PTC在USB端口保護的應用

liia9eCr

一、基本介紹

PTC是英文Positive Temperature Coefficient 的字頭縮寫，意思是正的溫度系數，泛指正溫度系的半導體料或元器件。通常我們提到的PTC是指正溫度系數的熱敏電阻；與PTC相對應的是Negative Temperature Coefficient，負溫度系數的熱敏電阻，又叫NTC，它的特性與PTC正好相反，即超過一定的溫度時, 它的電阻值會隨著溫度的升高呈階躍性的迅速下降。
      PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導體電阻，當低于居里溫度時, 它的電阻值將不隨著溫度的升高而發生明顯的變化；一旦超過居里溫度時, 它的電阻值將隨著溫度的升高呈階躍性的迅速增高. 其電阻值的變化相對于溫度的變化不成正比，是非線性,又稱為非線性熱敏電阻，我們利用PTC的這個特性，可以研制并生產出不同使用條件下的過流保護器件。

二、PTC熱敏電阻的發展：

     1950年荷蘭PHLIPS公司的海曼等人,在做半導體實驗時,發現這種電阻率具有很高的正溫度系數,存在很強的PTC效應, 于是探索這種現象的機理和應用，很快成為引人矚目的研究課題.
      幾十年來, 在世界眾多科學工作者的努力下,在許多方面取得了重大突破.不僅理論日臻成熟, 其應用范圍也在不斷擴大. 隨著研發和設計工程師對PTC熱敏電阻的了解越來越深刻,許多新用途不斷被開發出來。

三、PTC的種類：

    PTC發展到目前為止，有兩種類型：

①、PPTC類：高分子類正溫度系數熱敏電阻。

②、CPTC類：陶瓷類正溫度系數的熱敏電阻。

四、PPTC是什么意思？

PPTC是 Polymer  Positive Temperature Coefficient 的縮寫，是高分子（聚合物）正溫度系數熱敏電阻，簡稱高分子 PTC，或叫作 Poly Switch （高分子開關）元件，因它在高阻狀態和低阻狀態之間可變（自動復位），而常用作過電流、超溫度的電流限制。所以是電路中較為理想的過流保護元件，通常叫作過流保護器或自恢復保險絲、自復保險絲、自復過流保護器等。

萬瑞和公司專業生產的“萬和”牌自復位過流保護器（WH）系列產品，就是PPTC，目前，已廣泛應用于國際國內的下列產品之中：家電產品、通訊產品、影音設備、電動玩具、電動工具、各種電源、充電機、各種燈具、計算機及外設、汽車電器、美容美發器產品、醫療設備、安防產品、工業自動化控制設備等領域，目前已成為該行業的主流供應商。

深圳市萬瑞和電子有限公司，是一家專業生產自復位過流保護器的高新科技企業。公司擁有先進的儀器設備及全電腦監控的自動生產線；不僅通過了ISO9001：2000質量體系認證、ISO14001：2004環境體系認證及UL、TUV、CQC等多項安規認證；而且所有產品均符合歐盟的RoHS指令要求和中國信息產業部的SJ/11363-2006標準。

五、USB規范

USB（Universal Serial Bus）規范（譯作：通用串行總線）是由Compaq、Digital Equipment、Intel、Microsoft、IBM、NEC及Northern  Telecom等7家公司1994年1月提出，1996年推出USB1.0，傳輸速率1.5Mbps，USB1.1，傳輸速率12Mbps；

2000年4月由Compaq、HP、Intel、Lucent、Micrsoft、NEC、Philips正式對外發布USB 2.0,它兼容所有USB 1.0外部設備及電纜線等，傳輸速率達480Mbps ，電氣參數5V，500mA。USB 2.0憑借優異的綜合性能、支持熱插拔即插即用的特點，在業界巨頭的鼎力支持下，已完全成為了PC不可缺少的標準配置，眾多電腦外設，例如：打印機、數碼相機、DV等，紛紛支持USB規范。

但USB 2.0的傳輸速率只有480Mbps，可向外設提供的功率只有2.5瓦特（5V×500mA），

在傳輸大容量的高清圖片信息時，例如高清影視作品，速率明顯不夠，且輸出功率偏小，對有較大功率的外設，例如工作功率大于2.5瓦特的音響，不能支持。

因此，2008年11月，在Intel、HP、微軟、NEC、TI、ST-NXP等公司的大力倡導下，聯合推出了，USB3.0規范，它兼容USB2.0，傳輸速率可達5G bps，考慮到需要處理同步信號，實際速率比USB 2.0快8.3倍；電氣參數為5V，工作電流高達900mA，外形為與USB2.0區別，為藍色插座。

六、存在問題及解決辦法

我們知道，支持USB端口的外設，用戶在與主機相連時，最大的方便之處就是支持熱插拔，即插即用；但正因為如此，用戶若使用不當時，極其容易造成主機的USB Host端的瞬間電流增大，增加了電腦主板的南橋燒毀的風險；在USB 2.0時代，因為端口的工作電流只有500mA，傳輸速率也只有480Mbps，情況還不是很嚴重，USB2.0的端口是否需要設計過流保護措施，在正式發布的規范中，并沒有特別的指出。眾多主機廠商，僅僅在幾款高檔機型上，設計了保護措施。

但是，時間來到了USB3.0時代，，前面已經介紹，由于傳輸速率傳輸速率可達5G bps，

端口的工作電流高達900mA，熱插拔帶來的隱患急劇增大，若沒有設計保護措施，極易燒毀主機板上處理高速數據存取的南橋芯片，因此在USB3.0的規范的11.4.1.1.1 Over-Current Protection一節，專門提出，主機端一定要有可恢復的過流保護的措施，請看附圖：

目前市面上，雖然支持USB3.0規范的電腦主板還不是主流，但主板的一線廠商，例如：技嘉、華碩、微星等，早在1年前已紛紛推出各自支持USB3.0規范的產品，相信在不久的將來，支持USB3.0規范的主板，將會成為大眾的標準配置。

七、USB端口保護常用型號規格

針對USB規范的端口保護，萬瑞和公司專門推出了系列貼片類PTC，封裝為0805/1206/1812/2920，但推薦常用的型號為：

1、USB2.0端口的保護

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

2、USB3.0端口的保護

    1206-150,1812-150,1812-260