Жуйлинь Полупроводники (Шэньчжэнь) Ко., Лтд.

Руководство по разрушению PPTC

Устройства PPTC, также известные как полимерные предохранители с положительным температурным коэффициентом, которые сбрасываются, широко используются для защиты от перегрузки по току в электронных и электрических системах. В отличие от обычного одноразового предохранителя, предохранитель PPTC может вернуться в нормальное состояние с низким сопротивлением после устранения неисправности и охлаждения устройства.

Однако при выборе предохранителя PPTC необходимо учитывать одну важную характеристику: электрические характеристики PPTC меняются в зависимости от температуры.

Предохранитель PPTC, рассчитанный на определенный ток удержания при 25 ° C, не может обязательно нести один и тот же ток непрерывно при 60 ° C, 80 ° C или 100 ° C. По мере увеличения температуры доступный ток удержания обычно уменьшается. Вот почему инженерам необходимо использовать дестабилизирующую кривую PPTC, а не выбирать устройство только из номинального тока комнатной температуры.

В этом руководстве по деритации PPTC объясняется, как температура влияет на производительность PPTC, как считывать тепловую деритирующую кривую, как рассчитать практическое требование к току и как выбрать сбрасываемый предохранитель PPTC для реальных приложений.

Что такое PPTC?

Отклонение PPTC относится к снижению допустимого рабочего тока устройства PPTC по мере увеличения его рабочей температуры.

PPTC - это термочувствительный компонент защиты от перегрузки по току. Его сопротивление значительно возрастает, когда устройство нагревается чрезмерным током. Таким образом, температура, окружающая компонент, напрямую влияет на то, сколько тока он может переносить, не входя в состояние высокого сопротивления.

В общем:

При более низких температурах PPTC может переносить больше тока перед отключением.

При номинальной контрольной температуре применяется указанный Ihold.

При более высоких температурах допустимый ток удержания уменьшается.

При достаточно высокой температуре относительно небольшое увеличение тока может привести к отключению PPTC.

Поэтому кривые снижения температуры производителя имеют важное значение при разработке защиты PPTC для оборудования, работающего выше нормальной комнатной температуры. Eaton также рекомендует выбирать сбрасываемый PTC на основе максимальной температуры окружающей среды и постоянного тока, а затем использовать график снижения температуры во время выбора.

Почему PPTC разрушителен?

Распространенной ошибкой при выборе PPTC является сравнение рабочего тока цепи непосредственно со значением Ihold, показанным в таблице данных.

Например, предположим, что схема непрерывно рисует:

Нагрузка = 1,0 А

Инженер может выбрать PPTC с:

Ihold = 1,1 A @ 25C

При 25 ° C это может показаться приемлемым.

Однако, если фактическая рабочая температура вокруг PPTC достигает 60 ° C, устройство может иметь существенно более низкий допустимый ток, чем его номинальная номинальная 25 ° C.

Таким образом, фактическое условие проектирования не:

1,0 А

Вместо этого его следует оценивать как:

Фактический рабочий ток

Это различие становится особенно важным в:

Автомобильная электроника

Защита аккумулятора

Блоки питания

Промышленный контроль

Интерфейсы USB и Type-C

Бытовая электроника

Телекоммуникационное оборудование

Оборудование для умного дома

IoT устройства

Медицинская электроника

Дизайн PCB высокой плотности

Как температура влияет на производительность PPTC

К наиболее важным параметрам, на которые влияет температура, относятся:

Держите течение (Ihold)

Ток поездки (Itrip)

Сопротивление

Время к поездке

Диссипация мощности

Сброс поведения

1. Держите течение

Ihold - максимальный ток, который PPTC может нести непрерывно без отключения при определенных условиях испытаний.

Важным моментом является то, что Ihold определяется при определенной температуре и условиях испытаний.

Для многих продуктов PPTC эталонное состояние составляет около комнатной температуры, но инженеры всегда должны проверять точную тестовую температуру в спецификации производителя.

