Ruilin Semicondutores (Shenzhen) Ltda

Guia de Derating PPTC

Dispositivos PPTC, também conhecidos como fusíveis resetáveis de coeficiente de temperatura positiva polimérico, são amplamente utilizados para proteção contra sobrecorrente em sistemas eletrônicos e elétricos. Ao contrário de um fusível único convencional, um fusível PPTC pode retornar ao seu estado normal de baixa resistência depois que a falha é removida e o dispositivo esfria.

No entanto, uma característica importante deve ser considerada durante a seleção do fusível PPTC: o desempenho elétrico de um PPTC muda com a temperatura.

Um fusível PPTC classificado para uma corrente de retenção específica a 25C não pode necessariamente transportar a mesma corrente continuamente a 60C, 80C ou 100C. À medida que a temperatura aumenta, a corrente de retenção disponível geralmente diminui. É por isso que os engenheiros precisam usar uma curva de redução PPTC em vez de selecionar um dispositivo apenas a partir de sua classificação de corrente à temperatura ambiente.

Este Guia de derretimento PPTC explica como a temperatura afeta o desempenho do PPTC, como ler uma curva de derretimento térmico, como calcular um requisito prático de corrente e como selecionar um fusível resetável PPTC para aplicações do mundo real.

O que é o PPTC Derating?

A redução de PPTC refere-se à redução da corrente de funcionamento admissível de um dispositivo PPTC à medida que a sua temperatura de funcionamento aumenta.

Um PPTC é um componente de proteção contra sobrecorrente termicamente sensível. Sua resistência aumenta significativamente quando o dispositivo é aquecido por corrente excessiva. Portanto, a temperatura ao redor do componente influencia diretamente a quantidade de corrente que ele pode transportar sem entrar em seu estado de alta resistência.

Em geral:

Em temperaturas mais baixas, um PPTC pode transportar mais corrente antes de disparar.

À temperatura nominal de referência, aplica-se o Ihold especificado.

Em temperaturas mais altas, a corrente de retenção permitida diminui.

Em temperatura suficientemente alta, um aumento relativamente pequeno na corrente pode fazer com que o PPTC tropece.

As curvas de deratação térmica do fabricante são, portanto, essenciais ao projetar a proteção PPTC para equipamentos operando acima da temperatura ambiente normal. A Eaton também recomenda selecionar um PTC resetável com base na temperatura ambiente máxima e na corrente de estado estacionário e, em seguida, usar o gráfico de deratação térmica durante a seleção.

Por Que O PPTC É Importante?

Um erro comum na seleção PPTC é comparar a corrente de operação do circuito diretamente com o valor Ihold mostrado em uma folha de dados.

Por exemplo, suponha que um circuito desenhe continuamente:

Carga = 1.0 A

Um engenheiro pode selecionar um PPTC com:

Ihold = 1.1 A @ 25C

A 25C, isso pode parecer aceitável.

No entanto, se a temperatura real de operação em torno do PPTC atingir 60C, o dispositivo pode ter uma corrente permitida substancialmente menor do que sua classificação nominal de 25C.

A condição real de projeto não é, portanto:

1,0 A

Em vez disso, deve ser avaliado como:

Corrente de funcionamento real

Esta distinção torna-se particularmente importante em:

Eletrônica automotiva

Proteção da bateria

Fontes de alimentação

Controlos industriais

Interfaces USB e Tipo C

Electrónica de consumo

Equipamento de telecomunicações

Equipamento doméstico inteligente

Dispositivos IoT

Eletrônica médica

Projetos de PCB de alta densidade

Como a temperatura afeta o desempenho do PPTC

Os parâmetros mais importantes afetados pela temperatura incluem:

Manter a corrente (Ihold)

Corrente de viagem (Itrip)

Resistência

Hora de viajar

Dissipação de energia

Redefinir comportamento

1. Segure a corrente

Ihold é a corrente máxima que um PPTC pode transportar continuamente sem disparar em condições de teste especificadas.

O importante é que Ihold é especificado em uma determinada temperatura e condição de teste.

Para muitos produtos PPTC, a condição de referência é em torno da temperatura ambiente, mas os engenheiros devem sempre verificar a temperatura exata de teste na folha de dados do fabricante.

