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是 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ISO9001：2000质量体系认证、ISO14001：2004环境体系认证及UL、TUV、CQC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

USB（Universal Serial Bus）规范（译作：通用串行总线）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，传输速率1.5Mbps，USB1.1，传输速率12Mbps；

2000年4月由Compaq、HP、Intel、Lucent、Micrsoft、NEC、Philips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5V，500mA。USB 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。



但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，2008年11月，在Intel、HP、微软、NEC、TI、ST-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 2.0快8.3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：



1、USB2.0端口的保护

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



2、USB3.0端口的保护

    1206-150,1812-150,1812-260