Жуйлинь Полупроводники (Шэньчжэнь) Ко., Лтд.

PPTC для промышленных систем управления

Промышленные системы управления (ICS) предназначены для непрерывной и надежной работы. ПЛК, модули дистанционного ввода / вывода, промышленные датчики, контроллеры двигателей, оборудование HMI, панели управления, интерфейсы связи и оборудование автоматизации могут работать в течение многих лет в электрически требовательных средах.

Для этих систем перегрузка по току в низковольтной управляющей или интерфейсной цепи может прервать связь, повредить компоненты или вызвать ненужное техническое обслуживание. Переустанавливаемый предохранитель PPTC обеспечивает компактную форму защиты от перегрузки по току, которая может автоматически вернуться к своему нормальному сопротивлению после устранения неисправности и охлаждения устройства.

В этой статье объясняется, как предохранитель PPTC может применяться в промышленных системах управления, как интерпретировать техническое описание предохранителя PPTC, как выбирать такие параметры, как ток удержания, ток отключения, номинальное напряжение и сопротивление, а также где защита PPTC вписывается в промышленную защиту. архитектура.

Инженерное примечание: PPTC - это компонент защиты от перегрузки по току. Это не элемент управления кибербезопасностью и не должен быть представлен как таковой. Промышленная кибербезопасность должна рассматриваться отдельно с помощью соответствующей системной архитектуры, средств контроля безопасности, стандартов и оценки рисков.

Что такое PPTC?

PPTC означает полимерный положительный температурный коэффициент. Это устройство защиты от перегрузки на полимерной основе, обычно используемое в качестве переустанавливаемого предохранителя PTC, переустанавливаемого предохранителя или полимерного устройства PTC.

В отличие от обычного одноразового предохранителя, PPTC обычно не требует замены после каждого временного перегрузки по току. Когда избыточный ток вызывает повышение температуры устройства, его сопротивление значительно увеличивается и ограничивает ток, протекающий через защищенную цепь.

После устранения неисправности и охлаждения устройства его сопротивление уменьшается до исходного значения.

Эта переустанавливаемая характеристика делает устройства PPTC полезными в оборудовании, где важны удобство обслуживания, время простоя и защита от повторных сбоев.

Типичные промышленные применения включают:

Модули PLC и I / O

Промышленные датчики

Панели управления

Промышленные интерфейсы Ethernet

RS-232, RS-485 и другие интерфейсы связи

Оборудование HMI

Промышленные компьютеры

Интерфейсы управления двигателем

Цепи управления распределением электроэнергии

Инструментарий

Оборудование автоматизации

Контроллеры автоматизации зданий

Системы автоматизации производства

Как работает PPTC в промышленной электронике?

PPTC работает через механизм сопротивления temperature-dependent .

В нормальных условиях эксплуатации PPTC имеет относительно низкое сопротивление и позволяет защищенной схеме работать нормально.

При перегрузке по току мощность, рассеиваемая в устройстве, повышает его температуру. Полимерный материал подвергается существенному увеличению сопротивления, что снижает ток, протекающий по цепи.

Упрощенная последовательность операций:

Нормальный ток Перегрузки по току PPTC Сопротивление нагреву увеличивается Ток ограничен Отклонение устранено Сопротивление охлаждению уменьшается

Вот почему PPTC часто называют переустанавливаемым предохранителем.

Однако "сбрасываемый" не означает, что устройство мгновенно возвращается к своему первоначальному сопротивлению. Время восстановления зависит от устройства, условий неисправности, температуры окружающей среды, конструкции печатной платы, воздушного потока и других факторов применения.

Поэтому для промышленного оборудования инженеры должны оценивать как характеристики электрической защиты, так и тепловую среду.

Зачем использовать PPTC в промышленных системах управления?

Промышленное контрольное оборудование часто содержит несколько низковольтных цепей и интерфейсов, которым может потребоваться локализованная защита.

