Жуйлинь Полупроводники (Шэньчжэнь) Ко., Лтд.

Как температура влияет на производительность PPTC

Предохранители PPTC широко используются для сброса защиты от перегрузки по току в электронном оборудовании, промышленных системах, автомобильной электронике, оборудовании связи, аккумуляторных батареях и приложениях защиты, связанных с железной дорогой. Поскольку устройство PPTC работает при изменении сопротивления temperature-dependent , температура окружающей среды оказывает прямое влияние на его электрические характеристики.

Понимание того, как температура влияет на сопротивление PPTC, удерживающий ток, поведение отключения и характеристики восстановления, имеет важное значение при выборе предохранителя PPTC для реального применения.

В этой статье объясняется связь между температурой и производительностью PPTC, включая значение PPTC, полную форму PPTC, характеристики сопротивления, ток удержания, ток срабатывания, термическое снижение и практические соображения по выбору.

Что такое PPTC? Полная форма и значение PPTC

PPTC означает полимерный положительный температурный коэффициент.

PPTC - это устройство с положительным температурным коэффициентом на основе полимера, обычно используемое в качестве сбрасываемого предохранителя PPTC или сбрасываемого устройства защиты от перегрузки по току.

При нормальных условиях эксплуатации PPTC имеет относительно низкое сопротивление и позволяет ожидаемому рабочему току проходить через цепь. При избыточном токе электрическая мощность, вырабатываемая внутри устройства, вызывает повышение его температуры. По мере изменения состояния полимерного материала сопротивление PPTC значительно увеличивается, ограничивая ток, протекающий через защищенную цепь.

После устранения неисправности и охлаждения PPTC его сопротивление снижается до нормального состояния.

Такое поведение temperature-dependent является основной причиной того, что температура является таким важным параметром в дизайне PPTC.

Как температура влияет на сопротивление PPTC?

Наиболее важной характеристикой полимерного устройства PTC является то, что его сопротивление увеличивается по мере повышения температуры
При относительно низких температурах полимерная структура обеспечивает проводящие пути через проводящий материал, встроенный в полимерную матрицу. Поэтому PPTC имеет относительно низкое начальное сопротивление.

По мере повышения температуры изменяется структура полимера и проводящие пути становятся менее непрерывными. Электрическое сопротивление начинает увеличиваться.

Это создает положительный температурный коэффициент:

Более высокая температура Более высокое сопротивление PPTC

при нормальных условиях эксплуатации:

Более высокая температура окружающей среды Более низкий допустимый рабочий ток

Связь представляет собой не просто фиксированный линейный коэффициент resistance-temperature , как у некоторых обычных резисторов. Поведение PPTC сильно нелинейно, особенно вокруг переходной области, где устройство переходит из состояния низкого сопротивления в состояние высокого сопротивления.

Почему сопротивление PPTC увеличивается с температурой?

PPTC предназначен для реагирования на тепло.

Есть два основных источника отопления, которые следует учитывать:

Обогрев окружающей среды

Самонагревание, вызванное электрическим током

Электрическая мощность, рассеиваемая PPTC, может быть аппроксимирована:

P = I²R

где:

P = мощность, рассеиваемая устройством

I = ток через PPTC

R = сопротивление PPTC

При увеличении тока тепло, генерируемое внутри устройства, может быстро увеличиваться, поскольку мощность пропорциональна квадрату тока.

Когда устройство становится горячее, его сопротивление увеличивается. Повышенное сопротивление затем ограничивает ток и изменяет тепловой баланс устройства.

Эта электротермическая обратная связь является основным рабочим механизмом сбрасываемого предохранителя PPTC.

PPTC сопротивление против температуры

Соотношение между сопротивлением PPTC и температурой можно разделить на несколько областей практической работы.

1. Нормальный работая регион

При нормальной температуре окружающей среды и нормальном токе нагрузки PPTC остается в состоянии низкого сопротивления.

Устройство рассеивает относительно небольшую мощность и не должно срабатывать.