À medida que a temperatura aumenta, Ihold geralmente diminui.

Portanto:

Temperatura mais alta menor corrente contínua permitida

Esta é a principal razão pela qual a deratação térmica deve ser considerada durante a seleção PPTC.

2. Corrente de Viagem

Itrip representa a corrente mínima especificada para fazer com que o PPTC faça a transição para seu estado de alta resistência em condições de teste definidas.

A temperatura também afeta o comportamento da viagem.

Em temperaturas elevadas, o PPTC requer menos aquecimento adicional para atingir sua condição de comutação. Consequentemente, um PPTC pode tropeçar em uma corrente mais baixa do que um engenheiro poderia esperar de suas características de temperatura ambiente.

A área entre Ihold e Itrip também deve ser tratada com cuidado. O comportamento exato nesta região não é simplesmente um limite de ligar / desligar e pode depender da resistência inicial, temperatura, condições de montagem e outros fatores.

Por esta razão, os engenheiros não devem projetar uma operação contínua normal próxima à região de Itrip.

Compreendendo a curva de derretimento térmico PPTC

Uma curva de derretimento térmico PPTC normalmente mostra a relação entre:

Temperatura ambiente ou de funcionamento

Corrente permitida

Percentagem de Ihold nominais

O eixo horizontal normalmente representa a temperatura, enquanto o eixo vertical representa a porcentagem da corrente nominal.

Uma curva conceitual típica pode ser assim:

Esses valores são apenas ilustrativos. Os valores reais de redução devem sempre ser retirados da folha de dados específica do fabricante do PPTC.

Por exemplo, uma série publicada de PPTC mostra uma redução de 100% a 25C, diminuindo para aproximadamente 85% a 40C, 76% a 50C, 67% a 60C e 47% a 85C. Isso demonstra por que a mesma classificação nominal de PPTC não pode ser tratada como constante em toda a operating-temperature gama.

Exemplo de cálculo de redução PPTC

Considere um circuito com os seguintes requisitos:

Corrente de funcionamento normal: 1,0 A

Temperatura ambiente máxima: 60C

Margem operacional necessária: dependente da aplicação

Referência PPTC Ihold: especificado em 25C

Suponha, apenas para ilustração, que a curva de derretimento térmico do PPTC selecionado indica que sua corrente permitida a 60C é aproximadamente 67% do Ihold nominal de 25C.

O Ihold nominal exigido pode então ser estimado como:

Obrigatório Ihold ≥ Iload  Derating Factor

Portanto:

Obrigatório Ihold ≥ 1.0 A  0.67

Obrigatório Ihold ≥ 1.49 A

Neste exemplo, selecionar um dispositivo com Ihold de apenas 1,1 A ou 1,2 A a 25C não forneceria margem térmica suficiente a 60C.

Um dispositivo com um Ihold nominal em torno de 1,5 A ou superior pode ser um ponto de partida para avaliação, sujeito ao Itrip, Vmax, Imax, resistência, tempo de deslocamento e teste de aplicação real do dispositivo.

Importante:
O fator de 67% neste exemplo é ilustrativo. Os engenheiros devem usar a curva de redução real para o número de peça PPTC Ruilin específico.

A Temperatura Ambiente Não É A Única Temperatura A Considerar

Um dos pontos mais importantes no projeto térmico do PPTC é que a temperatura ambiente não é necessariamente a mesma que a temperatura experimentada pelo próprio PPTC.

Por exemplo, um sistema pode ter:

Temperatura ambiente = 50C

Mas o PPTC pode estar localizado próximo a:

Um MOSFET de energia

Conversor CC / CC

Resistor de potência

Célula da bateria

Processador

Motorista

Rastro PCB de alta corrente

Transformador

O calor local desses componentes pode aumentar a temperatura operacional real do PPTC.

Portanto, os engenheiros devem considerar:

T _ PPTC Temperatura ambiente + aumento da temperatura local

A relação real depende da construção do PCB, fluxo de ar, área de cobre, projeto do gabinete, colocação de componentes e acoplamento térmico.

Isso é particularmente importante para PPTCs SMD compactos.