Один промышленный контроллер может содержать:

Входная мощность постоянного тока

Входы датчиков

Цифровой I / O

Аналоговый I / O

Интерфейсы связи

USB интерфейсы

Интерфейсы Ethernet

Интерфейсы реле или привода

Вспомогательные силовые выходы

Ошибка на одной ветке в идеале должна иметь ограниченное влияние на остальную часть системы.

Правильно подобранный PPTC может помочь обеспечить локализованную защиту от перегрузки по току и снизить потребность в частой замене традиционных предохранителей.

1. Переустанавливаемая защита от перегрузки по току

PPTC может вернуться в состояние низкого сопротивления после устранения перегрузки по току и охлаждения устройства.

Это может быть особенно полезно для промышленного оборудования, установленного в местах, где доступ к обслуживанию затруднен.

2. Защита для низковольтных цепей

Многие схемы управления и связи работают при относительно низких напряжениях. Устройства PPTC доступны в различных конфигурациях напряжения, тока, сопротивления и пакетов для различных требований к цепи.

Выбранное устройство всегда должно проверяться на соответствие фактическому рабочему напряжению и условиям неисправности.

3. Защита отдельных отраслей

Вместо того, чтобы защищать всю систему управления одним предохранителем, проектировщики могут использовать правильно подобранные защитные компоненты на отдельных ответвлениях цепи.

Это может помочь снизить вероятность того, что локализованная неисправность отключает несвязанные цепи.

4. Компактная защита печатных плат

Устройства SMD PPTC могут обеспечивать защиту от перегрузки по току, не требуя большого обычного держателя предохранителя.

Это полезно для компактных модулей PLC, плат ввода / вывода, модулей промышленной связи и встроенного контрольного оборудования.

5. Уменьшенное обслуживание для временных неисправностей

Для приложений, связанных с временными перегрузками или случайными короткими замыканиями, сбрасываемый защитный компонент может снизить частоту физической замены предохранителя.

Однако выбор PPTC не должен основываться исключительно на ожидании сброса устройства. Защищенная схема должна быть спроектирована с учетом электрических и тепловых характеристик PPTC.

Выбор PPTC для промышленных систем управления

Выбор PPTC требует большего, чем просто соответствие нормальному рабочему току.

Инженеры должны оценить полную рабочую среду и сравнить требования с листом предохранителей PPTC производителя.

Важными параметрами являются:

Удерживайте течение (Ihold)

Поездка Ток (Itrip)

Максимальное напряжение (Vmax)

Максимальный ток неисправности

Начальное сопротивление

Диссипация силы

Время к путешествию

Рабочая температура

Размер упаковки

PCB тепловые характеристики

Сброс характеристик

1. Держите течение (Ihold)

Я держу 
является одним из важнейших параметров PPTC.

Он представляет ток, который PPTC может переносить при определенных условиях без отключения.

При выборе устройства нормальный непрерывный рабочий ток должен быть ниже заданного тока удержания с соответствующим инженерным запасом.

Например, если схема управления обычно работает приблизительно при 1,0 А, выбор устройства с Ihold точно 1,0 А может обеспечить недостаточный запас прочности, поскольку реальные условия включают изменение температуры, допуск по току, тепловые эффекты ПХД и изменение нагрузки.

Поэтому фактические условия работы следует сравнивать со спецификациями производителя, а не использовать простое правило номинального тока.

2. Турпоток (Itrip)

Ток срабатывания PPTC относится к уровню тока, при котором устройство входит в состояние защиты с высоким сопротивлением при определенных условиях испытаний.

Itrip обычно выше, чем Ihold.

Упрощенная связь это:

Я держу

Однако инженеры не должны интерпретировать Itrip как точный порог прерывания цепи. На поведение PPTC влияют температура, время, условия монтажа и характеристики неисправности.

По этой причине кривая времени к срабатыванию в таблице данных производителя важна при оценке PPTC для промышленных приложений управления.

3. Рейтинг напряжения

Максимальное номинальное напряжение PPTC должно быть равно или превышать напряжение, подаваемое на защищенную цепь при заданных условиях работы и неисправности.