По мере повышения температуры Ihold обычно уменьшается.

Поэтому:

Более высокая температура более низкая допустимый непрерывный ток

Это основная причина, по которой при выборе PPTC необходимо учитывать термическое деформирование.

2. Поездка Ток

Itrip представляет минимальный ток, указанный для перехода PPTC в состояние высокого сопротивления при определенных условиях испытаний.

Температура также влияет на поведение во время поездки.

При повышенных температурах PPTC требует меньшего дополнительного нагрева для достижения состояния переключения. Следовательно, PPTC может отключаться при более низком токе, чем инженер мог бы ожидать от его характеристик при комнатной температуре.

Область между Ihold и Itrip также следует тщательно обрабатывать. Точное поведение в этой области не является просто порогом включения / выключения и может зависеть от начального сопротивления, температуры, условий монтажа и других факторов.

По этой причине инженерам не следует проектировать нормальную непрерывную работу вблизи области Itrip.

Понимание тепловой деформирующей кривой PPTC

Термодерирующая кривая PPTC обычно показывает связь между:

Температура окружающей среды или рабочая температура

Допустимое течение

Процент от номинального Ihold

Горизонтальная ось обычно представляет температуру, а вертикальная - процент номинального тока.

Типичная концептуальная кривая может выглядеть так:

Эти значения являются только иллюстративными. Фактические значения, уменьшающие значения, всегда должны быть взяты из таблицы данных конкретного производителя PPTC.

Например, одна опубликованная серия PPTC показывает снижение Ihold на 100% при 25C, уменьшающееся примерно до 85% при 40C, 76% при 50C, 67% при 60C и 47% при 85C. Это демонстрирует, почему один и тот же номинальный рейтинг PPTC не может рассматриваться как постоянный во всем диапазоне operating-temperature .

PPTC Дерейтинг Пример расчета

Рассмотрим схему со следующими требованиями:

Нормальный рабочий ток: 1,0 А

Максимальная температура окружающей среды: 60C

Требуемая операционная маржа: зависит от применения

Ссылка PPTC Ihold: указан при 25C

Предположим, только для иллюстрации, что выбранная кривая теплового деления PPTC указывает, что ее допустимый ток при 60C составляет приблизительно 67% от номинального 25C Ihold.

Требуемый номинальный Ihold может быть оценен как:

Необходимый Ihold ≥ Iload ÷ Дератирующий фактор

Поэтому:

Необходимый Ihold ≥ 1.0 A ÷ 0,67

Необходимый Ihold ≥ 1.49 A

В этом примере выбор устройства с Ihold только 1,1 A или 1,2 A при 25C не обеспечит достаточный тепловой запас при 60C.

Устройство с номинальным Ihold около 1,5 А или выше может быть отправной точкой для оценки при условии тестирования Itrip, Vmax, Imax устройства, сопротивления, времени срабатывания и фактического применения.

Важно:
Показательным является коэффициент 67% в этом примере. Инженеры должны использовать фактическую кривую понижения для конкретного номера детали Ruilin PPTC.

Температура окружающей среды не единственная температура, которую следует учитывать

Одним из наиболее важных моментов тепловой конструкции PPTC является то, что температура окружающей среды не обязательно совпадает с температурой, которую испытывает сам PPTC.

Например, система может иметь:

Температура окружающей среды = 50C

Но PPTC может быть расположен рядом с:

Мощный MOSFET

DC / DC конвертер

Силовой резистор

Аккумуляторная ячейка

Процессор

Водитель мотора

Сильноточный след PCB

Трансформатор

Локальное тепло от этих компонентов может повысить фактическую рабочую температуру PPTC.

Поэтому инженерам следует учитывать:

T _ PPTC Температура окружающей среды + местное повышение температуры

Фактическое соотношение зависит от конструкции печатной платы, воздушного потока, площади меди, конструкции корпуса, размещения компонентов и термосоединения.

Это особенно важно для компактных SMD PPTC.

