國流保護.
提供電路保護和降低成本的聚合物PTC組件

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

2003年4上半月

正溫度系數電路保護組件是用以防止過電流及超溫故障.像傳統保險絲一樣,PPTC組件能限制故障期間具有危險性的高電流.不同的是,PPTC會在故障狀態解除之后,并且該電路電源移除之后,自動重新設定, PPTC組件典型的應用包括計算機外設、二次充電電池、電源供應器、汽車電子及電信設備等.

PPTC動作原理
PTC效應
要描述PTC材料的電阻特性,簡而言之就是當溫度上升時,該材料增加電阻值.所有具有類似金屬特性的導體,都有正溫度系數的電阻值.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.
非線性PTC效應
材料經過一個階段的變化可能會產生阻抗,該阻抗超過一窄小的溫度范圍就會劇烈地增加,如圖1所示.某些類型的傳導性聚合物會產生此種效應.這些傳導性聚合物做為過電流保護組件很有用,通常稱為聚合物式PTC(PPTC)過電流限制器,電路保護組件或自復式保險絲.

圖1 PPTC組件操作曲線例子
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圖2 對單獨端口保護的低主動過電流腳位故障報告
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PPTC卷帶式組件保護蜂巢式手機電池組避免受到過溫度及過電流損害.



PPTC組件的應用
在電路中,PPTC組件常被用來作為串聯組件,專為各種不同的工作電流而設計,且每個組件由“額定”電流所規范,額定電流為組件的最小電流,能在20℃下,無需動作觸發即能通過.它們的封裝型式有插腳、滾動條、芯片、盤片型及表面貼裝等組態,且符合UL60950安全規范.
USB的保護
USB技術使具有自行辨識功能的外圍能主動地與PC連接.保護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規格1.1和2.0要求對于主集線器及自帶電集線器有單獨或成組的保護電路作為過電流保護.采用PPTC組件作為單獨端口,可以保證對下游電力連接提供一套有效的設計.當一端口有故障發生,則該端口的PPTC組件產生連續動作(trips)時,附近的端口皆保持功能.
圖2顯示實現單獨端口保護及過電流報告邏輯的基本電路.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會降至1V以下.
鐵芯(ferrite bead)與Vcc輸出腳串聯通常是為了降低對USB纜線的EMI幅射.鐵珠上的串聯電阻值及其RF阻抗是關鍵所在.電路上的鐵珠配置是實現低串聯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,是下游端口取得優異特性較佳的電路.
電池組保護
在量產的可攜式應用中,二次鋰離子為主的化學品使用在電話及筆記本電腦上已經遠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品,也已經增強其在電池電路保護設計上的復雜度.
工業上對于單顆鋰電池及圓柱型鋰離子電池的過電流保護情況是采用PPTC組件,形狀像圓盤狀地組裝在每個電池蓋里面.這些做法運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方式.不過在鋰離子電池組上的保護方式不止于此,還包括可用主動式安全電路(IC及MOSFET’s).在故障期間,電壓會明顯地比正常操作下升高許多,二者應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,需要對電池組加以保護以免溫度竄升過高,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品在充電期間對于過溫會產生敏感度增加的反應,新型低溫PPTC專門開發出來能在溫度過度竄升的情況下,截斷電池的充電電流.(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,與電池串聯安裝在電池組內的PPTC條帶式組件,能提供過電流與過溫的雙重保護,從而省卻加裝熱保險絲或雙金屬斷路器.

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

一般這樣
一般過流因速度快,在mosfet等功率器件損壞時,保險絲,ptc等不會保護.所以應在電路中進行電流監測保護.加ntc小電阻是防止啟動電流過大的,發熱試可采用溫度保險絲,總之,電路保護最快,ptc保險絲次之,溫度保險絲最慢,沒有在討論的必要.

引文不錯,還有更詳細的嗎
song,非常謝謝你.你引見的這篇文章很好,讓我進一不了解了PTC的應用,不過,你能再進一不談談PPTC在電源上的應用嗎?現在電源企業都在極力降低成本,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呢?
因為電路監測保護也有失敗的時候,這時適當把PTC作為第二保護不就可以起作用了嗎?當然我沒試過,不知你有沒有試過?

PTC的使用
根據我的了解.目前大多數的鋰電池中加入了PTC作為
保護,如圓柱鋰電池,筆記本電池中的輸出保護板,手機電池等.一般認為在PTC發生作用時,基本上電池已經廢了,加入它的作用一般認為是防止爆炸等事件發生.
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,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!

可以的
防止繼續損壞