USB3.0過電流保護(hù)PPTC組件應(yīng)用解決方案

隨著高新技術(shù)的不斷提升，外圍設(shè)備也在不斷更新?lián)Q代，在USB應(yīng)用方面，USB3.0除了提升速度外，同時(shí)對電力的供應(yīng)也有所提高。針對業(yè)界常用的過電流保護(hù)組件高分子正溫度系數(shù)熱敏電阻(PPTC)做介紹，并于在USB 3.0的應(yīng)用下比較與低電壓半導(dǎo)體開關(guān)的差別。

此外，我們將對USB 3.0與USB 2.0的差異，提出USB 3.0過電流保護(hù) PPTC 組件應(yīng)用建議，并以新一代薄型低電阻表面粘著PPTC組件為例說明新的導(dǎo)體材料開發(fā)進(jìn)程，透過運(yùn)用新材料，可為當(dāng)前的超薄型電子產(chǎn)品提供良好過電流保護(hù)。

由于電子產(chǎn)品對速度、功率的要求不斷提高，自去年11月USB 3.0規(guī)格底定后，除了速度提升至5Gbps外，對電力供應(yīng)的要求也從500mA提高到900mA。不管是在系統(tǒng)端或是組件端，新的速度和功率都帶來了全新挑戰(zhàn)新規(guī)格涵蓋了新的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、電源管理架構(gòu)，到確保資料成功地在主機(jī)及裝置間傳輸。不過，在這些USB 3.0的升級中，唯一沒有改變的，就是對于安規(guī)的要求。系統(tǒng)工程師現(xiàn)在需要分配足夠的電力到這些連接埠，并謹(jǐn)慎地整合‘過電流保護(hù)’功能。

目前I/O連接埠的設(shè)計(jì)通常有整合電源線，直接供電到外圍設(shè)備，或提供電力讀取裝置端中EEPROM的資料。為了防止在未連接的狀態(tài)下發(fā)生短路，或連接上裝置后發(fā)生的異常狀況造成過電流，這些電源接腳都需要做好保護(hù)的功能。PPTC是非常適合提供此種保護(hù)的組件之一，而且也成為了電子設(shè)計(jì)中的主流，符合各種規(guī)范需求或安規(guī)要求，如UL 60950。

用于過電流保護(hù)的PPTC

PPTC是一種非線性、根據(jù)溫度而變化的電阻。一般情況下，PPTC組件擁有極高的導(dǎo)電度，所以電路可以正常運(yùn)作。但是當(dāng)過電流狀況發(fā)生的時(shí)候，此高電流會(huì)在PPTC組件上產(chǎn)生足夠的能量(焦耳熱效應(yīng))以超過其轉(zhuǎn)移溫度，造成104到106倍的電阻值彈跳。因此可排除過電流狀況，達(dá)到保護(hù)電路及組件的目標(biāo)。

在USB 3.0的規(guī)范中，明確要求使用限電流組件作為電源端之保護(hù)，而PPTC組件及低電壓半導(dǎo)體開關(guān)常被用來做此限電流的解決方式。大部分的時(shí)候，基于多種考量，工程師比較偏好使用PPTC組件來防止電路受到損害。因?yàn)榭芍涞碾娏髁吭赨SB 3.0中提高了，限電流的組件需要通過更多電流，但卻同時(shí)要保持一定的壓降。表1為在USB 3.0應(yīng)用中，PPTC組件與低壓半導(dǎo)體組件的比較，在價(jià)格、阻值、最大故障電流能量及靜電敏感度等方面均更具優(yōu)勢。