Например, обозначение PTC Fuse 2A само по себе не является достаточной информацией для определения того, подходит ли компонент.

Полный выбор требует рассмотрения:

Ток + напряжение + Ihold + Itrip + сопротивление + неисправность тока + температура

4. Начальное сопротивление

Сопротивление PPTC важно в низковольтной промышленной электронике, потому что чрезмерное сопротивление может создать нежелательное падение напряжения и рассеивание мощности.

PPTC с более высоким сопротивлением может повлиять на:

Напряжение питания датчика

Интерфейсы связи

Напряжение ввода / вывода

Доставка электроэнергии

Целостность сигнала

Тепловая производительность

Поэтому инженеры должны сравнить начальное сопротивление, указанное в спецификации предохранителя PPTC, с допустимым сопротивлением защищаемой схемы.

5. Рабочая температура

Температура особенно важна в промышленных условиях.

Промышленное контрольное оборудование может работать внутри:

Шкафы управления

Полы заводов

Наружное оборудование

Корпуса управления двигателем

Электрораспределительные шкафы

Промышленные компьютеры

Температура окружающей среды влияет на тепловое поведение PPTC и может изменить его эффективную токопроводящую способность.

PPTC, который работает правильно при комнатной температуре, может иметь разные характеристики при повышенных температурах окружающей среды.

Всегда оценивайте удручающую информацию производителя при проектировании для промышленных сред.

PPTC против обычного предохранителя

PPTC и обычный предохранитель имеют разные эксплуатационные характеристики.

Выбор должен основываться на требованиях защиты фактической цепи.

PPTC не должен автоматически заменять обычный предохранитель в каждом промышленном применении.

Для цепей, требующих очень быстрого прерывания, очень низкого сопротивления, точных характеристик прерывания или специальных сертификатов безопасности, может быть более подходящей другая технология защиты.

Где можно использовать PPTC в промышленных системах управления?

Модули PLC и I / O

Устройства PPTC можно рассматривать для защиты выбранных ветвей питания и ввода / вывода в системах программируемых логических контроллеров.

Потенциальные области применения включают:

Цифровые входные цепи

Цифровые выходные цепи

Мощность датчика

Вспомогательная мощность

Интерфейсы связи

PPTC следует выбирать в соответствии с фактическими требованиями к току и напряжению каждой ветви.

Промышленные датчики

Датчики могут быть установлены в средах, где могут произойти случайные неисправности проводки или короткие замыкания.

Защита PPTC может быть рассмотрена для ветвей питания датчиков, где подходит сбрасываемая защита от перегрузки по току.

Типичные области применения:

Датчики приближения

Датчики температуры

Датчики давления

Промышленное измерительное оборудование

Принадлежности для машинного зрения

RS-485 и промышленные интерфейсы связи

Промышленные интерфейсы связи могут быть подвержены неисправностям проводки, ошибкам установки или ненормальным условиям.

PPTC может использоваться как часть более широкого дизайна защиты, в зависимости от архитектуры интерфейса.

Для коммуникационных интерфейсов выбор PPTC должен оцениваться вместе с другими компонентами защиты, такими как устройства TVS и защита общего режима.

PPTC сам по себе не обеспечивает полной защиты от ESD, всплесков напряжения, ТЭС или сигнальной линии.

Промышленное оборудование Ethernet

Промышленные Ethernet-коммутаторы, контроллеры, шлюзы и коммуникационные модули могут требовать защиты своих входных сигналов питания или вспомогательных цепей.

PPTC следует позиционировать и выбирать в соответствии с архитектурой схемы, а не просто добавлять устройство к пути сигнала Ethernet.

HMI и промышленные панели управления

Системы HMI и панели управления могут содержать несколько вспомогательных силовых ветвей.

Сбрасываемый предохранитель можно рассматривать для выбранных низковольтных ветвей, где желательна повторная временная защита от перегрузки по току.

Как читать спецификацию предохранителя PPTC

При оценке производителя или поставщика PPTC инженеры не должны смотреть только на название продукта.