Сопротивление, указанное в спецификации предохранителя PPTC, обычно измеряется в определенных условиях испытаний. Поэтому конструкторы должны избегать обработки опубликованного значения сопротивления как постоянного сопротивления при любых условиях эксплуатации.

2. Область нагрева

По мере увеличения тока или повышения температуры окружающей среды PPTC выделяет больше тепла.

Устройство перемещается ближе к своей переходной области.

Сопротивление начинает увеличиваться, что меняет электрическую и тепловую рабочую точку.

3. Отключенный или высокопрочный регион

Когда PPTC достигает своего расчетного температурного диапазона переключения, его сопротивление может резко возрасти.

Устройство обычно не становится идеальной разомкнутой цепью. Вместо этого он входит в состояние высокого сопротивления, которое ограничивает ток гораздо более низким уровнем.

Вот почему PPTC отличается от обычного одноразового предохранителя.

4. Охлаждать и переустановить область

После устранения неисправности тепло, выделяемое внутри PPTC, уменьшается.

По мере охлаждения устройства его сопротивление постепенно уменьшается.

Когда устройство возвращается достаточно близко к своему нормальному рабочему состоянию, схема может возобновить нормальную работу.

Как температура окружающей среды влияет на производительность PPTC

Температура окружающей среды является одним из наиболее важных параметров при выборе предохранителя PPTC.

PPTC, работающий при 25C, и тот же PPTC, работающий при 70C, не обязательно имеют одинаковый допустимый ток удержания.

Причина проста:

При более высокой температуре окружающей среды PPTC требует меньшего дополнительного самонагрева для достижения своей переходной области.

Следовательно, устройство может достигать своего состояния высокого сопротивления при более низком токе.

В практическом плане:

Температура окружающей среды увеличивается Тепловой запас уменьшается Удерживаемый ток уменьшается

Вот почему производители PPTC предоставляют информацию о снижении температуры в спецификации предохранителей PPTC.

Например, опубликованные PPTC temperature-rerating данные крупных производителей показывают, что допустимый ток удержания может значительно снижаться по мере повышения температуры окружающей среды.

Поэтому инженерам следует выбирать PPTC на основе максимальной ожидаемой рабочей температуры, а не выбирать устройство только из его номинального тока при комнатной температуре.

Какие аспекты производительности PPTC сильно зависят от температуры?

Температура может влиять на несколько важных параметров PPTC.

1. Держащий ток
Текущий ток, обычно обозначаемый как Ihold, представляет собой максимальный ток, который PPTC обычно может переносить, не входя в состояние отключения при определенных условиях испытаний.

По мере повышения температуры Ihold обычно уменьшается.

Это один из наиболее важных температурных эффектов для дизайнеров схем.

2. Поездка Ток

Поведение поездки PPTC также temperature-dependent.

Более теплый PPTC требует меньшего дополнительного нагрева для достижения переходной области. Следовательно, ток, необходимый для создания условий поездки, может быть ниже при повышенных температурах.

3. Время путешествовать

Температура может влиять на то, насколько быстро PPTC реагирует на перегрузки по току.

При более высоких температурах окружающей среды устройство запускается ближе к области теплового перехода. В результате время, необходимое для достижения условий поездки, может измениться.

Таким образом, время до поездки следует оценивать с использованием кривых тока-времени производителя при предполагаемых условиях эксплуатации.

4. Сопротивление

Сопротивление увеличивается по мере повышения температуры PPTC.

Это фундаментальная характеристика, которая делает возможной сброс защиты от перегрузки по току PPTC.

5. Диссипация силы

Поскольку PPTC является теплозащитным устройством, его тепловой баланс зависит от рассеивания электроэнергии и способности окружающей печатной платы и окружающей среды удалять тепло.

Таким образом, площадь меди PCB, расстояние между компонентами, воздушный поток, температура корпуса и близлежащие источники тепла могут влиять на фактическую производительность PPTC.

Температура и PPTC держат течение

Одной из наиболее распространенных ошибок при выборе PPTC является использование номинального значения Ihold без учета температуры.

Например, предположим, что PPTC указан с поддерживающим током 2,0 А в исходных условиях производителя.