Layout PCB pode afetar PPTC derating

Dois componentes PPTC idênticos podem apresentar comportamento térmico diferente quando montados em PCBs diferentes.

Os fatores incluem:

Área de Cobre

Uma maior área de cobre pode melhorar o espalhamento de calor e influenciar o equilíbrio térmico do PPTC.

Espessura do PCB

A espessura do PCB e a estrutura do cobre afetam a dissipação de calor.

Fluxo de ar

O fluxo de ar forçado pode alterar o ambiente térmico ao redor do componente.

Colocação do componente

Colocar um PPTC próximo a um componente quente pode aumentar sua temperatura real.

Cerco

Um invólucro selado pode ter significativamente menos dissipação de calor do que um ambiente de teste ao ar livre.

Condições de Soldagem e Montagem

A configuração de montagem real pode afetar o desempenho térmico em comparação com as condições de teste de laboratório.

Por estas razões, a folha de dados PPTC deve ser tratada como o ponto de partida para a concepção e não como um substituto para a validação a nível da aplicação.

PPTC Derating vs. Seleção Ihold

A seleção do PPTC não deve ser baseada apenas no Ihold.

Um processo de seleção prático deve considerar, pelo menos:

O processo de seleção recomendado pela Eaton também inclui a determinação da corrente do circuito, tensão, corrente de interrupção e temperatura ambiente máxima, seguido por redução térmica, comparação de classificação, avaliação do tempo de deslocamento e verificação operating-temperature .

Quanta margem de segurança um PPTC deve ter?

Não há uma porcentagem universal que deva ser aplicada a cada projeto PPTC.

Uma margem adequada depende de:

Tolerância de corrente normal

Variação da tensão de entrada

Corrente de arranque

Corrente de aceleração

Temperatura ambiente

Aumento da temperatura do PCB

Tolerância de componentes

Envelhecimento

Corrente de falha

Nível de proteção exigido

Requisitos de tempo de viagem

Por exemplo, simplesmente escolher um PPTC com um Ihold muito grande pode reduzir o incômodo de disparo, mas também pode mover o ponto de proteção para muito longe da corrente de operação normal.

Portanto, o objetivo do projeto não é:

"Escolha o maior PPTC possível."

Em vez disso, o objetivo é:

"Escolha um PPTC que permaneça estável durante todas as condições normais de operação enquanto fornece proteção apropriada durante condições anormais de corrente."

PPTC Derating em alta temperatura

Ambientes de alta temperatura merecem atenção especial.

Aplicações típicas incluem:

Eletrônica automotiva

Os sistemas automotivos podem experimentar temperaturas ambientes elevadas e aquecimento local significativo de PCB.

Um PPTC projetado para um ambiente de laboratório de 25C pode não fornecer a mesma capacidade de corrente dentro de um compartimento do motor ou outro ambiente de alta temperatura.

Proteção da bateria

As baterias podem sofrer mudanças de temperatura durante o carregamento, descarregamento e condições de falha.

O PPTC deve ser avaliado à temperatura real de funcionamento e não apenas à temperatura ambiente.

Equipamento Industrial

Os sistemas de controlo industrial podem funcionar no interior de armários onde as temperaturas ambientes são substancialmente mais elevadas do que a sala circundante.

Fontes de alimentação

Conversores e reguladores de potência geram calor que pode aumentar a temperatura local do PCB em torno do PPTC.

Eletrônicos de Consumo

Caixas compactas têm dissipação térmica limitada, tornando o aumento da temperatura local importante.

PPTC Derating a baixa temperatura

A derrapagem térmica não é apenas um problema de alta temperatura.

A temperaturas abaixo da temperatura de referência, um PPTC pode ter uma capacidade de transporte de corrente superior ao seu valor nominal à temperatura ambiente.

No entanto, os projetistas ainda devem usar a curva de redução térmica especificada pelo fabricante.

A operação a baixa temperatura também pode afetar:

Resistência

Comportamento de aquecimento

Hora de viajar

Redefinir características

Confiabilidade mecânica e ambiental

Portanto, uma aplicação de temperatura ampla deve ser avaliada em toda a faixa de temperatura especificada.