Полезное техническое описание предохранителя PPTC должно обеспечивать достаточную электрическую и механическую информацию, чтобы определить, подходит ли компонент для применения.

Важная информация включает:

Электрические характеристики

Я держу

Поездка

Вмакс

Имакс

Начальное сопротивление

Максимальное сопротивление

Силовые характеристики

Тепловые характеристики

Диапазон рабочих температур

Разрушающие кривые

Характеристики времени до поездки

Тепловосстановительные характеристики

Механическая информация

Размеры упаковки

Ведущая конфигурация

Рекомендации по монтажу печатных плат

Рекомендуемая раскладка

Информация о квалификации и надежности

В зависимости от приложения клиенты также могут потребовать:

Информация о материалах

Статус RoHS / REACH

Данные испытаний надежности

Квалификационные отчеты

Контроль качества производства

Информация о прослеживаемости

Для промышленных заказчиков наличие инженерной документации может быть столь же важным, как и номинальные электрические параметры.

Подходит ли 2A PPTC для промышленного применения?

Не обязательно.

Продукт, описанный как PTC Fuse 2A, может указывать параметр, связанный с номинальным током, но "2A" сам по себе не может определить пригодность.

Например, инженеру может потребоваться знать:

Что такое непрерывный рабочий ток?

Какое максимальное рабочее напряжение?

Какова температура окружающей среды?

Каков ожидаемый ток неисправности?

Как быстро должна быть защищена схема?

Каково допустимое падение напряжения?

Какое сопротивление может выдержать схема?

Какое пространство PCB доступно?

Требует ли оборудование специальной сертификации?

Поэтому правильный выбор PPTC начинается с требований к схеме, а не с маркетингового названия продукта.

PPTC и надежность промышленных систем

Промышленные системы управления разработаны с учетом доступности, надежности, безопасности и контролируемого обслуживания.

В руководстве по безопасности OT NIST подчеркивается, что операционные технологии имеют уникальные требования к производительности, надежности и безопасности. NIST SP 800-82 Rev. 3 охватывает среды OT, включая промышленные системы управления, PLC, DCS и системы, связанные с SCADA.

Это создает важное различие:

PPTC защищает электрические цепи.

Стандарты кибербезопасности защищают промышленные системы управления от киберугроз.

Эти два не следует путать.

PPTC может способствовать электрической надежности системы управления, но не может предотвратить:

Несанкционированный доступ

Вредоносные программы

Сетевое вторжение

Кража учетных данных

Уязвимости программного обеспечения

Несанкционированное выполнение команд

Эти риски требуют специальных мер кибербезопасности.

Каковы основные стандарты кибербезопасности для промышленных систем управления?

Несколько стандартов и руководящих документов имеют отношение к кибербезопасности промышленных систем управления.

МЭК 62443

Серия стандартов IEC 62443 является одним из основных стандартов кибербезопасности для систем промышленной автоматизации и управления.

Структура охватывает различные части жизненного цикла промышленной безопасности, в том числе:

Общие понятия

Политика и процедуры

Безопасность системы

Компонент безопасности

Безопасная разработка продукта

Документация по безопасности OT NIST определяет семейство ISA / IEC 62443 и описывает его организацию в общих чертах, политиках и процедурах, системах и категориях компонентов.

Для производителей компонентов IEC 62443-4-1 и IEC 62443-4-2 являются особенно важными областями для понимания, поскольку они касаются требований к безопасному жизненному циклу разработки продукта и технических требований безопасности для компонентов IACS.

НИСТ СП 800-82

NIST SP 800-82 содержит руководство по обеспечению безопасности систем OT и промышленных систем управления с учетом их требований к надежности, производительности и безопасности.

Текущая окончательная редакция - NIST SP 800-82 Rev. 3, опубликованная в сентябре 2023 года.

Он охватывает среды OT, такие как:

Промышленные системы управления

СКАДА

DCS

Системы на базе PLC

Производственные системы

Энергетические системы

Транспортные системы

Стандарт подчеркивает безопасность на основе риска, а не рассматривает системы ОП точно так же, как обычные ИТ-системы.