Это делает
 нет
 обязательно означает, что устройство может непрерывно нести 2,0 А при установке в высокотемпературном корпусе.

Фактический допустимый ток может быть значительно ниже при повышенной температуре окружающей среды.

Упрощенное отношение дизайна может быть выражено как:

Допустимый рабочий ток = номинальный ток Температурный понижающий коэффициент

Фактический понижающий коэффициент должен исходить из таблицы данных конкретного производителя PPTC или кривой temperature-rerating .

Не используйте общий процент понижения для каждой серии PPTC.

Различные конструкции PPTC, размеры, уровни сопротивления, монтажные конфигурации и тепловые среды могут создавать различные температурные характеристики.

PPTC Температура Дератинг и реальные условия PCB

Температура, указанная в спецификации PPTC, обычно относится к определенному состоянию окружающей среды или условиям испытаний.

Фактическая температура компонента, установленного на печатной плате, может быть разной.

Например, PPTC может быть установлен рядом с:

Мощные MOSFET

DC / DC преобразователи

Силовые резисторы

Батарейки

Моторы

Светодиоды

Процессоры или процессоры

Сильноточные разъемы

Трансформеры

Другие теплогенерирующие компоненты

Эти компоненты могут повысить локальную температуру вокруг PPTC.

PCB медная область также влияет на теплопередачу.

Большая площадь меди может улучшить тепловыделение, в то время как меньшая площадь меди может привести к тому, что PPTC будет работать при более высокой температуре.

Поэтому при выборе PPTC следует учитывать фактическую тепловую среду, а не только номинальную температуру окружающей среды.

Выбор предохранителя PPTC при высокой температуре

При выборе предохранителя PPTC для высокотемпературного применения учитывайте следующие параметры.

Шаг 1: Определите нормальный рабочий ток

Определяют максимальный постоянный ток защищаемой схемы при нормальных условиях эксплуатации.

Не используйте только типичный ток. Учитывайте максимальную ожидаемую нагрузку.

Шаг 2: Определите максимальную температуру окружающей среды

Определите самую высокую ожидаемую температуру окружающей среды.

Для оборудования, установленного внутри корпуса, внутренняя температура может быть значительно выше, чем окружающая комнатная температура.

Шаг 3: Примените понижение температуры

Используйте кривую или таблицу temperature-rerating производителя PPTC для определения фактического допустимого тока удержания при максимальной рабочей температуре.

Шаг 4: Проверьте номинальное напряжение

Выбранный PPTC должен иметь максимальное номинальное напряжение, соответствующее защищаемой схеме.

Шаг 5: Проверьте начальное сопротивление

Проверьте начальное сопротивление, указанное в спецификации предохранителей PPTC.

Низкое сопротивление особенно важно в цепях, где падение напряжения и потери мощности имеют решающее значение.

Шаг 6: Проверьте время поездки

Просмотрите кривую времени-тока PPTC и убедитесь, что устройство обеспечивает адекватную защиту во время ожидаемого состояния неисправности.

Шаг 7: Проверьте упаковку и тепловую конструкцию

Для PPTC обнуляемого предохранителя SMD размер упаковки и компоновка печатной платы могут влиять на тепловыделение и фактическую рабочую температуру.

Поэтому выбранный компонент должен быть оценен в фактическом дизайне печатной платы.

Предохранитель PPTC в железнодорожных применениях

Устройства PPTC также могут использоваться в некоторых приложениях защиты железнодорожной и железнодорожной сигнализации, где требуется сбрасываемая защита от перегрузки по току.

Железнодорожная среда может представлять сложные температурные и экологические условия. Наружное сигнальное оборудование, оборудование на пути, цепи управления, оборудование связи и другие системы могут испытывать значительные колебания температуры.

Поэтому применение PPTC на железной дороге требует большего, чем просто выбор компонента с правильным номинальным током.

