村田Posistor因應不同種類元件過熱保護之道

圖1，Posistor 熱敏電阻之R/T特性圖。

村田(Murata)推出的Posistor熱敏電阻(Positive Temperature Coefficient；PTC)，目前已漸漸被採用為標準的電路保護元件。無論是筆記型電腦或其他電子產品，針對其內部各IC電源供應、FET以及VR(Voltage Regulator)，由於電源端常處在切換(switching)的模式，這將導致熱的持續產生。然而這些熱源常分布在PCB板上許多不同的區域，因此提供一簡單的方法來檢測其過熱的問題是有必要的。

多點量測之過熱保護

Posistor(正溫度係數之熱敏電阻)，將可以協助設計者來檢測過熱的問題。Posistor本身由陶瓷物質所組成，當溫度高於某一溫度(居里溫度)時，阻值將急遽增加。傳統PTC熱敏電阻的使用(如圖1)，在第1個測溫點－紅線(Sensing temperature 1)時，阻值將變成10倍大；然而，為了要達成多點的過熱保護，我們將Posistor串聯在一起來實現，同時Posistor阻值需仰賴第2個測溫點－藍線(Sensing temperature 2)時會變成1,000倍。表1列出了各種不同測溫時所需使用的Posistor Spec。

簡單的電路架構

圖2，我們顯示了實際電路在使用Posistor後，輸出電壓與溫度的關係；我們假設輸入電壓3.3V並串上1個10Kohm的電阻。正常情況下，輸出電壓幾乎保持在0.15V的一個定值，在Posistor達到第1個測溫點，也就是阻值為原先10倍4.7Kohm時輸出電壓將變成1.06V；而在Posistor來到第2個測溫點，此時阻值將來到原先的100倍47Kohm，由於電阻上升的緣故，輸出電壓將變成2.72V。這也表示，利用輸出電壓的變異，可以用Posistor熱敏電阻來控制過熱的問題。

簡單設定最佳溫度

接著我們將4個Posistor熱敏電阻串聯藉以偵測不同地方的溫度(如圖3)。Posistor皆使用PRF18BC471#B5RB，由表1可知，105°C與120°C分別是偵測的溫度。當任何一個Posistor測溫來到第1個測溫點(105°C)時，輸出電壓將從正常情況下的0.52V提高到1.25V；若持續上升來到第2個測溫點(120°C)時，輸出電壓將可來到2.72V。設計者可藉由此不同輸出電壓來規劃一個過熱保護電路，並只需要串聯多個Posistor熱敏電阻，即可達到多點量測，隨時可做增加或是適時的減少以免成本增加。由於Posistor熱敏電阻皆為串聯且單一輸出，因此也只需一簡單的控制電路來偵測此輸出電壓(Vout)。

簡化一切設計

當然，若每點過熱保護的溫度不盡相同，設計者同樣的可自由選擇所需的溫度與對應的Posistor熱敏電阻(如圖4)，此為一筆記型電腦架構圖，圖中顯示針對不同位置來放置Posistor。擺件時，可在不同熱點放置Posistor，電路方面更只需簡單的串聯就好，例如靠近DC/DC轉換器(DC/DC converter)、CPU/GPU、電池或是其他容易發熱元件周邊。由於許多設計與實際面會有些落差，利用此電路，將可根據實際電路板的狀況來評估所放位置的正確與否，針對那些移除掉的Posistor熱敏電阻只需短路過去即可，並不會因此而大改電路，節省人力時間與成本。(本文由村田總公司Yoshinori Kitamura提供，記者陳瑋洋整理)