PPTC Derating e tempo de viagem

A derrapagem térmica também deve ser considerada juntamente com a curva de tempo de viagem.

Um PPTC não muda necessariamente instantaneamente quando a corrente excede Ihold.

O tempo necessário para atingir o estado de alta resistência depende de fatores, incluindo:

Magnitude de sobrecorrente

Temperatura ambiente

Resistência inicial do dispositivo

Construção do dispositivo

Condições de montagem do PCB

Dissipação de calor

Em temperaturas ambientes mais altas, menos aquecimento adicional pode ser necessário para atingir a condição de comutação do PPTC.

Portanto:

Temperatura + Corrente + Ambiente Térmico Comportamento de Viagem PPTC

É por isso que um engenheiro deve rever tanto a curva de redução térmica quanto a curva de tempo de deslocamento durante a seleção final.

Erros comuns de derrogação do PPTC

Erro 1: Usando o Ihold 25C Diretamente

O erro mais comum é tratar o Ihold nominal como uma classificação temperature-independent .

Melhor abordagem:
Use a curva de derretimento térmico na temperatura real máxima de operação.

Erro 2: Considerando apenas a temperatura ambiente

Um invólucro pode ter uma temperatura ambiente de 50C, enquanto o próprio PPTC opera a uma temperatura mais alta devido a fontes de calor próximas.

Melhor abordagem:
Avalie o ambiente operacional real do PPTC.

Erro 3: Escolhendo um PPTC apenas por Ihold

Um Ihold mais elevado não significa automaticamente uma melhor protecção.

Melhor abordagem:
Avalie Ihold, Itrip, Vmax, Imax, resistência e tempo de viagem juntos.

Erro 4: Ignorando a Corrente de Arranque

Alguns circuitos têm uma corrente de inrush de curta duração que é substancialmente maior do que a corrente de operação normal.

Melhor abordagem:
Verifique a forma de onda de inicialização com as características de tempo de viagem do PPTC.

Erro 5: Ignorando o layout do PCB

O mesmo componente pode se comportar de maneira diferente dependendo de seu ambiente PCB.

Melhor abordagem:
Valide o PPTC selecionado no PCB real.

Procedimento Prático de Desenho de Desenho PPTC

A Ruilin Semicondutor recomenda o uso do seguinte processo de engenharia ao avaliar a proteção PPTC:

Etapa 1: Determinar a corrente operacional normal

Identifique a corrente de carga contínua máxima em condições normais de operação.

Etapa 2: Determinar a temperatura máxima de operação

Considere:

Temperatura ambiente

Temperatura do gabinete

Temperatura PCB

Fontes de calor próximas

Auto-aquecimento

Etapa 3: Verifique a curva de derretimento térmico PPTC

Determine a corrente permitida na temperatura real de operação.

Etapa 4: Selecione o Ihold Nominal

Calcular o Ihold nominal necessário com base no fator de derating.

Passo 5: Verifique Itrip

Confirme se a corrente de viagem fornece proteção adequada sem causar viagens incômodas indesejadas.

Etapa 6: Verifique o Vmax

Certifique-se de que a tensão máxima de trabalho do PPTC é adequada para o circuito protegido.

Etapa 7: Verifique o Imax

Verifique se o dispositivo pode suportar a corrente de falha disponível.

Etapa 8: Verifique o tempo de viagem

Compare as características de tempo de viagem do PPTC com a tolerância a falhas do circuito protegido.

Etapa 9: Verifique a resistência

Avalie a resistência no estado normal e a queda de tensão e dissipação de energia resultantes.

Etapa 10: Validar no PCB real

Realize testes sob a temperatura máxima do aplicativo, carga máxima e condições de falha representativas.

Fórmula Derating PPTC

Uma abordagem simplificada da redução térmica pode ser expressa como:

Ihold Nominal Obrigatório ≥ Corrente Operacional Máxima  Fator de Descida

Por exemplo:

Corrente máxima de funcionamento = 1,2 A

Fator de derretimento à temperatura máxima = 0,75

Então:

Ihold Nominal Obrigatório ≥ 1,2 ◎ 0,75 = 1,60 A

O engenheiro selecionaria então um PPTC adequado com um Ihold nominal acima do requisito calculado e verificaria as especificações completas da ficha técnica.