Инженеры должны оценить:

Диапазон рабочих температур

Температура понижается

Держите ток

Поездка тока

Максимальное напряжение

Максимальный ток неисправности

Время к поездке

Начальное сопротивление

Сопротивление после поездки

Строительство упаковки

Экологические условия

PCB или проводка тепловых характеристик

Применимые требования к железнодорожной системе

Железнодорожные приложения могут иметь application-specific стандарты и квалификационные требования. PPTC общего назначения не следует автоматически считать подходящим для железнодорожной системы, имеющей решающее значение для безопасности.

Для железнодорожных проектов окончательный выбор устройства должен быть проверен на соответствие спецификации системы и применимым стандартам заказчика или железных дорог.

Производительность PPTC в автомобильных приложениях

Автомобильная электроника также может испытывать широкие колебания температуры.

PPTC, используемый в автомобильных приложениях, может работать вблизи:

Аккумуляторные системы

Электронные модули управления

Системы освещения

Моторы

Датчики

Интерфейсы связи

USB и зарядные интерфейсы

Силовые распределительные цепи

Поскольку температура окружающей среды может быть высокой, снижение температуры становится особенно важным.

PPTC, который правильно работает при комнатной температуре, может не обеспечивать такой же запас защиты при повышенной рабочей температуре автомобиля.

Для автомобильного выбора PPTC инженеры должны оценить полный диапазон рабочих температур вместе с током, напряжением, сопротивлением, временем до поездки, упаковкой и application-specific квалификационными требованиями.

PPTC Сброс предохранитель SMD и тепловой дизайн

Устройства PPTC для поверхностного монтажа широко используются, поскольку они занимают относительно мало места на печатной плате и могут быть собраны с использованием стандартных процессов SMT.

Однако меньший размер упаковки не означает, что тепловые эффекты можно игнорировать.

Сама печатная плата становится частью тепловой системы.

Важными факторами являются:

Медная ширина следа

Толщина меди

Медная зона вокруг PPTC

Количество слоев PCB

Через конфигурацию

Расстояние между компонентами

Воздушный поток

Близлежащие источники тепла

Температура корпуса

По этой причине один и тот же номер детали PPTC может вести себя по-разному в разных компоновках печатных плат.

Для производственных проектов настоятельно рекомендуется проверка прототипа в ожидаемых условиях максимальной температуры и нагрузки.

Сопротивление PPTC и нагрев IR

Связь между сопротивлением и током особенно важна в приложениях PPTC.

Приблизительная мощность, генерируемая внутри устройства:

P = I²R

Если сопротивление увеличивается при протекании тока, тепловое поведение устройства изменяется.

Во время неисправности этот механизм способствует переходу в состояние высокого сопротивления.

Поэтому сопротивление ППТК не следует рассматривать только как статический электрический параметр.

Он также является частью теплового рабочего механизма устройства.

Это одна из причин, по которой инженеры должны изучить как предохранитель PPTC, так resistanceandtemperature .
При выборе компонента.

Температура PPTC против сопротивления: практический пример проектирования

Рассмотрим схему, которая обычно работает при 1,0 А.

Если схема работает при комнатной температуре, инженер может изначально искать PPTC с рейтингом Ihold несколько выше 1,0 A.

Однако, если схема может работать при 70C, то же устройство может иметь существенно уменьшенный допустимый ток удержания при этой температуре.

Поэтому инженер должен:

Определите максимальную рабочую температуру.

Найдите temperature-rerating данные в таблице.

Определить фактический Ihold при максимальной температуре.

Сравните это значение с максимальным нормальным рабочим током.

Проверьте начальное сопротивление и падение напряжения.

Проверьте время срабатывания в соответствии с ожидаемым током сбоя.

Проверка выбранного устройства на фактической печатной плате.

Этот подход более надежен, чем выбор PPTC только на основе его номинального рейтинга тока 25 ° C.

Спецификация предохранителей PPTC: параметры для проверки

При рассмотрении спецификации предохранителя PPTC инженерам следует обратить внимание на следующие параметры:

Точные определения и условия испытаний всегда должны быть взяты из спецификации производителя, поскольку терминология и условия измерения могут варьироваться в зависимости от семейства продуктов.