Макет печатной платы может повлиять на разрушение PPTC

Два идентичных компонента PPTC могут демонстрировать разное тепловое поведение при установке на разных печатных платах.

Факторы включают:

Медный район

Большая площадь меди может улучшить распространение тепла и повлиять на тепловое равновесие PPTC.

Толщина PCB

Толщина печатной платы и структура меди влияют на тепловыделение.

Воздушный поток

Принудительный поток воздуха может изменить тепловую среду вокруг компонента.

Компонентное размещение

Размещение PPTC близко к горячему компоненту может повысить его фактическую температуру.

Приложение

Герметичный корпус может иметь значительно меньшее тепловыделение, чем испытательная среда на открытом воздухе.

Условия пайки и монтажа

Фактическая конфигурация монтажа может повлиять на тепловые характеристики по сравнению с лабораторными условиями испытаний.

По этим причинам техническое описание PPTC следует рассматривать как отправную точку для разработки, а не как замену проверки на уровне приложений.

PPTC Derating vs. Ihold Selection

Выбор PPTC не должен основываться только на Ihold.

Практический процесс отбора должен учитывать как минимум:

Рекомендуемый Eaton процесс выбора также включает в себя определение тока цепи, напряжения, тока прерывания и максимальной температуры окружающей среды с последующим термическим понижением, сравнением оценок, оценкой времени до поездки и проверкой operating-temperature .

Сколько маржи безопасности должен иметь PPTC?

Не существует универсального процента, который должен применяться к каждому дизайну PPTC.

Подходящий запас зависит от:

Нормальный допуск тока

Изменение входного напряжения

Стартап ток

Пуск тока

Температура окружающей среды

Повышение температуры PCB

Допуск компонента

Старение

Ошибка тока

Необходимый уровень защиты

Требования времени к поездке

Например, простой выбор PPTC с очень большим Ihold может уменьшить неприятность отключения, но он также может переместить точку защиты слишком далеко от нормального рабочего тока.

Таким образом, целью проектирования не является:

"Выберите максимально возможный PPTC".

Вместо этого цель заключается в следующем:

"Выберите PPTC, который остается стабильным во всех нормальных условиях эксплуатации, обеспечивая при этом надлежащую защиту в условиях аномального тока".

PPTC разрушается при высокой температуре

Особого внимания заслуживают высокотемпературные среды.

Типичные области применения:

Автомобильная электроника

Автомобильные системы могут испытывать повышенные температуры окружающей среды и значительный локальный нагрев печатных плат.

PPTC, предназначенный для лабораторной среды с температурой 25 ° C, может не обеспечивать такую же токовую способность внутри моторного отсека или другой высокотемпературной среды.

Защита аккумулятора

Аккумуляторные батареи могут испытывать изменения температуры во время зарядки, разрядки и неисправности.

PPTC должен оцениваться при фактической рабочей температуре, а не только при комнатной температуре.

Промышленное оборудование

Промышленные системы управления могут работать внутри шкафов, где температура окружающей среды значительно выше, чем в окружающей комнате.

Источники питания

Силовые преобразователи и регуляторы генерируют тепло, которое может повысить локальную температуру ПХД вокруг PPTC.

Бытовая электроника

Компактные корпуса имеют ограниченное тепловыделение, что делает важным местное повышение температуры.

PPTC разрушается при низкой температуре

Тепловое обесценивание - это не только высокотемпературная проблема.

При температурах ниже эталонной температуры PPTC может иметь более высокую токопроводящую способность, чем его номинальное значение при комнатной температуре.

Тем не менее, дизайнеры должны по-прежнему использовать указанную производителем кривую теплового деформирования.

Низкотемпературная работа также может повлиять на:

Сопротивление

Отопление поведение

Время к поездке

Сброс характеристик

Механическая и экологическая надежность

Таким образом, широкотемпературное применение должно оцениваться в полном заданном температурном диапазоне.

PPTC разрушается и время к путешествию

Термическое понижение также следует рассматривать вместе с кривой времени к срабатыванию.

