國流保護(hù).
提供電路保護(hù)和降低成本的聚合物PTC組件

2003-05-07 16:56:26    
泰科電子/瑞侃電路保護(hù)部門 行銷總監(jiān) Frank Owen

2003年4上半月

正溫度系數(shù)電路保護(hù)組件是用以防止過電流及超溫故障.像傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲一樣,PPTC組件能限制故障期間具有危險(xiǎn)性的高電流.不同的是,PPTC會(huì)在故障狀態(tài)解除之后,并且該電路電源移除之后,自動(dòng)重新設(shè)定, PPTC組件典型的應(yīng)用包括計(jì)算機(jī)外設(shè)、二次充電電池、電源供應(yīng)器、汽車電子及電信設(shè)備等.

PPTC動(dòng)作原理
PTC效應(yīng)
要描述PTC材料的電阻特性,簡而言之就是當(dāng)溫度上升時(shí),該材料增加電阻值.所有具有類似金屬特性的導(dǎo)體,都有正溫度系數(shù)的電阻值.在這些材料中,PTC的效益是以電阻值隨溫度呈線性逐漸增加來描述其特性.這便是常見或是線性的PTC效應(yīng).
非線性PTC效應(yīng)
材料經(jīng)過一個(gè)階段的變化可能會(huì)產(chǎn)生阻抗,該阻抗超過一窄小的溫度范圍就會(huì)劇烈地增加,如圖1所示.某些類型的傳導(dǎo)性聚合物會(huì)產(chǎn)生此種效應(yīng).這些傳導(dǎo)性聚合物做為過電流保護(hù)組件很有用,通常稱為聚合物式PTC(PPTC)過電流限制器,電路保護(hù)組件或自復(fù)式保險(xiǎn)絲.

圖1 PPTC組件操作曲線例子
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圖2 對(duì)單獨(dú)端口保護(hù)的低主動(dòng)過電流腳位故障報(bào)告
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖，點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL，滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/0/1065844878.bmp');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

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PPTC卷帶式組件保護(hù)蜂巢式手機(jī)電池組避免受到過溫度及過電流損害.



PPTC組件的應(yīng)用
在電路中,PPTC組件常被用來作為串聯(lián)組件,專為各種不同的工作電流而設(shè)計(jì),且每個(gè)組件由“額定”電流所規(guī)范,額定電流為組件的最小電流,能在20℃下,無需動(dòng)作觸發(fā)即能通過.它們的封裝型式有插腳、滾動(dòng)條、芯片、盤片型及表面貼裝等組態(tài),且符合UL60950安全規(guī)范.
USB的保護(hù)
USB技術(shù)使具有自行辨識(shí)功能的外圍能主動(dòng)地與PC連接.保護(hù)USB集線器和主組件,避免因短路或受損的下游組件而遭受損害,一般靠PPTC組件.
USB規(guī)格1.1和2.0要求對(duì)于主集線器及自帶電集線器有單獨(dú)或成組的保護(hù)電路作為過電流保護(hù).采用PPTC組件作為單獨(dú)端口,可以保證對(duì)下游電力連接提供一套有效的設(shè)計(jì).當(dāng)一端口有故障發(fā)生,則該端口的PPTC組件產(chǎn)生連續(xù)動(dòng)作(trips)時(shí),附近的端口皆保持功能.
圖2顯示實(shí)現(xiàn)單獨(dú)端口保護(hù)及過電流報(bào)告邏輯的基本電路.在正常情況下,PPTC組件的下游電壓(VA)約為5V.在故障事件中, VA會(huì)降至1V以下.
鐵芯(ferrite bead)與Vcc輸出腳串聯(lián)通常是為了降低對(duì)USB纜線的EMI幅射.鐵珠上的串聯(lián)電阻值及其RF阻抗是關(guān)鍵所在.電路上的鐵珠配置是實(shí)現(xiàn)低串聯(lián)直流電阻值的首要選擇.電容輸出電路,其輸出電容接在鐵芯之后,是下游端口取得優(yōu)異特性較佳的電路.
電池組保護(hù)
在量產(chǎn)的可攜式應(yīng)用中,二次鋰離子為主的化學(xué)品使用在電話及筆記本電腦上已經(jīng)遠(yuǎn)較過去幾年大幅增加.具有更高能量密度與充電率能力的電池化學(xué)品,也已經(jīng)增強(qiáng)其在電池電路保護(hù)設(shè)計(jì)上的復(fù)雜度.
工業(yè)上對(duì)于單顆鋰電池及圓柱型鋰離子電池的過電流保護(hù)情況是采用PPTC組件,形狀像圓盤狀地組裝在每個(gè)電池蓋里面.這些做法運(yùn)用在其它安全裝置上,如分離器及壓力排氣孔.
防止電池組(鎳鎘,鎳錳,或鋰離子)過電流及過度充電損害的保護(hù)方法一般包括雙金屬電路斷路器或PPTC組件.在鎳錳電池組上以上方式可能是唯一的保護(hù)方式.不過在鋰離子電池組上的保護(hù)方式不止于此,還包括可用主動(dòng)式安全電路(IC及MOSFET’s).在故障期間,電壓會(huì)明顯地比正常操作下升高許多,二者應(yīng)用的電流視短路電阻值多寡而大上好幾十安培.在過度充電情況下,需要對(duì)電池組加以保護(hù)以免溫度竄升過高,超過耐熱度約100℃的鎳鎘電池組,或約80~90℃耐熱度的鎳錳或鋰離子電池組.
相形于鎳錳及鋰離子等較高能量密度化學(xué)品在充電期間對(duì)于過溫會(huì)產(chǎn)生敏感度增加的反應(yīng),新型低溫PPTC專門開發(fā)出來能在溫度過度竄升的情況下,截?cái)嚯姵氐某潆婋娏?(見圖3)不論溫度的升高是由于外部短路或者是過度充電所致,與電池串聯(lián)安裝在電池組內(nèi)的PPTC條帶式組件,能提供過電流與過溫的雙重保護(hù),從而省卻加裝熱保險(xiǎn)絲或雙金屬斷路器.

