Portal dla pasjonatów motoryzacji

Resetowalny bezpiecznik samochodowy. Bezpieczniki resetowalne Littelfuse

Bezpiecznik resetowalny innymi słowy, możesz zadzwonić bezpiecznik wielokrotnego użytku. Bezpiecznik jest rezystorem polimerowym o dodatnim współczynniku temperaturowym rezystancji. Służy do ochrony przed przeciążeniem prądowym obwodów lub jednoczesnej ochrony napięcia i prądu w określonych granicach od 3A do 100A I od 6 V do 250 V.

Bezpieczniki z możliwością resetowania różnią się od tradycyjnych konstrukcji brakiem wkładki bezpiecznikowej i możliwością jej resetowania samoleczące zdolności przewodzące po aktywacji i zakończeniu działania bodźca.

Możliwość automatycznego odzyskiwania bezpiecznika oszczędza czas i koszty konserwacja i naprawa instalacji elektrycznych.

Wzrost przepływającego prądu lub temperatury otoczenia przekraczający wartości nominalne prowadzi do wzrostu rezystancji bezpiecznika wewnątrz od 0,0026 Ω do 60 Ω, topienie krystalicznych cząstek przewodzących, a następnie otwarcie obwodu. Szybkość reakcji zależy od konkretnej serii i trwa w jej ramach 0,15 s do 40,00 s.

Po zresetowaniu obwodu temperatura bezpiecznika spada, przywracając pierwotną charakterystykę. Następuje samoleczenie. Należy zauważyć że liczba operacji jest ograniczona. Po każdej operacji wydajność ulega pogorszeniu.

Wybór odpowiedniego bezpiecznika należy przeprowadzić zwracając uwagę na następujące cechy: rodzaj bezpiecznika (promieniowy, osiowy lub powierzchniowy w wersji SMD), maksymalny prąd niewyzwalający (zaleca się wybrać wartość większą od prądu obwodu), maksymalne napięcie robocze i temperatura środowiska pracy, wpływająca na prąd pracy.

Obowiązują pokazane bezpieczniki. w sprzęcie komputerowym, telekomunikacyjnym i crossowym, medycznym sprzęcie pomiarowym, bateriach, sprzęcie samochodowym i innym sprzęcie elektrycznym.

Szczegółowe specyfikacje i podstawowe parametry bezpieczników resetowalnych pojawiają się w tabelach. Rozszyfrowanie oznaczenia, zależność prądu, który nie powoduje zadziałania, od temperatury otoczenia, wymiarów, zalecenia dotyczące montażu i lutowania są wymienione poniżej.

Bezpieczniki samoregenerujące dostarczane przez naszą firmę objęte są 2-letnią gwarancją. Potwierdzają to dokumenty odpowiedniej jakości.

Ostateczna cena bezpiecznika resetowalnego uzależniona jest od ilości, czasu dostawy, producenta, kraju pochodzenia i formy płatności.

W komentarzach do mojego ostatniego artykułu wielokrotnie zarzucano mi, że nie wspomniałem o sposobie zabezpieczenia za pomocą bezpiecznika samoresetującego. Aby naprawić tę niesprawiedliwość, początkowo chciałem tylko dodać w artykule dodatkowy schemat ochrony i krótkie wyjaśnienie. Uznałem jednak, że temat bezpieczników samoleczenia zasługuje na osobną publikację. Faktem jest, że ich ugruntowana nazwa nie za bardzo oddaje istotę rzeczy, a często już po rozpoczęciu pierwszej partii płytek zaczynają grzebać w datasheetach i rozumieć zasadę działania, stosując tak „elementarne” podzespoły jak bezpiecznik nie zdać. No, jeśli nie serial. Pod nacięciem znajdziesz próbę odgadnięcia, jakie to zwierzę. PolySwitch, nawiasem mówiąc, oryginalna nazwa lepiej oddaje istotę urządzenia i pozwala zrozumieć, z czym się je je, jak iw jakich przypadkach ma sens go używać.

Fizyka ciepłego ciała.