Esta fórmula é útil como um método de triagem inicial, mas não deve substituir a curva de derretimento térmico real do fabricante e o teste de aplicação.

Guia PPTC Derating para Engenheiros

Ao selecionar um fusível reiniciável PPTC, a seguinte lista de verificação pode ser usada:

Requisitos do circuito

Corrente normal máxima

Tensão mínima e máxima de funcionamento

Corrente máxima de falha

Corrente de inicialização e inrush

Resposta de proteção necessária

Requisitos térmicos

Temperatura ambiente mínima

Temperatura ambiente máxima

Temperatura local PPTC

Aumento da temperatura do PCB

Fontes de calor próximas

Fluxo de ar e condições de compartimento

Parâmetros do PPTC

Ihold

Viagem

Vmax

Imax

Hora de viajar

Resistência inicial

Faixa de temperatura de operação

Curva de derretimento térmico

Validação

Ensaio de funcionamento normal

Ensaio de alta temperatura

Ensaio a baixa temperatura

Teste de arranque / inrush

Ensaio de sobrecorrente

Teste de falha

Reiniciar teste

Ensaio de ciclos de viagem repetidos

PPTC Derating vs. Seleção de fusíveis tradicionais

Um fusível convencional e um fusível resetável PPTC fornecem proteção contra sobrecorrente, mas seu comportamento térmico e mecanismos de reset são diferentes.

Um fusível tradicional normalmente abre o circuito quando seu elemento fusível derrete. Em vez disso, um PPTC aumenta drasticamente sua resistência à medida que aquece e entra em um estado de alta resistência.

Este princípio de operação térmica torna a temperatura um fator especialmente importante na seleção de PPTC.

Para um PPTC:

A corrente gera calor Aumenta a temperatura Aumenta a resistência A corrente é limitada

Consequentemente, o ambiente térmico circundante é parte integrante do projeto de proteção.

Perguntas frequentes(FAQs)

O que é o PPTC derating?

A derrapagem PPTC é a redução da corrente contínua permitida conforme a temperatura operacional muda, especialmente conforme a temperatura aumenta. Os engenheiros usam a curva de derrapagem térmica do fabricante para determinar a capacidade de corrente apropriada na temperatura operacional real.

Por que o PPTC Ihold diminui com a temperatura?

Um PPTC é um dispositivo polimérico termicamente sensível. À medida que sua temperatura aumenta, menos aquecimento adicional é necessário para atingir a condição de comutação de alta resistência. Portanto, a corrente contínua permitida geralmente diminui em temperaturas mais altas.

O PPTC Ihold muda com a temperatura?

Sim. Ihold é especificado sob condições de teste definidas e não é um valor temperature-independent . A corrente permitida real deve ser determinada a partir da curva de derretimento térmico do PPTC.

Posso usar o valor de 25C Ihold para um aplicativo de 70C?

Não sem verificar a curva de derretimento térmico. O Ihold de 25C não deve ser tratado automaticamente como a corrente contínua permitida a 70C.

Qual é a diferença entre PPTC derating e PPTC Ihold?

Ihold é a taxa de corrente de retenção especificada sob condições definidas. Derating descreve como a capacidade de corrente utilizável muda com a temperatura.

O PPTC Itrip também muda com a temperatura?

Sim. O comportamento de disparo do PPTC depende da temperatura. Temperaturas mais altas podem fazer com que o dispositivo entre em seu estado de alta resistência em uma corrente mais baixa do que em condições mais frias.

Como faço para calcular o Ihold PPTC necessário?

Um cálculo simplificado é:

Obrigatório Ihold ≥ Corrente Operacional Máxima  Fator de Derretimento Térmico

A seleção final do componente deve ser verificada em relação a Itrip, Vmax, Imax, resistência, tempo de deslocamento e folha de dados do fabricante.

O layout do PCB afeta a redução do PPTC?

Sim. A área de cobre do PCB, espalhamento térmico, fluxo de ar, colocação de componentes e fontes de calor próximas podem afetar a temperatura real do PPTC e, portanto, sua capacidade de transporte de corrente.

Devo escolher um Ihold mais alto para evitar tropeçar incômodo?