Важное различие для приложений PPTC

Производитель PPTC не должен утверждать, что компонент PPTC сам по себе "совместим с кибербезопасностью IEC 62443" просто потому, что этот компонент используется внутри промышленного контроллера.

Соответствие требованиям кибербезопасности применяется к соответствующему продукту, процессу разработки, системной архитектуре, организации или требованиям компонентов в зависимости от конкретного стандарта и области сертификации.

Роль PPTC заключается в электрической защите, а кибербезопасность решается с помощью мер безопасности на уровне системы и продукта.

Соображения проектирования для PPTC в промышленной электронике

При интеграции PPTC в промышленную систему управления инженерам следует учитывать следующую последовательность проектирования:

Шаг 1: Определите нормальный рабочий ток

Определить непрерывный ток под:

Минимальная нагрузка

Типичная нагрузка

Максимальная нагрузка

Шаг 2: Определите максимальное рабочее напряжение

Выберите PPTC, номинальное напряжение которого соответствует фактической схеме.

Шаг 3: определите состояние неисправности

Рассмотрим:

Короткое замыкание

Ошибка проводки

Перегрузка

Неправильное соединение

Аномальная нагрузка

Шаг 4: Выберите Ihold

Убедитесь, что нормальный рабочий ток остается в пределах заданного рабочего диапазона с соответствующим запасом.

Шаг 5: Проверьте Itrip и Time-to-Trip

Определить, может ли PPTC адекватно отреагировать на ожидаемый сбой.

Шаг 6: Проверьте сопротивление

Оцените падение напряжения и рассеивание мощности при нормальных условиях эксплуатации.

Шаг 7: Оцените температуру

Проверьте понижение температуры PPTC и фактическую тепловую среду печатной платы и корпуса.

Шаг 8: Проверьте техническое описание

Окончательный выбор должен быть подтвержден на основе последней спецификации производителя и квалификационной информации.

Почему стоит выбрать полупроводник Ruilin для PPTC?

Ruilin Semiconductor - производитель, специализирующийся на исследованиях, разработке, производстве и производстве компонентов защиты PPTC для сброса.

Ассортимент нашей продукции разработан с учетом различных требований к защите цепи, включая:

Стандартные PPTC сбрасываемые предохранители

Сверхнизкое сопротивление PPTC

Высокотемпературный PPTC

USB Type-C выделенный PPTC

DIP PPTC

Одноразовые предохранители

Множественные размеры пакета SMD

Доступные семейства размеров SMD включают общие форматы, такие как:

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

Для промышленных приложений управления выбор продукта должен основываться на полных электрических и экологических требованиях, а не просто на выборе компонента в соответствии с размером упаковки или номинальным током.

Ruilin Semiconductor может предоставить информацию о продукте и инженерную документацию, чтобы помочь клиентам оценить решения PPTC для промышленной электроники, оборудования управления, интерфейсов связи, защиты питания, автомобильной электроники, защиты аккумуляторов и других приложений.

Для производственных проектов клиенты должны подтвердить применимое техническое описание продукта, спецификации, квалификационные требования и производительность образцов перед окончательной разработкой.

Часто задаваемые вопросы(FAQs)

Что такое PPTC?

PPTC означает полимерный положительный температурный коэффициент. Это устройство защиты от перегрузки на полимерной основе. Когда избыточный ток вызывает повышение температуры устройства, его сопротивление значительно увеличивается и ограничивает ток. После устранения неисправности и охлаждения устройства его сопротивление уменьшается до нормального состояния.

Как выбрать PPTC?

Начните с нормального рабочего тока и напряжения приложения, затем оцените Ihold, Itrip, максимальное напряжение, начальное сопротивление, максимальный ток неисправности, время до срабатывания, рабочую температуру, упаковку и тепловые условия PCB. Всегда проверяйте выбор на соответствие спецификации предохранителя PPTC производителя и требованиям приложения.

Что такое PPTC в электронике?