PolySwitch, Ten PPTC(Polimerowy dodatni współczynnik temperaturowy) urządzenie posiadające dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji. Tak naprawdę ma on znacznie więcej wspólnego z pozystorem, czyli bimetalicznym bezpiecznikiem termicznym, niż z bezpiecznikiem, z którym jest zwykle kojarzony, także dzięki staraniom marketerów.
Sztuczka tkwi w materiale, z którego wykonany jest nasz bezpiecznik – jest to matryca z nieprzewodzącego polimeru zmieszanego z sadzą. W stanie zimnym polimer ulega krystalizacji, a przestrzeń pomiędzy kryształami wypełniają cząsteczki węgla, które tworzą wiele przewodzących łańcuchów.


Jeśli przez bezpiecznik zacznie przepływać zbyt duży prąd, zaczyna się on nagrzewać i w pewnym momencie polimer przechodzi w stan amorficzny, zwiększając swój rozmiar. Z powodu tego wzrostu łańcuchy węglowe zaczynają się zrywać, co powoduje wzrost rezystancji, a bezpiecznik nagrzewa się jeszcze szybciej. Ostatecznie rezystancja bezpiecznika wzrasta na tyle, że zaczyna zauważalnie ograniczać płynący prąd, chroniąc w ten sposób obwód zewnętrzny. Po ostygnięciu urządzenia następuje proces krystalizacji i bezpiecznik ponownie staje się doskonałym przewodnikiem.
Jak wygląda zależność rezystancji od temperatury można zobaczyć na poniższym rysunku


Na krzywej zaznaczono kilka punktów charakterystycznych dla pracy urządzenia. Nasz bezpiecznik jest doskonałym przewodnikiem, jeśli temperatura mieści się w zakresie roboczym Punktu 1< T

Idealny kulisty koń w próżni.

Czas przejść od teorii do praktyki. Stwórzmy prosty schemat ochrony naszego cennego urządzenia, tak prosty, że wyglądałby po prostu nieprzyzwoicie, gdyby został przedstawiony zgodnie z GOST.


Co się stanie, jeśli nagle w obwodzie pojawi się niedopuszczalny prąd, który przekroczy prąd wyłączenia? Opór materiału, z którego wykonane jest urządzenie, zacznie rosnąć. Doprowadzi to do wzrostu spadku napięcia na nim, a co za tym idzie, mocy rozproszonej równej U*I. W rezultacie wzrasta temperatura, co ponownie prowadzi do… Generalnie lawinowy proces nagrzewania urządzenia rozpoczyna się przy jednoczesnym wzroście rezystancji. W rezultacie przewodność urządzenia spada o rzędy wielkości, co prowadzi do pożądanego spadku prądu w obwodzie.
Po ostygnięciu urządzenia przywracana jest jego rezystancja. Po pewnym czasie, w przeciwieństwie do bezpiecznika topikowego, nasz Idealny Fuse jest gotowy do ponownego użycia!
Czy jest idealny? Uzbrojeni w naszą skromną wiedzę na temat fizyki urządzenia, spróbujmy to rozgryźć.

Na papierze było gładko, ale o wąwozach zapomniano.

Być może głównym problemem jest czas. Czas w ogóle to taka substancja, którą bardzo trudno pokonać, choć wiele osób bardzo chciało… Ale nie mówmy już o polityce – bliżej naszych polimerów. Jak już zapewne się domyślacie, prowadzę do tego, że zmiana struktury krystalicznej substancji jest procesem znacznie dłuższym niż przegrupowanie dziur z elektronami np. w diodzie tunelowej. Dodatkowo, aby nagrzać urządzenie do pożądanej temperatury, potrzeba trochę czasu. W rezultacie, gdy prąd płynący przez bezpiecznik nagle przekroczy wartość progową, jego ograniczenie nie następuje wcale natychmiast. Przy prądach bliskich progowi proces ten może zająć kilka sekund, przy prądach bliskich maksymalnych dopuszczalnych dla urządzenia może to zająć ułamek sekundy. W rezultacie podczas działania takiej ochrony złożone urządzenie elektroniczne będzie miało czas na awarię, być może kilkanaście razy. Na potwierdzenie podaję typowy wykres zależności czasu działania (w pionie) od prądu, który spowodował to działanie (w poziomie) dla hipotetycznego PTVC urządzenie.


