segurança. O NIST SP 800-82 Rev. 3 cobre ambientes OT, incluindo sistemas de controle industrial, PLCs, DCS e sistemas relacionados a SCADA.

Isso cria uma distinção importante:

O PPTC protege os circuitos elétricos.

Os padrões de cibersegurança protegem os sistemas de controle industrial contra ameaças cibernéticas.

Os dois não devem ser confundidos.

Um PPTC pode contribuir para a robustez elétrica de um sistema de controle, mas não pode impedir:

Acesso não autorizado

Malware

Intrusão na rede

Roubo de credenciais

Vulnerabilidades de software

Execução de comando não autorizada

Esses riscos exigem medidas específicas de cibersegurança.

Quais são os principais padrões de segurança cibernética para sistemas de controle industrial?

Diversas normas e documentos de orientação são relevantes para a cibersegurança de sistemas de controle industrial.

IEC 62443

A série IEC 62443 é uma das principais estruturas de padrões de segurança cibernética para automação industrial e sistemas de controle.

A estrutura aborda diferentes partes do ciclo de vida da segurança industrial, incluindo:

Conceitos gerais

Políticas e procedimentos

Segurança do sistema

Segurança do componente

Desenvolvimento seguro de produtos

A documentação de segurança OT do NIST identifica a família ISA / IEC 62443 e descreve sua organização em geral, políticas e procedimentos, sistema e categorias de componentes.

Para fabricantes de componentes, a IEC 62443-4-1 e a IEC 62443-4-2 são áreas particularmente relevantes a serem compreendidas porque abordam requisitos de ciclo de vida de desenvolvimento de produtos seguros e requisitos técnicos de segurança para componentes IACS.

NIST SP 800-82

O NIST SP 800-82 fornece orientação para proteger OT e ambientes de controle industrial, considerando seus requisitos de confiabilidade, desempenho e segurança.

A revisão final atual é o NIST SP 800-82 Rev. 3, publicado em setembro de 2023.

Abrange ambientes OT, tais como:

Sistemas de controle industrial

SCADA

DCS

Sistemas baseados em PLC

Sistemas de fabricação

Sistemas de energia

Sistemas de transporte

O padrão enfatiza a segurança baseada em risco em vez de tratar os sistemas OT exatamente como os sistemas de TI convencionais.

Distinção Importante para Aplicações PPTC

Um fabricante de PPTC não deve alegar que um componente PPTC é ele próprio "compatível com a segurança cibernética IEC 62443" simplesmente porque o componente é usado dentro de um controlador industrial.

A conformidade de segurança cibernética aplica-se aos requisitos relevantes do produto, processo de desenvolvimento, arquitetura do sistema, organização ou componente, dependendo do padrão específico e do escopo de certificação.

O papel do PPTC é a proteção elétrica, enquanto a segurança cibernética é abordada por meio de medidas de segurança no nível do sistema e do produto.

Considerações de Design para PPTC em Eletrônica Industrial

Ao integrar um PPTC em um sistema de controle industrial, os engenheiros devem considerar a seguinte sequência de projeto:

Passo 1: Definir a Corrente Operacional Normal

Determinar a corrente contínua em:

Carga mínima

Carga típica

Carga máxima

Etapa 2: Determinar a tensão operacional máxima

Selecione um PPTC cuja classificação de tensão seja apropriada para o circuito real.

Etapa 3: Definir a condição de falha

Considere:

Curto-circuito

Falha de fiação

Sobrecarga

Ligação incorrecta

Carga anormal

Etapa 4: Selecione Ihold

Certifique-se de que a corrente de operação normal permaneça dentro da faixa de operação especificada com uma margem apropriada.

Passo 5: Verifique Itrip e Tempo de viagem

Determinar se o PPTC pode responder adequadamente à falha esperada.

Etapa 6: Verifique a resistência

Avalie a queda de tensão e a dissipação de energia em condições normais de operação.

Etapa 7: Avalie a temperatura

Verifique a redução de temperatura do PPTC e o ambiente térmico real do PCB e do gabinete.

Etapa 8: Verifique a folha de dados

A seleção final deve ser confirmada com base na folha de dados mais recente do fabricante e nas informações de qualificação.

Por que escolher Ruilin Semicondutor para PPTC?

Ruilin é um fabricante focado na pesquisa, desenvolvimento, produção e fabricação de componentes de proteção resetáveis PPTC.

Nosso portfólio de produtos é projetado para suportar diferentes requisitos de proteção de circuitos, incluindo:

Fusíveis resetáveis PPTC padrão

Resistência ultrabaixa PPTC

PPTC de alta temperatura

USB tipo C dedicado PPTC

DIP PPTC

Produtos de fusíveis de uso único

Vários tamanhos de pacotes SMD

As famílias de tamanho SMD disponíveis incluem formatos comuns, tais como:

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

Para aplicações de controle industrial, a seleção de produtos deve ser baseada em todos os requisitos elétricos e ambientais, em vez de simplesmente selecionar um componente de acordo com o tamanho da embalagem ou corrente nominal.

A Ruilin Semicondutor pode fornecer informações sobre produtos e documentação de engenharia para ajudar os clientes a avaliar as soluções PPTC para eletrônica industrial, equipamentos de controle, interfaces de comunicação, proteção de energia, eletrônica automotiva, proteção de bateria e outras aplicações.