Um Ihold mais alto pode fornecer margem de operação adicional, mas selecionar uma classificação desnecessariamente alta pode reduzir a eficácia da proteção contra sobrecorrente. A seleção correta deve equilibrar corrente de operação normal, temperatura, Itrip, corrente de falha e tempo de deslocamento.

O PPTC é importante para aplicações automotivas?

Sim. A eletrônica automotiva pode experimentar amplas faixas de temperatura e fontes de calor locais significativas. A seleção do PPTC automotivo deve, portanto, considerar a temperatura de operação real e as características de derretimento térmico apropriadas. A série PPTC de alta temperatura está disponível para aplicações que exigem capacidade de temperatura estendida; por exemplo, algumas famílias PPTC automotivas comerciais são especificadas para operação até + 125C.

Que informações devo fornecer a um fabricante de PPTC para seleção?

Para uma recomendação técnica, forneça:

Corrente de funcionamento normal

Corrente máxima de funcionamento

Tensão de funcionamento

Temperatura ambiente máxima

Temperatura ambiente mínima

Corrente de arranque / inrush

Corrente de falha disponível

Informações de montagem PCB

Tipo de aplicação

Comportamento de proteção necessário

Esta informação permite ao fabricante avaliar o PPTC com mais precisão do que utilizando apenas a corrente nominal.

Sobre a Ruilin Semicondutor

Semicondutor de Ruilin (Shenzhen) Co., Ltd.É um fabricante focado na pesquisa, desenvolvimento, produção e fornecimento de fusíveis resetáveis PPTC e dispositivos de proteção de coeficiente de temperatura positiva polimérica.

A Ruilin Semicondutor fornece soluções PPTC para proteção contra sobrecorrente de circuitos eletrônicos, com opções de produtos cobrindo diferentes tamanhos de pacotes, classificações de corrente, classificações de tensão e requisitos de aplicação.

O portfólio de produtos PPTC da empresa inclui soluções para aplicações como:

Electrónica de consumo

Proteção da bateria

Interfaces USB e USB tipo C

Eletrônica automotiva

Equipamento industrial

Fontes de alimentação

Telecomunicações

Dispositivos inteligentes

Sistemas de controle eletrônico

Como fabricante de PPTC, a Ruilin Semicondutor se concentra não apenas nas especificações dos componentes, mas também nos requisitos de aplicação prática, como Ihold, Itrip, derating térmico, resistência, tempo de deslocamento e temperatura operacional.

Para aplicações de alta temperatura ou temperature-variable , a Ruilin Semicondutor pode auxiliar os engenheiros na avaliação da seleção PPTC com base nos requisitos reais de corrente, tensão, temperatura e proteção do circuito.

Ao selecionar um fusível PPTC, os engenheiros devem sempre consultar a folha de dados e a curva de derretimento térmico da Ruilin Semicondutor aplicáveis para o número de peça específico, em vez de aplicar um fator de derretimento genérico em diferentes séries PPTC.

Conclusão

A remoção de PPTC é uma parte essencial da seleção confiável de fusíveis resetáveis.

O princípio mais importante é:Não selecione um PPTC com base apenas em sua classificação nominal de 25C Ihold.

Em vez disso, avalie:Corrente máxima de operação + temperatura real PPTC + derating térmico + Itrip + Vmax + Imax + tempo de viagem + resistência

Um circuito de proteção PPTC bem projetado deve permanecer estável durante toda a faixa de operação normal, enquanto ainda fornece proteção eficaz durante condições anormais de corrente.

Para engenheiros que projetam produtos para aplicações eletrônicas de alta temperatura, automotivas, baterias, industriais ou compactas, o PPTC do fabricante
 A curva de deratação térmica deve ser considerada uma parte essencial do processo de seleção de componentes.

A Ruilin Semicondutor pode fornecer soluções de fusíveis resetáveis PPTC com base em requisitos de aplicação específicos, incluindo corrente operacional, tensão, faixa de temperatura, tamanho do pacote e características de proteção.

Para suporte à seleção de PPTC, entre em contato com a Ruilin Semicondutor com as condições operacionais do circuito e os requisitos de aplicação.