Należy pamiętać, że wykres przedstawia dla porównania dwie zależności przyjęte w różnych temperaturach otoczenia. Mam nadzieję, że nadal pamiętacie, że główną przyczyną przegrupowania struktury kryształu jest temperatura materiału, a nie przepływający przez niego prąd. Oznacza to, że ceteris paribus, aby ogrzać urządzenie do stanu metamorfozy z niższej temperatury, należy wydać więcej energii niż z wyższej, co oznacza, że ​​proces ten w pierwszym przypadku będzie trwał dłużej. W rezultacie uzyskujemy zależność tak ważnych parametrów urządzenia jak maksymalny gwarantowany prąd pracy normalnej i gwarantowany prąd zadziałania od temperatury otoczenia.

Przed podaniem wykresu należy wspomnieć o głównych parametrach technicznych tej klasy urządzeń.

  • Maksymalne napięcie robocze Vmax to maksymalne dopuszczalne napięcie, które urządzenie może wytrzymać bez zniszczenia przy prądzie znamionowym.
  • Maksymalny dopuszczalny prąd Imax to maksymalny prąd, jaki urządzenie może wytrzymać bez zniszczenia.
  • Znamionowy prąd roboczy Ihold to maksymalny prąd, jaki urządzenie może przewodzić bez zadziałania, tj. bez otwierania obwodu obciążenia.
  • Minimalny prąd zadziałania Itrip to minimalny prąd płynący przez urządzenie, który powoduje przejście ze stanu przewodzącego do stanu nieprzewodzącego, tj. do operacji.
  • Rezystancja początkowa Rmin, Rmax to rezystancja urządzenia przed pierwszym uruchomieniem (otrzymana od producenta).


Na dole wykresu znajduje się obszar roboczy urządzenia. To, co wydarzy się w środkowej części, zależy najwyraźniej od względnego położenia gwiazd na niebie, jednak będąc w górnej części wykresu, urządzenie wyruszy w podróż, która spowoduje metamorfozy jego struktury krystalicznej i, w rezultacie ochrona będzie działać.
Dlatego PPTC należy stosować ostrożnie w urządzeniach zaprojektowanych do pracy w szerokim zakresie temperatur. Jeśli myślisz, że naszemu kandydatowi do tytułu Bezpiecznika Idealnego skończyły się problemy, to się mylisz. Ma jeszcze jedną słabość związaną z ludźmi. Po stresującym stanie spowodowanym nadmiernym przegrzaniem musi się otrząsnąć. Jednakże fizyka gorącego ciała jest bardzo podobna do fizyki ciała miękkiego. Jak osoba po udarze, nasz bezpiecznik już nigdy nie będzie taki sam! Dla przekonania podam inny harmonogram, proces rehabilitacji po stresie wywołanym nadmiarem płynącego prądu, który trafnie dla tego słowa Brytyjczycy nazwali Trip Event. i jak nie boją się naszego Rospotrebnadzoru?


Wykres pokazuje, że proces odzyskiwania może trwać kilka dni, ale nigdy nie jest zakończony. Z każdym przypadkiem działania zabezpieczenia normalna rezystancja naszego urządzenia staje się coraz większa. Po kilkudziesięciu cyklach urządzenie z reguły traci zdolność do prawidłowego wykonywania przypisanych mu funkcji. Dlatego nie należy ich używać w przypadkach, gdy możliwe są przeciążenia z dużą częstotliwością.
Być może warto byłoby na tym zakończyć i wreszcie zacząć omawiać obszary zastosowań i rozwiązań obwodów, ale warto omówić jeszcze kilka niuansów, dla których przyjrzymy się głównym cechom szeroko rozpowszechnionej serii naszego bohatera dnia .