Para projetos de produção, os clientes devem confirmar a folha de dados do produto aplicável, especificações, requisitos de qualificação e desempenho da amostra antes do design final.

Perguntas frequentes

O que é um PPTC?

PPTC significa Coeficiente de Temperatura Positiva Polimérica. É um dispositivo de proteção contra sobrecorrente resetável baseado em polímero. Quando corrente excessiva faz com que a temperatura do dispositivo aumente, sua resistência aumenta significativamente e limita a corrente. Depois que a falha é removida e o dispositivo esfria, sua resistência diminui em direção ao seu estado normal.

Como selecionar PPTC?

Comece com a corrente e tensão de operação normais do aplicativo e, em seguida, avalie Ihold, Itrip, tensão máxima, resistência inicial, corrente máxima de falha, tempo de deslocamento, temperatura de operação, pacote e condições térmicas do PCB. Sempre verifique a seleção em relação à folha de dados do fusível PPTC do fabricante e aos requisitos de aplicação.

O que é PPTC em eletrônica?

O PPTC é um componente de proteção contra sobrecorrente resetável usado em circuitos eletrônicos. É comumente aplicado para proteger entradas de energia, circuitos de E / S, fontes de sensores, interfaces de comunicação, portas USB, circuitos de bateria e outros ramos onde a proteção resetable é desejável.

Quais são os principais padrões de segurança cibernética para sistemas de controle industrial?

Estruturas importantes incluem a série IEC 62443 para automação industrial e segurança cibernética do sistema de controle e NIST SP 800-82 para orientação de segurança OT. O NIST SP 800-82 Rev. 3 é a revisão final atual e aborda os ambientes OT considerando seus requisitos de desempenho, confiabilidade e segurança.

Os componentes PPTC não devem ser descritos como controles de segurança cibernética. Eles fornecem proteção elétrica contra sobrecorrente e constituem apenas uma parte da arquitetura geral de confiabilidade e proteção de equipamentos industriais.

Um PPTC é o mesmo que um PTC Polifusível?

Polifusível é comumente usado como um produto ou termo relacionado à marca para dispositivos de proteção PTC resetáveis com polímero. Em uso técnico geral, o PPTC descreve a tecnologia de coeficiente de temperatura positivo polimérico. Os engenheiros devem comparar as especificações elétricas reais em vez de confiar apenas na terminologia.

Qual é a corrente de viagem PPTC?

A corrente de disparo PPTC, ou Itrip, é a corrente associada ao dispositivo entrar em seu estado de proteção de alta resistência sob condições de teste especificadas. Não deve ser tratado como um limite instantâneo exato do disjuntor porque o comportamento do PPTC depende da temperatura, tempo, condições de montagem e características de falha.

Um PTC Fuse 2A é sempre adequado para um circuito 2A?

Não. Uma classificação "2A" sozinha é insuficiente para a seleção PPTC. O engenheiro deve considerar Ihold, Itrip, tensão de operação, resistência, temperatura ambiente, condições de falha e tempo de viagem.

Um PPTC substitui completamente um fusível convencional?

Não. Os fusíveis PPTC e convencionais têm características diferentes. Um PPTC é útil onde a proteção resetable é desejável, mas aplicações que exigem interrupção muito rápida, resistência muito baixa, alta capacidade de interrupção ou aprovações de segurança específicas podem exigir um fusível convencional ou outra tecnologia de proteção.

O PPTC pode ser usado em sistemas PLC?

Sim. Os dispositivos PPTC podem ser considerados para potência PLC, E / S, sensor e circuitos auxiliares selecionados quando suas características elétricas atendem aos requisitos da aplicação. O dispositivo deve ser selecionado com base nas condições reais do circuito e verificado por meio da folha de dados do fabricante.

O PPTC pode proteger interfaces de comunicação industrial?

Um PPTC pode fornecer proteção contra sobrecorrente para ramificações de energia ou interface adequadas. No entanto, não deve ser considerado uma solução completa de proteção de comunicação. Dependendo da interface, dispositivos adicionais, como proteção TVS, filtragem, isolamento ou outra proteção transitória, podem ser necessários.

Conclusão

Os sistemas de controle industriais exigem proteção confiável contra falhas elétricas, mantendo a capacidade de manutenção e a disponibilidade do sistema.

Um fusível PPTC devidamente selecionado pode fornecer proteção contra sobrecorrente resetável para PLCs, sensores industriais, módulos de E / S, painéis de controle, equipamentos de comunicação, sistemas HMI e outros eletrônicos industriais.

Os parâmetros mais importantes não são simplesmente a classificação de corrente anunciada. Os engenheiros devem avaliar Ihold, Itrip, classificação de tensão, resistência, tempo de deslocamento, redução de temperatura, condições de falha e características térmicas do PCB juntos.

Para aplicações industriais, a proteção PPTC também deve ser considerada como parte de um projeto de sistema mais amplo. Proteção elétrica, segurança funcional, confiabilidade e cibersegurança têm objetivos diferentes e devem ser projetados de acordo.

A Ruilin Semicondutor fornece produtos de proteção PPTC para engenheiros e fabricantes que procuram soluções de proteção contra sobrecorrente resetáveis em aplicações industriais, automotivas, de bateria, USB Type-C, eletrônicos de consumo e outras aplicações.