PPTC - это сбрасываемый компонент защиты от перегрузки по току, используемый в электронных схемах. Он обычно применяется для защиты входов питания, цепей ввода / вывода, сенсорных источников, интерфейсов связи, портов USB, аккумуляторных цепей и других ветвей, где желательно сбрасывать защиту.

Каковы ключевые стандарты кибербезопасности для промышленных систем управления?

Важными рамками являются серия IEC 62443 для промышленной автоматизации и системы управления кибербезопасностью и NIST SP 800-82 для руководства по безопасности OT. NIST SP 800-82 Rev. 3 является текущей окончательной редакцией и касается сред OT с учетом их производительности, надежности и требований безопасности.

Компоненты PPTC не следует описывать как средства управления кибербезопасностью. Они обеспечивают защиту от перегрузки по току и составляют лишь одну часть общей архитектуры надежности и защиты промышленного оборудования.

Является ли PPTC таким же, как Polyfuse PTC?

Polyfuse обычно используется в качестве продукта или связанного с брендом термина для устройств защиты PTC, сбрасываемых полимерами. В общем техническом использовании PPTC описывает технологию полимерного положительного температурного коэффициента. Инженеры должны сравнивать фактические электрические спецификации, а не полагаться только на терминологию.

Что такое PPTC trip current?

Ток срабатывания PPTC, или Itrip, - это ток, связанный с устройством, входящим в состояние защиты с высоким сопротивлением при заданных условиях испытаний. Его не следует рассматривать как точный мгновенный порог прерывания цепи, поскольку поведение PPTC зависит от температуры, времени, условий монтажа и характеристик неисправности.

Всегда ли PTC Fuse 2A подходит для схемы 2A?

Нет. Только оценка "2A" недостаточна для выбора PPTC. Инженер должен учитывать Ihold, Itrip, рабочее напряжение, сопротивление, температуру окружающей среды, состояние неисправности и время до срабатывания.

Заменяет ли PPTC полностью обычный предохранитель?

Нет. PPTC и обычные предохранители имеют разные характеристики. PPTC полезен там, где желательно сбросить защиту, но приложения, требующие очень быстрого прерывания, очень низкого сопротивления, высокой прерывающей способности или специальных разрешений на безопасность, могут потребовать обычного предохранителя или другой технологии защиты.

Можно ли использовать PPTC в системах PLC?

Да. Устройства PPTC можно рассматривать для выбранных цепей питания PLC, ввода / вывода, датчиков и вспомогательных цепей, когда их электрические характеристики соответствуют требованиям применения. Устройство должно быть выбрано на основе фактических условий цепи и проверено в таблице данных производителя.

Может ли PPTC защитить промышленные интерфейсы связи?

PPTC может обеспечить защиту от перегрузки по току для подходящих ветвей питания или интерфейсов. Однако его не следует рассматривать как полное решение для защиты связи. В зависимости от интерфейса могут потребоваться дополнительные устройства, такие как защита TVS, фильтрация, изоляция или другая защита от переходных процессов.

Заключение

Промышленные системы управления требуют надежной защиты от электрических неисправностей при сохранении работоспособности и работоспособности системы.

Правильно подобранный предохранитель PPTC может обеспечить сбрасываемую защиту от перегрузки по току для PLC, промышленных датчиков, модулей ввода / вывода, панелей управления, оборудования связи, систем HMI и другой промышленной электроники.

Наиболее важными параметрами являются не просто рекламируемый рейтинг тока. Инженеры должны оценивать Ihold, Itrip, рейтинг напряжения, сопротивление, время до поездки, понижение температуры, состояние неисправности и тепловые характеристики печатных плат вместе.

Для промышленного применения защиту PPTC также следует рассматривать как часть более широкого проектирования системы. Электрическая защита, функциональная безопасность, надежность и кибербезопасность имеют разные цели и должны быть спроектированы соответствующим образом.

Ruilin Semiconductor предоставляет продукты защиты PPTC для инженеров и производителей, которые ищут решения для защиты от перегрузки по току в промышленных, автомобильных, аккумуляторных, USB Type-C, бытовой электронике и других приложениях.