USB3.0過電流保護PPTC組件應用解決方案

隨著高新技術的不斷提升，外圍設備也在不斷更新換代，在USB應用方面，USB3.0除了提升速度外，同時對電力的供應也有所提高。針對業界常用的過電流保護組件高分子正溫度系數熱敏電阻(PPTC)做介紹，并于在USB 3.0的應用下比較與低電壓半導體開關的差別。

此外，我們將對USB 3.0與USB 2.0的差異，提出USB 3.0過電流保護 PPTC 組件應用建議，并以新一代薄型低電阻表面粘著PPTC組件為例說明新的導體材料開發進程，透過運用新材料，可為當前的超薄型電子產品提供良好過電流保護。

由于電子產品對速度、功率的要求不斷提高，自去年11月USB 3.0規格底定后，除了速度提升至5Gbps外，對電力供應的要求也從500mA提高到900mA。不管是在系統端或是組件端，新的速度和功率都帶來了全新挑戰新規格涵蓋了新的數據傳輸協議、電源管理架構，到確保資料成功地在主機及裝置間傳輸。不過，在這些USB 3.0的升級中，唯一沒有改變的，就是對于安規的要求。系統工程師現在需要分配足夠的電力到這些連接埠，并謹慎地整合‘過電流保護’功能。

目前I/O連接埠的設計通常有整合電源線，直接供電到外圍設備，或提供電力讀取裝置端中EEPROM的資料。為了防止在未連接的狀態下發生短路，或連接上裝置后發生的異常狀況造成過電流，這些電源接腳都需要做好保護的功能。PPTC是非常適合提供此種保護的組件之一，而且也成為了電子設計中的主流，符合各種規范需求或安規要求，如UL 60950。

用于過電流保護的PPTC

PPTC是一種非線性、根據溫度而變化的電阻。一般情況下，PPTC組件擁有極高的導電度，所以電路可以正常運作。但是當過電流狀況發生的時候，此高電流會在PPTC組件上產生足夠的能量(焦耳熱效應)以超過其轉移溫度，造成104到106倍的電阻值彈跳。因此可排除過電流狀況，達到保護電路及組件的目標。

在USB 3.0的規范中，明確要求使用限電流組件作為電源端之保護，而PPTC組件及低電壓半導體開關常被用來做此限電流的解決方式。大部分的時候，基于多種考量，工程師比較偏好使用PPTC組件來防止電路受到損害。因為可支配的電流量在USB 3.0中提高了，限電流的組件需要通過更多電流，但卻同時要保持一定的壓降。表1為在USB 3.0應用中，PPTC組件與低壓半導體組件的比較，在價格、阻值、最大故障電流能量及靜電敏感度等方面均更具優勢。