PPTC не обязательно переключается мгновенно, когда ток превышает Ihold.

Время, необходимое для достижения состояния высокого сопротивления, зависит от таких факторов, как:

Сверхтекущая величина

Температура окружающей среды

Начальное сопротивление устройства

Конструкция устройства

Условия монтажа печатных плат

Тепловыделение

При более высоких температурах окружающей среды может потребоваться меньший дополнительный нагрев для достижения состояния переключения PPTC.

Поэтому:

Температура + Ток + Термальная среда Поведение поездки PPTC

Вот почему инженер должен пересмотреть как кривую теплового деления, так и кривую времени к срабатыванию во время окончательного выбора.

Распространенные ошибки PPTC

Ошибка 1: Использование 25C Ihold напрямую

Наиболее распространенной ошибкой является рассмотрение номинального Ihold как temperature-independent рейтинга.

Лучший подход:
Использовать кривую термического деления при максимальной фактической рабочей температуре.

Ошибка 2: Учитывайте только температуру окружающей среды

Корпус может иметь температуру окружающей среды 50 ° C, в то время как сам PPTC работает при более высокой температуре из-за близлежащих источников тепла.

Лучший подход:
Оценить фактическую операционную среду PPTC.

Ошибка 3: Выбор PPTC только Ihold

Более высокое значение Ihold автоматически не означает лучшей защиты.

Лучший подход:
Оцените Ihold, Itrip, Vmax, Imax, сопротивление и время в пути вместе.

Ошибка 4: Игнорирование тока запуска

Некоторые цепи имеют кратковременный пусковой ток, который значительно выше нормального рабочего тока.

Лучший подход:
Проверьте форму сигнала запуска по характеристикам времени срабатывания PPTC.

Ошибка 5: Игнорирование макета печатной платы

Один и тот же компонент может вести себя по-разному в зависимости от среды печатной платы.

Лучший подход:
Проверка выбранного PPTC на фактической печатной плате.

Практическая процедура проектирования PPTC

Ruilin Semiconductor рекомендует использовать следующий инженерный процесс при оценке защиты PPTC:

Шаг 1: Определите нормальный рабочий ток

Определите максимальный ток непрерывной нагрузки при нормальных условиях эксплуатации.

Шаг 2: Определите максимальную рабочую температуру

Рассмотрим:

Температура окружающей среды

Температура корпуса

Температура PCB

Близлежащие источники тепла

Самонагревающийся

Шаг 3: Проверьте кривую термического разрушения PPTC

Определить допустимый ток при фактической рабочей температуре.

Шаг 4: Выберите номинальное значение Ihold

Рассчитайте требуемый номинальный Ihold на основе понижающего коэффициента.

Шаг 5: Проверьте Itrip

Убедитесь, что ток поездки обеспечивает соответствующую защиту, не вызывая нежелательных неприятных поездок.

Шаг 6: Проверьте Vmax

Убедитесь, что максимальное рабочее напряжение PPTC подходит для защищенной цепи.

Шаг 7: Проверьте Imax

Убедитесь, что устройство выдерживает доступный ток сбоя.

Шаг 8: Проверьте время поездки

Сравните характеристики времени срабатывания PPTC с отказоустойчивостью защищенной схемы.

Шаг 9: Проверьте сопротивление

Оцените сопротивление в нормальном состоянии и результирующее падение напряжения и рассеивание мощности.

Шаг 10: Проверка на фактической печатной плате

Выполните тестирование при максимальной температуре приложения, максимальной нагрузке и типичных условиях неисправности.

PPTC Разрушительная формула

Упрощенный подход к термическому дератированию может быть выражен как:

Требуемый номинальный Ihold ≥ Максимальный рабочий ток ÷ Дератирующий фактор

Например:

Максимальный рабочий ток = 1,2 A

Коэффициент деления при максимальной температуре = 0,75

Затем:

Требуемый номинальный Ihold ≥ 1.2 ÷ 0,75 = 1,60 A

Затем инженер выбирал подходящий PPTC с номинальным Ihold выше расчетного требования и проверял полные спецификации технического описания.

