TDK-EPC掌控所有热点的SMD-PTC解决方案

中心议题：

• 温度管理的解决方案介绍

解决方案：

• TDK-EPC新系列PTC热敏电阻用于各种响应温度

TDK-EPC现已成功研发新系列PTC热敏电阻，特别适用于IT设备的温度管理，该超级系列可用于各种响应温度。

通过爱普科斯基于PTC打造的新系列SMD极限温度传感器，TDK-EPC扩展了其产品范围。该超级系列外壳尺寸有0805、0603和0402，温度范围介于70 ~145℃之间。相对于标准系列，新元件采用了更为均质的陶瓷材料，在提高稳定性的同时，还允许高达280℃的回流焊接和波峰焊接加工。凭借上述性能，超级系列PTC产品已通过AEC-Q200 Rev-C标准验证，可满足汽车电子应用的苛刻要求。

PTC热敏电阻具有非线性特性：在低温例如环境温度条件下，其电阻较低。随着温度的升高，其电阻基于所用陶瓷材料将会突升。这一阈值又称作参考温度或极限温度。图1所示为PTC热敏电阻典型特性。



在常温下，PTC传感器电阻较低，典型值小于1 kΩ。然而，随着温度的上升，其电阻开始升高。当达到指定极限温度Tsense时，电阻值为4.7 kΩ（精确度：±5℃）。如果温度再上升15 K，PTC电阻将提高10倍，达到47 kΩ（随温升呈指数式跃升）。电阻突升使PTC热敏电阻成为极限温度传感器的理想选择，允许其在适当时机检测敏感电子元件的临界温度。为此，温度传感器应尽量靠近需保护的元件进行安装，从而确保良好的热接触和快速响应时间。

如图2所示，PTC传感器与固定电阻器一同接入分压电路中，从而产生温度相关输出电压Vout，该电压可根据PTC传感器特性突然改变并直接控制某元件，如开关晶体管或比较器，从而触发相关功能，以免过热和发生损坏。如此一来，即可轻松打开风扇或关闭负载元件和系统元件，所需成本极低。



所有热点 尽在掌控
在IT设备（比如笔记本电脑）中，由于对流冷却作用不足，必须对一些系统元件实施温度监测。整个板面为此分布了多个局部DC/DC转换器（即负载点，POL）以生成接近负载的所需电压，而非如常使用中心电源通过总线系统提供一个或多个电源电压。

尽管当前POL具有较高效率，但仍会产生热耗，为避免局部过热，常需监测POL温度，同样也需对处理器、图像卡芯片组、充电电池、光/磁碟机以及RAM和其它系统单元进行温度监测。图3所示为某笔记本电脑典型配置以及需监测的热点。

PTC传感器电阻随温度而发生的陡峭而迅速的变化允许单一简易电路监测多个热点。举例来说，如果需要同时监测电路板上或设备中的7个不同热点，可以选择图 4所示电路，在每个待测热点处放置一个PTC。凭借其陡峭特性，所有PTC可实行串联，仍能确保对每一处热点进行可靠监测。

除了配置简单可靠，该电路还有另一显著优势：由于超级系列PTC传感器在75 ~ 145℃范围均有极限温度差别是10 K的型号，因此可针对性地使用不同参考温度监测各热点。表1所述为超级系列产品主要数据。




只要上一图示中的7个PTC传感器全部低于极限温度，则所有系列相关传感器的总电阻将低于10 kΩ。即使仅有一个系列相关传感器超出极限温度，电阻排的电阻值也将远远高出10 kΩ。由于这个原因，也可以用分压器来检测超温现象（见图4）。

该电路也可用于其它系统，如电源、UPS、变频器、服务器、亮度调节器以及汽车电子系统。通常，因热耗导致过温出现而产生热点的是功率半导体，比如MOSFET或IGBT，但也可能是电感器、变压器、电容器和电机。

优异的材料属性
超级系列所用陶瓷均质性特别好。图5所示为爱普科斯0603芯片传感器与业内两款同类产品的切面图象，从中可发现明显差异。可以看出，TDK-EPC新款产品均质性明显较高。陶瓷抗压强度与其均质性关系密切。图6中测试结果确认了这一关系：业内同类产品的平均抗压强度约为115 N/mm2，而超级系列所有材料试件的可承受压缩负载均大于150 N/mm2。



均匀性和抗压强度是元件性能和可靠性的主要参数。通过比较PTC芯片在波峰焊池中的表现即可发现，超级系列产品具有优异性能。借助其超高均匀性，可在峰值温度高达280 ℃时处理超级系列。然而，由于业内同类产品陶瓷物质均质性较低，温度冲击将会导致裂纹的产生，一旦裂纹产生，产品将无法继续使用。在一些情况下，业内同类产品的波峰可焊性仅支持250 ℃的峰值温度，或者根本无法进行波峰焊。

图6所示为超级系列产品和业内同类产品在各种可靠性测试下的比较结果。具体测试项目主要针对使用寿命、热冲击和湿度。结果表明超级系列具有显著优势。