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PTC在USB端口保护的应用

PTC在USB端口保护的应用

一、基本介绍

PTC是英文Positive Temperature Coefficient 的字头缩写,意思是正的温度系数,泛指正温度系的半导体料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数的热敏电阻;与PTC相对应的是Negative Temperature Coefficient,负温度系数的热敏电阻,又叫NTC,它的特性与PTC正好相反,即超过一定的温度时, 它的电阻值会随着温度的升高呈阶跃性的迅速下降。
      PTC
热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,当低于居里温度时, 它的电阻值将不随着温度的升高而发生明显的变化;一旦超过居里温度时, 它的电阻值将随着温度的升高呈阶跃性的迅速增高. 其电阻值的变化相对于温度的变化不成正比,是非线性的关系,又称为非线性热敏电阻,我们利用PTC的这个特性,可以研制并生产出不同使用条件下的过流保护器件。



二、PTC热敏电阻的发展

     1950年荷兰PHLIPS公司的海曼等人,在做半导体实验时,发现这种电阻率具有很高的正温度系数,存在很强的PTC效应, 于是探索这种现象的机理和应用,很快成为引人瞩目的研究课题.
      
几十年来, 在世界众多科学工作者的努力下,在许多方面取得了重大突破.不仅理论日臻成熟, 其应用范围也在不断扩大. 随着研发和设计工程师对PTC热敏电阻的了解越来越深刻,许多新用途不断被开发出来。



三、PTC的种类:

    PTC发展到目前为止,有两种类型:

①、PPTC类:高分子类正温度系数热敏电阻。

②、CPTC类:陶瓷类正温度系数的热敏电阻。



四、PPTC是什么意思?

PPTC Polymer  Positive Temperature Coefficient 的缩写,是高分子(聚合物)正温度系数热敏电阻,简称高分子 PTC,或叫作 Poly Switch (高分子开关)元件,因它在高阻状态和低阻状态之间可变(自动复位),而常用作过电流、超温度的电流限制。所以是电路中较为理想的过流保护元件,通常叫作过流保护器或自恢复保险丝、自复保险丝、自复过流保护器等。

万瑞和公司专业生产的“万和”牌自复位过流保护器(WH)系列产品,就是PPTC,目前,已广泛应用于国际国内的下列产品之中:家电产品、通讯产品、影音设备、电动玩具、电动工具、各种电源、充电机、各种灯具、计算机及外设、汽车电器、美容美发器产品、医疗设备、安防产品、工业自动化控制设备等领域,目前已成为该行业的主流供应商。

深圳市万瑞和电子有限公司,是一家专业生产自复位过流保护器的高新科技企业。公司拥有先进的仪器设备及全电脑监控的自动生产线;不仅通过了ISO90012000质量体系认证、ISO140012004环境体系认证及ULTUVCQC等多项安规认证;而且所有产品均符合欧盟的RoHS指令要求和中国信息产业部的SJ/11363-2006标准。





五、USB规范

USBUniversal Serial Bus)规范(译作:通用串行总线)是由CompaqDigital EquipmentIntelMicrosoftIBMNECNorthern  Telecom7家公司19941月提出,1996年推出USB1.0,传输速率1.5MbpsUSB1.1,传输速率12Mbps

20004月由CompaqHPIntelLucentMicrsoftNECPhilips正式对外发布USB 2.0,它兼容所有USB 1.0外部设备及电缆线等,传输速率达480Mbps ,电气参数5V500mAUSB 2.0凭借优异的综合性能、支持热插拔即插即用的特点,在业界巨头的鼎力支持下,已完全成为了PC不可缺少的标准配置,众多电脑外设,例如:打印机、数码相机、DV等,纷纷支持USB规范。



USB 2.0的传输速率只有480Mbps,可向外设提供的功率只有2.5瓦特(5V×500mA),

在传输大容量的高清图片信息时,例如高清影视作品,速率明显不够,且输出功率偏小,对有较大功率的外设,例如工作功率大于2.5瓦特的音响,不能支持。



因此,200811月,在IntelHP、微软、NECTIST-NXP等公司的大力倡导下,联合推出了,USB3.0规范,它兼容USB2.0,传输速率可达5G bps,考虑到需要处理同步信号,实际速率比USB 2.08.3倍;电气参数为5V,工作电流高达900mA,外形为与USB2.0区别,为蓝色插座。



六、存在问题及解决办法

我们知道,支持USB端口的外设,用户在与主机相连时,最大的方便之处就是支持热插拔,即插即用;但正因为如此,用户若使用不当时,极其容易造成主机的USB Host端的瞬间电流增大,增加了电脑主板的南桥烧毁的风险;在USB 2.0时代,因为端口的工作电流只有500mA,传输速率也只有480Mbps,情况还不是很严重,USB2.0的端口是否需要设计过流保护措施,在正式发布的规范中,并没有特别的指出。众多主机厂商,仅仅在几款高档机型上,设计了保护措施。

但是,时间来到了USB3.0时代,,前面已经介绍,由于传输速率传输速率可达5G bps

端口的工作电流高达900mA,热插拔带来的隐患急剧增大,若没有设计保护措施,极易烧毁主机板上处理高速数据存取的南桥芯片,因此在USB3.0的规范的11.4.1.1.1 Over-Current Protection一节,专门提出,主机端一定要有可恢复的过流保护的措施,请看附图:





目前市面上,虽然支持USB3.0规范的电脑主板还不是主流,但主板的一线厂商,例如:技嘉、华硕、微星等,早在1年前已纷纷推出各自支持USB3.0规范的产品,相信在不久的将来,支持USB3.0规范的主板,将会成为大众的标准配置。



七、USB端口保护常用型号规格

针对USB规范的端口保护,万瑞和公司专门推出了系列贴片类PTC,封装为0805/1206/1812/2920,但推荐常用的型号为:



1USB2.0端口的保护

    1206-075, 1206-110,1812-075,1812-110



2USB3.0端口的保护

    1206-150,1812-150,1812-260  
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