Символ предохранителя PTC и представление схемы PPTC

Сбрасываемый предохранитель PPTC обычно представлен на принципиальных схемах с использованием символа, похожего на предохранитель или PTC, в зависимости от используемого стандарта схемы и библиотеки САПР.

Важным моментом для разработчиков схем является то, что PPTC является ограничивающим ток устройством защиты temperature-dependent , а не обычным одноразовым предохранителем.

Поэтому схематическое обозначение следует интерпретировать вместе со спецификацией компонента и требованиями к проектированию схемы.

Как повысить надежность PPTC в высокотемпературных конструкциях

Несколько методов проектирования могут повысить надежность применения PPTC.

Используйте понижение температуры

Не используйте PPTC непрерывно при комнатной температуре Ihold, если приложение имеет значительно более высокую температуру окружающей среды.

Избегайте ненужного самонагревания

Чрезмерный нормальный рабочий ток увеличивает потери IR и повышает температуру устройства.

Рассмотрим тепловые условия PCB

Оцените площадь меди, ширину трасс, воздушный поток, температуру корпуса и близлежащие источники тепла.

Выберите соответствующее сопротивление

Для низковольтных цепей чрезмерное сопротивление PPTC может создать нежелательное падение напряжения.

Проверить время на поездку

Устройство с правильным значением Ihold все еще может иметь неподходящее время отклика на неисправность.

Испытание при максимальной температуре

Проверка приложения должна включать наихудшее сочетание:

Максимальная нагрузка + максимальная температура окружающей среды + фактическая компоновка печатной платы

Это обеспечивает гораздо более реалистичную оценку эффективности УППТ.

Ключевые выводы

Температура является одним из наиболее важных факторов, влияющих на производительность PPTC.

Ключевыми отношениями являются:

Повышение температуры увеличивает сопротивление PPTC

Температура окружающей среды увеличивается Ihold обычно уменьшается

Более высокая температура Меньше тепловой запас перед отключением

Более высокий ток Больше IR нагрев

Ошибка устранена PPTC охлаждает Сопротивление уменьшается

По этой причине PPTC не следует выбирать только в соответствии с номинальным током.

Инженеры должны оценить полное сочетание:

Ток + напряжение + температура + сопротивление + время на поездку + тепловые условия PCB

Правильно подобранный PPTC обеспечивает практический метод сброса защиты от перегрузки по току, помогая снизить потребность в замене после временных неисправностей.

Часто задаваемые вопросы (FAQs)

Как температура влияет на сопротивление PTC?

Температура оказывает сильное влияние на сопротивление PTC. По мере увеличения температуры полимерного PTC его сопротивление увеличивается. В переустанавливаемом предохранителе PPTC этот положительный температурный коэффициент используется для ограничения тока в условиях перегрузки по току или перегрева.

Связь становится особенно важной по мере приближения устройства к переходной области, где сопротивление может резко возрасти.

На какие аспекты производительности PPTC сильно влияет температура?

Температура может сильно повлиять на несколько рабочих параметров PPTC, включая:

Держит ток

Поведение в путешествии

Время к поездке

Сопротивление

Диссипация мощности

Сброс или восстановление

Среди них уменьшение тока удержания при повышении температуры окружающей среды особенно важно для выбора компонентов.

Как повышение температуры влияет на значение сопротивления компонента положительного температурного коэффициента (PTC)?

По мере повышения температуры компонента с положительным температурным коэффициентом увеличивается его электрическое сопротивление.

Для полимерного PPTC изменение сопротивления связано с temperature-dependent изменениями в структуре полимера и проводящих путях.

Эта характеристика позволяет PPTC переходить от состояния с относительно низким сопротивлением во время нормальной работы к состоянию с гораздо более высоким сопротивлением во время перегрузки по току.

Когда терморезистор с положительным температурным коэффициентом (ПТК) увеличивает его сопротивление?

Термистор PTC увеличивает сопротивление при повышении температуры. В переустанавливаемом предохранителе PPTC температура может повышаться из-за повышенной температуры окружающей среды или самонагревания, вызванного током, протекающим через устройство.