Эта формула полезна в качестве метода первоначального скрининга, но она не должна заменять фактическую кривую теплового понижения производителя и прикладные испытания.

Руководство по снятию с производства PPTC для инженеров

При выборе сбрасываемого предохранителя PPTC можно использовать следующий контрольный список:

Требования к цепи

Максимальный нормальный ток

Минимальное и максимальное рабочее напряжение

Максимальный ток неисправности

Пуск и inrush ток

Необходимый ответ защиты

Тепловые требования

Минимальная температура окружающей среды

Максимальная температура окружающей среды

PPTC местная температура

Повышение температуры PCB

Близлежащие источники тепла

Воздушный поток и условия корпуса

Параметры PPTC

Я держу

Поездка

Вмакс

Имакс

Время к поездке

Начальное сопротивление

Диапазон рабочих температур

Тепловая деформирующая кривая

Проверка

Тест нормальной работы

Высокотемпературное испытание

низкотемпературное испытание

Стартап / тест inrush

Тест по сверхтоку

Тест на неисправность

Сбросить тест

Повторное испытание трип-цикла

PPTC Derating vs. Традиционный выбор предохранителя

Обычный предохранитель и сбрасываемый предохранитель PPTC обеспечивают защиту от перегрузки по току, но их тепловое поведение и механизмы сброса отличаются.

Традиционный предохранитель обычно открывает цепь, когда ее плавкий элемент плавится. Вместо этого PPTC резко увеличивает свое сопротивление по мере нагревания и перехода в состояние высокого сопротивления.

Этот тепловой принцип работы делает температуру особенно важным фактором при выборе PPTC.

Для PPTC:

Ток генерирует тепло Повышается температура Увеличивается сопротивление Ток ограничен

Следовательно, окружающая тепловая среда является неотъемлемой частью конструкции защиты.

Часто задаваемые вопросы(FAQs)

Что подрывает PPTC?

PPTC derating - это снижение допустимого постоянного тока при изменении рабочей температуры, особенно при повышении температуры. Инженеры используют кривую теплового деления производителя для определения соответствующей способности тока при фактической рабочей температуре.

Почему PPTC Ihold уменьшается с температурой?

PPTC - термочувствительное полимерное устройство. По мере увеличения его температуры требуется меньше дополнительного нагрева для достижения состояния переключения с высоким сопротивлением. Поэтому допустимый постоянный ток обычно уменьшается при более высоких температурах.

Меняется ли PPTC Ihold в зависимости от температуры?

Да. Значение Ihold определено при определенных условиях испытаний и не является temperature-independent значением. Фактический допустимый ток должен быть определен на основе кривой термического деления PPTC.

Могу ли я использовать значение Ihold 25C для приложения 70C?

Не без проверки кривой термического выпадения. 25C Ihold не следует автоматически рассматривать как допустимый постоянный ток при 70C.

В чем разница между PPTC derating и PPTC Ihold?

Ihold - это указанный рейтинг удерживаемого тока при определенных условиях. Дератирование описывает, как полезная возможность тока изменяется в зависимости от температуры.

Меняется ли PPTC Itrip в зависимости от температуры?

Да. Поведение отключения PPTC зависит от температуры. Более высокая температура может привести к тому, что устройство войдет в состояние высокого сопротивления при более низком токе, чем при более холодных условиях.

Как рассчитать необходимый PPTC Ihold?

Упрощенный расчет это:

Необходимый Ihold ≥ Максимальный рабочий ток ÷ Термический дерирующий фактор

Окончательный выбор компонента должен быть проверен по Itrip, Vmax, Imax, сопротивлению, времени срабатывания и спецификации производителя.

Влияет ли раскладка печатных плат на снижение PPTC?

Да. Медная зона PCB, тепловое распространение, воздушный поток, размещение компонентов и близлежащие источники тепла могут влиять на фактическую температуру PPTC и, следовательно, на его токопроводящую способность.

