TDK-EPC掌控所有熱點(diǎn)的SMD-PTC解決方案

中心議題：

• 溫度管理的解決方案介紹

解決方案：

• TDK-EPC新系列PTC熱敏電阻用于各種響應(yīng)溫度

TDK-EPC現(xiàn)已成功研發(fā)新系列PTC熱敏電阻，特別適用于IT設(shè)備的溫度管理，該超級(jí)系列可用于各種響應(yīng)溫度。

通過(guò)愛(ài)普科斯基于PTC打造的新系列SMD極限溫度傳感器，TDK-EPC擴(kuò)展了其產(chǎn)品范圍。該超級(jí)系列外殼尺寸有0805、0603和0402，溫度范圍介于70 ~145℃之間。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)系列，新元件采用了更為均質(zhì)的陶瓷材料，在提高穩(wěn)定性的同時(shí)，還允許高達(dá)280℃的回流焊接和波峰焊接加工。憑借上述性能，超級(jí)系列PTC產(chǎn)品已通過(guò)AEC-Q200 Rev-C標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證，可滿足汽車電子應(yīng)用的苛刻要求。

PTC熱敏電阻具有非線性特性：在低溫例如環(huán)境溫度條件下，其電阻較低。隨著溫度的升高，其電阻基于所用陶瓷材料將會(huì)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，典型值小于1 kΩ。然而，隨著溫度的上升，其電阻開(kāi)始升高。當(dāng)達(dá)到指定極限溫度Tsense時(shí)，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(dá)到47 kΩ（隨溫升呈指數(shù)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(dāng)時(shí)機(jī)檢測(cè)敏感電子元件的臨界溫度。為此，溫度傳感器應(yīng)盡量靠近需保護(hù)的元件進(jìn)行安裝，從而確保良好的熱接觸和快速響應(yīng)時(shí)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(chǎn)生溫度相關(guān)輸出電壓Vout，該電壓可根據(jù)PTC傳感器特性突然改變并直接控制某元件，如開(kāi)關(guān)晶體管或比較器，從而觸發(fā)相關(guān)功能，以免過(guò)熱和發(fā)生損壞。如此一來(lái)，即可輕松打開(kāi)風(fēng)扇或關(guān)閉負(fù)載元件和系統(tǒng)元件，所需成本極低。



所有熱點(diǎn) 盡在掌控
在IT設(shè)備（比如筆記本電腦）中，由于對(duì)流冷卻作用不足，必須對(duì)一些系統(tǒng)元件實(shí)施溫度監(jiān)測(cè)。整個(gè)板面為此分布了多個(gè)局部DC/DC轉(zhuǎn)換器（即負(fù)載點(diǎn)，POL）以生成接近負(fù)載的所需電壓，而非如常使用中心電源通過(guò)總線系統(tǒng)提供一個(gè)或多個(gè)電源電壓。

盡管當(dāng)前POL具有較高效率，但仍會(huì)產(chǎn)生熱耗，為避免局部過(guò)熱，常需監(jiān)測(cè)POL溫度，同樣也需對(duì)處理器、圖像卡芯片組、充電電池、光/磁碟機(jī)以及RAM和其它系統(tǒng)單元進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。圖3所示為某筆記本電腦典型配置以及需監(jiān)測(cè)的熱點(diǎn)。

除了配置簡(jiǎn)單可靠，該電路還有另一顯著優(yōu)勢(shì)：由于超級(jí)系列PTC傳感器在75 ~ 145℃范圍均有極限溫度差別是10 K的型號(hào)，因此可針對(duì)性地使用不同參考溫度監(jiān)測(cè)各熱點(diǎn)。表1所述為超級(jí)系列產(chǎn)品主要數(shù)據(jù)。




只要上一圖示中的7個(gè)PTC傳感器全部低于極限溫度，則所有系列相關(guān)傳感器的總電阻將低于10 kΩ。即使僅有一個(gè)系列相關(guān)傳感器超出極限溫度，電阻排的電阻值也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出10 kΩ。由于這個(gè)原因，也可以用分壓器來(lái)檢測(cè)超溫現(xiàn)象（見(jiàn)圖4）。

該電路也可用于其它系統(tǒng)，如電源、UPS、變頻器、服務(wù)器、亮度調(diào)節(jié)器以及汽車電子系統(tǒng)。通常，因熱耗導(dǎo)致過(guò)溫出現(xiàn)而產(chǎn)生熱點(diǎn)的是功率半導(dǎo)體，比如MOSFET或IGBT，但也可能是電感器、變壓器、電容器和電機(jī)。

優(yōu)異的材料屬性
超級(jí)系列所用陶瓷均質(zhì)性特別好。圖5所示為愛(ài)普科斯0603芯片傳感器與業(yè)內(nèi)兩款同類產(chǎn)品的切面圖象，從中可發(fā)現(xiàn)明顯差異?？梢钥闯?，TDK-EPC新款產(chǎn)品均質(zhì)性明顯較高。陶瓷抗壓強(qiáng)度與其均質(zhì)性關(guān)系密切。圖6中測(cè)試結(jié)果確認(rèn)了這一關(guān)系：業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品的平均抗壓強(qiáng)度約為115 N/mm2，而超級(jí)系列所有材料試件的可承受壓縮負(fù)載均大于150 N/mm2。



均勻性和抗壓強(qiáng)度是元件性能和可靠性的主要參數(shù)。通過(guò)比較PTC芯片在波峰焊池中的表現(xiàn)即可發(fā)現(xiàn)，超級(jí)系列產(chǎn)品具有優(yōu)異性能。借助其超高均勻性，可在峰值溫度高達(dá)280 ℃時(shí)處理超級(jí)系列。然而，由于業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品陶瓷物質(zhì)均質(zhì)性較低，溫度沖擊將會(huì)導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，一旦裂紋產(chǎn)生，產(chǎn)品將無(wú)法繼續(xù)使用。在一些情況下，業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品的波峰可焊性僅支持250 ℃的峰值溫度，或者根本無(wú)法進(jìn)行波峰焊。

圖6所示為超級(jí)系列產(chǎn)品和業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品在各種可靠性測(cè)試下的比較結(jié)果。具體測(cè)試項(xiàng)目主要針對(duì)使用壽命、熱沖擊和濕度。結(jié)果表明超級(jí)系列具有顯著優(yōu)勢(shì)。