趨勢:更小的自復(fù)式保險(xiǎn)絲
人們正發(fā)展新一代PPTC組件,例如泰科電子/瑞侃電路保護(hù)部的產(chǎn)品,體積比其它現(xiàn)有市場上的聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)保險(xiǎn)絲小40%.它們包含四種組件,采用二種基本封裝型態(tài),nanoSMD組件使移動(dòng)電話及其它無線設(shè)備得到保護(hù)高達(dá)6V的電路,過電流突波高達(dá)40A,工作電流達(dá)1.5V.結(jié)合電路板上電阻值低至80mW(一般), nanoSMD自復(fù)式保險(xiǎn)絲也適用于筆記本電腦、顯示器、主機(jī)板及USB集線器與外圍.通信信號(hào)線、電池充電控制模塊及工業(yè)控制也都是此種組件適合的應(yīng)用領(lǐng)

一般這樣
一般過流因速度快,在mosfet等功率器件損壞時(shí),保險(xiǎn)絲,ptc等不會(huì)保護(hù).所以應(yīng)在電路中進(jìn)行電流監(jiān)測保護(hù).加ntc小電阻是防止啟動(dòng)電流過大的,發(fā)熱試可采用溫度保險(xiǎn)絲,總之,電路保護(hù)最快,ptc保險(xiǎn)絲次之,溫度保險(xiǎn)絲最慢,沒有在討論的必要.

引文不錯(cuò),還有更詳細(xì)的嗎
song,非常謝謝你.你引見的這篇文章很好,讓我進(jìn)一不了解了PTC的應(yīng)用,不過,你能再進(jìn)一不談?wù)凱PTC在電源上的應(yīng)用嗎?現(xiàn)在電源企業(yè)都在極力降低成本,你看哪幾類電源是比較適合用PPTC的呢?

PTC可不可以作第二保護(hù)呢?
因?yàn)殡娐繁O(jiān)測保護(hù)也有失敗的時(shí)候,這時(shí)適當(dāng)把PTC作為第二保護(hù)不就可以起作用了嗎?當(dāng)然我沒試過,不知你有沒有試過?

PTC的使用
根據(jù)我的了解.目前大多數(shù)的鋰電池中加入了PTC作為
保護(hù),如圓柱鋰電池,筆記本電池中的輸出保護(hù)板,手機(jī)電池等.一般認(rèn)為在PTC發(fā)生作用時(shí),基本上電池已經(jīng)廢了,加入它的作用一般認(rèn)為是防止爆炸等事件發(fā)生.
在高檔充電器,通信模塊中用的也比較多,目前深圳做這個(gè)東西的廠家較多,多和他們交流可以了解更多的情況.

3843的限流
屬于IC保護(hù),通過比較器來控制6腳輸出,從而控制MOS管的通斷,來起到過流保護(hù)!

可以的
防止繼續(xù)損壞