Должен ли я выбрать более высокий Ihold, чтобы избежать неприятных спотыканий?

Более высокий Ihold может обеспечить дополнительную операционную маржу, но выбор излишне высокого рейтинга может снизить эффективность защиты от перегрузки по току. Правильный выбор должен сбалансировать нормальный рабочий ток, температуру, Itrip, ток неисправности и время до срабатывания.

Важен ли PPTC для автомобильных приложений?

Да. Автомобильная электроника может работать в широких диапазонах температур и значительных местных источниках тепла. Поэтому при выборе автомобильных PPTC следует учитывать фактическую рабочую температуру и соответствующие тепловые характеристики. Высокотемпературные серии PPTC доступны для приложений, требующих расширенных температурных возможностей; например, некоторые коммерческие автомобильные семейства PPTC рассчитаны на работу до + 125C.

Какую информацию я должен предоставить производителю PPTC для выбора?

Для получения технической рекомендации предоставьте:

Нормальный рабочий ток

Максимальный рабочий ток

Рабочее напряжение

Максимальная температура окружающей среды

Минимальная температура окружающей среды

Стартап / инраш ток

Доступный ток неисправности

Информация о монтаже печатных плат

Тип приложения

Необходимое защитное поведение

Эта информация позволяет производителю более точно оценить PPTC, чем использовать только номинальный ток.

О компании Ruilin Semiconductor

Ruilin полупроводниковых (Шэньчжэнь) Co., Ltd.является производителем, ориентированным на исследования, разработку, производство и поставку предохранителей и полимерных устройств защиты от положительных температурных коэффициентов PPTC.

Ruilin Semiconductor предоставляет решения PPTC для защиты электронных цепей от перегрузки по току, с опциями продукта, охватывающими различные размеры пакетов, рейтинги тока, рейтинги напряжения и требования к применению.

Портфель продуктов PPTC компании включает решения для таких приложений, как:

Бытовая электроника

Защита аккумулятора

Интерфейсы USB и USB Type-C

Автомобильная электроника

Промышленное оборудование

Блоки питания

Телекоммуникации

Умные устройства

Электронные системы управления

Как производитель PPTC, Ruilin Semiconductor фокусируется не только на спецификациях компонентов, но и на практических требованиях к применению, таких как Ihold, Itrip, термическое снижение, сопротивление, время к срабатыванию и рабочая температура.

Для высокотемпературных или temperature-variable приложений Ruilin Semiconductor может помочь инженерам оценить выбор PPTC на основе фактического тока, напряжения, температуры и требований защиты цепи.

При выборе предохранителя PPTC инженеры должны всегда обращаться к применимому техническому описанию Ruilin Semiconductor и кривой теплового понижения для конкретного номера детали, а не применять общий понижающий коэффициент для разных серий PPTC.

Заключение

Сброс PPTC является неотъемлемой частью надежного выбора предохранителей.

Наиболее важным принципом является:Не выбирайте PPTC, основываясь только на номинальном рейтинге Ihold 25C.

Вместо этого оцените:Максимальный рабочий ток + фактическая температура PPTC + тепловое дератирование + Itrip + Vmax + Imax + время срабатывания + сопротивление

Хорошо спроектированная схема защиты PPTC должна оставаться стабильной в течение всего нормального рабочего диапазона, обеспечивая при этом эффективную защиту в условиях аномального тока.

Для инженеров, разрабатывающих продукты для высокотемпературных, автомобильных, аккумуляторных, промышленных или компактных электронных приложений, PPTC производителя
 Кривую теплового выпадения следует рассматривать как неотъемлемую часть процесса выбора компонентов.

Ruilin Semiconductor может предоставить решения для сброса предохранителей PPTC на основе конкретных требований приложения, включая рабочий ток, напряжение, диапазон температур, размер упаковки и характеристики защиты.

Для поддержки выбора PPTC свяжитесь с Ruilin Semiconductor с условиями работы вашей схемы и требованиями к применению.