Когда устройство достигает своей переходной области, сопротивление может существенно возрасти, ограничивая ток.

После устранения неисправности и охлаждения устройства сопротивление снижается до нормального состояния.

В чем разница между PPTC и обычным предохранителем?

Обычный предохранитель предназначен для постоянного прерывания цепи, когда ее предохранитель плавится.

Переустанавливаемый предохранитель PPTC вместо этого значительно увеличивает свое сопротивление во время неисправности и ограничивает ток. После того, как состояние неисправности удаляется и устройство охлаждается, его сопротивление может уменьшиться, и схема может вернуться к нормальной работе.

Вызывает ли высокая температура срабатывание PPTC при более низком течении?

В общем, да.
Поскольку PPTC уже нагревается при более высокой температуре окружающей среды, для достижения его переходной области требуется меньше дополнительного самонагрева.

Поэтому его допустимый ток удержания уменьшается по мере увеличения температуры окружающей среды.

Точное поведение должно быть определено из temperature-rerating данных для конкретной серии PPTC.

Как выбрать PPTC для высокотемпературного применения?

Начните с максимального нормального рабочего тока и максимальной температуры окружающей среды.

Затем проверьте:

Температурно-переназначенный Ihold

Поездка

Вмакс

Имакс

Начальное сопротивление

Время к поездке

Размер упаковки

PCB тепловые условия

Максимальная рабочая температура

Application-specific квалификационные требования

Выбранный PPTC должен обеспечивать достаточный запас тока при фактической максимальной рабочей температуре.

Можно ли использовать PPTC в железнодорожной отрасли?

Устройства PPTC могут использоваться в отдельных приложениях защиты, связанных с железной дорогой, включая некоторые приложения сигнализации и наружного оборудования.

Однако железнодорожные приложения могут иметь конкретные экологические, электрические, надежность и квалификационные требования. Поэтому PPTC следует выбирать в соответствии с фактической спецификацией железнодорожной системы, а не предполагать, что PPTC общего назначения автоматически подходит.

О компании Ruilin Semiconductor

Ruilin полупроводниковых (Шэньчжэнь) Co., Ltd.высокотехнологичное предприятие, занимающееся проектированием, НИОКР и продажей полимерных устройств с положительным температурным коэффициентом и сбрасываемых предохранителей PPTC.

Ruilin Semiconductor предоставляет решения PPTC для различных требований к защите цепей, включая стандартные сбрасываемые предохранители PPTC, ultra-low-resistance устройства PPTC, высокотемпературные продукты PPTC, специализированные устройства PPTC типа C и другие решения для защиты от перегрузки по току.

Компания обслуживает приложения, в том числе:

Бытовая электроника

Оборудование для умного дома

Автомобильная электроника

Медицинская электроника

Промышленное оборудование

Другие приложения электронной защиты

Портфель продукции Ruilin Semiconductor охватывает несколько размеров SMD и свинцовых пакетов, что позволяет инженерам выбирать устройства защиты PPTC в соответствии с требованиями тока, напряжения, сопротивления, температуры, упаковки и приложения.

Для инженерных применений Ruilin Semiconductor фокусируется на том, чтобы помочь клиентам оценить параметры PPTC, тепловые условия, требования к току и характеристики защиты для определения подходящих решений для сброса предохранителей.

Заключение

Температура - это не просто экологическая спецификация для PPTC. Это важная часть механизма работы устройства.

По мере повышения температуры сопротивление PPTC увеличивается, а доступный запас удерживающего тока уменьшается. В то же время время время время срабатывания и тепловое поведение могут измениться.

Поэтому для надежной защиты цепи инженеры должны оценивать производительность PPTC в реальных наихудших условиях эксплуатации, а не полагаться только на номинальные спецификации комнатной температуры.

Выбирая предохранитель PPTC, всегда учитывайте:

Работая течение + максимальная температура + напряжение + сопротивление + время-к-трип + термальная окружающая среда

Понимание этих связей помогает инженерам выбрать предохранитель PPTC, который обеспечивает стабильную и предсказуемую защиту от перегрузки по току в реальных приложениях.