TDK-EPC掌控所有熱點的SMD-PTC解決方案

中心議題：

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/187461.htm

解決方案：

TDK-EPC現已成功研發新系列PTC熱敏電阻，特別適用於IT設備的溫度管理，該超級系列可用於各種響應溫度。

通過愛普科斯基於PTC打造的新系列SMD極限溫度傳感器，TDK-EPC擴展了其產品範圍。該超級系列外殼尺寸有0805、0603和0402，溫度範圍介於70 ~145℃之間。相對於標準系列，新元件採用了更為均質的陶瓷材料，在提高穩定性的同時，還允許高達280℃的回流焊接和波峰焊接加工。憑藉上述性能，超級系列PTC產品已通過AEC-Q200 Rev-C標準驗證，可滿足汽車電子應用的苛刻要求。

PTC熱敏電阻具有非線性特性：在低溫例如環境溫度條件下，其電阻較低。隨著溫度的升高，其電阻基於所用陶瓷材料將會突升。這一閾值又稱作參考溫度或極限溫度。圖1所示為PTC熱敏電阻典型特性。



在常溫下，PTC傳感器電阻較低，典型值小於1 kΩ。然而，隨著溫度的上升，其電阻開始升高。當達到指定極限溫度Tsense時，電阻值為4.7 kΩ（精確度：±5℃）。如果溫度再上升15 K，PTC電阻將提高10倍，達到47 kΩ（隨溫升呈指數式躍升）。電阻突升使PTC熱敏電阻成為極限溫度傳感器的理想選擇，允許其在適當時機檢測敏感電子元件的臨界溫度。為此，溫度傳感器應儘量靠近需保護的元件進行安裝，從而確保良好的熱接觸和快速響應時間。

如圖2所示，PTC傳感器與固定電阻器一同接入分壓電路中，從而產生溫度相關輸出電壓Vout，該電壓可根據PTC傳感器特性突然改變並直接控制某元件，如開關電晶體或比較器，從而觸發相關功能，以免過熱和發生損壞。如此一來，即可輕鬆打開風扇或關閉負載元件和系統元件，所需成本極低。



所有熱點 盡在掌控
在IT設備（比如筆記本電腦）中，由於對流冷卻作用不足，必須對一些系統元件實施溫度監測。整個板面為此分布了多個局部DC/DC轉換器（即負載點，POL）以生成接近負載的所需電壓，而非如常使用中心電源通過總線系統提供一個或多個電源電壓。

儘管當前POL具有較高效率，但仍會產生熱耗，為避免局部過熱，常需監測POL溫度，同樣也需對處理器、圖像卡晶片組、充電電池、光/磁碟機以及RAM和其它系統單元進行溫度監測。圖3所示為某筆記本電腦典型配置以及需監測的熱點。

PTC傳感器電阻隨溫度而發生的陡峭而迅速的變化允許單一簡易電路監測多個熱點。舉例來說，如果需要同時監測電路板上或設備中的7個不同熱點，可以選擇圖 4所示電路，在每個待測熱點處放置一個PTC。憑藉其陡峭特性，所有PTC可實行串聯，仍能確保對每一處熱點進行可靠監測。

除了配置簡單可靠，該電路還有另一顯著優勢：由於超級系列PTC傳感器在75 ~ 145℃範圍均有極限溫度差別是10 K的型號，因此可針對性地使用不同參考溫度監測各熱點。表1所述為超級系列產品主要數據。




只要上一圖示中的7個PTC傳感器全部低於極限溫度，則所有系列相關傳感器的總電阻將低於10 kΩ。即使僅有一個系列相關傳感器超出極限溫度，電阻排的電阻值也將遠遠高出10 kΩ。由於這個原因，也可以用分壓器來檢測超溫現象（見圖4）。

該電路也可用於其它系統，如電源、UPS、變頻器、伺服器、亮度調節器以及汽車電子系統。通常，因熱耗導致過溫出現而產生熱點的是功率半導體，比如MOSFET或IGBT，但也可能是電感器、變壓器、電容器和電機。

優異的材料屬性
超級系列所用陶瓷均質性特別好。圖5所示為愛普科斯0603晶片傳感器與業內兩款同類產品的切面圖象，從中可發現明顯差異。可以看出，TDK-EPC新款產品均質性明顯較高。陶瓷抗壓強度與其均質性關係密切。圖6中測試結果確認了這一關係：業內同類產品的平均抗壓強度約為115 N/mm2，而超級系列所有材料試件的可承受壓縮負載均大於150 N/mm2。



均勻性和抗壓強度是元件性能和可靠性的主要參數。通過比較PTC晶片在波峰焊池中的表現即可發現，超級系列產品具有優異性能。藉助其超高均勻性，可在峰值溫度高達280 ℃時處理超級系列。然而，由於業內同類產品陶瓷物質均質性較低，溫度衝擊將會導致裂紋的產生，一旦裂紋產生，產品將無法繼續使用。在一些情況下，業內同類產品的波峰可焊性僅支持250 ℃的峰值溫度，或者根本無法進行波峰焊。

圖6所示為超級系列產品和業內同類產品在各種可靠性測試下的比較結果。具體測試項目主要針對使用壽命、熱衝擊和溼度。結果表明超級系列具有顯著優勢。

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