Wybierając element, który wykorzystasz w projekcie, zwróć uwagę na maksymalny dopuszczalny prąd pracy. Jeżeli istnieje duże prawdopodobieństwo jego przekroczenia, wówczas warto sięgnąć po alternatywny rodzaj zabezpieczenia lub ograniczyć je za pomocą innego urządzenia. Cóż, na przykład rezystor drutowy.
Kolejnym bardzo ważnym parametrem jest maksymalne napięcie robocze. Oczywiste jest, że gdy urządzenie znajduje się w trybie normalnym, napięcie na jego stykach jest bardzo małe, ale po przejściu w tryb ochronny może gwałtownie wzrosnąć. W niedalekiej przyszłości parametr ten był bardzo mały i ograniczony do kilkudziesięciu woltów, co uniemożliwiło zastosowanie takich bezpieczników w obwodach wysokiego napięcia, powiedzmy, w celu ochrony zasilaczy sieciowych.
Ostatnio sytuacja się poprawiła i pojawiły się serie zaprojektowane na dość wysokie napięcie, ale należy pamiętać, że mają bardzo małe prądy robocze.


Przejdźmy przez węża i drżącą łanię.

Sądząc po różnorodności urządzeń PolySwitch dostępnych na rynku, możliwe jest, a w niektórych przypadkach nawet konieczne, zastosowanie ich w tworzonych przez siebie urządzeniach, jednak do wyboru konkretnego urządzenia i sposobu jego wykorzystania należy podchodzić z dużą ostrożnością.
Swoją drogą, jeśli chodzi o obwody, bezpośrednia wymiana bezpieczników na PolySwitch sprawdza się tylko w najprostszych przypadkach. Na przykład: do montażu w komorach akumulatorów lub do zabezpieczania urządzeń (silników elektrycznych, aktywatorów, bloków montażowych) i przewodów w zastosowaniach motoryzacyjnych. Te. urządzenia, które nie ulegają natychmiastowej awarii w przypadku przeciążenia. Specjalnie do tego istnieje szeroka klasa wykonania tych urządzeń w postaci zworek z przewodami osiowymi, a nawet dysków do akumulatorów.

W większości przypadków PolySwitch należy łączyć z szybszymi urządzeniami zabezpieczającymi. Takie podejście rekompensuje wiele ich niedociągnięć, dzięki czemu z powodzeniem wykorzystywane są do ochrony komputerowych urządzeń peryferyjnych. W telekomunikacji do ochrony central PBX, cross-connectorów i sprzętu sieciowego przed przepięciami powodowanymi przez napięcie sieciowe i wyładowania atmosferyczne. A także przy pracy z transformatorami, alarmami, głośnikami, aparaturą kontrolno-pomiarową, telewizją satelitarną i w wielu innych przypadkach.

Rozważmy przykładowo hipotetyczny obwód, który kompleksowo rozwiązuje problem budowy superzabezpieczonego sterownika LED zasilanego z sieci 220V AC.


W pierwszym etapie stosuje się bezpiecznik samoresetujący w połączeniu z rezystorem drutowym i warystorem. Warystor chroni przed nagłymi skokami napięcia, a rezystor ogranicza prąd płynący w obwodzie. Bez tego rezystora w momencie podłączenia zasilacza impulsowego do sieci przez bezpiecznik może płynąć niedopuszczalnie duży impuls prądowy, na skutek naładowania pojemności wejściowych. Drugi stopień zabezpieczenia chroni przed nieprawidłową polaryzacją lub błędnym podłączeniem źródła zasilania o zbyt dużym napięciu. Jednocześnie w momencie wystąpienia sytuacji awaryjnej dioda ochronna TVS przejmuje przepięcie prądowe, a PolySwitch ogranicza przepływającą przez nią moc, zapobiegając przebiciom termicznym. Nawiasem mówiąc, ta grupa tak bardzo sugeruje się podczas rozwoju obwodów i jest tak rozpowszechniona, że ​​dała początek osobnej klasie urządzeń - PolyZen. Bardzo udana hybryda węża i drżącego daniela.

Cóż, na wyjściu nasz samoregenerujący się bezpiecznik służy do zapobiegania zwarciom, a także w przypadku, gdy diody LED lub ich sterownik wychodzą z trybu pracy w wyniku przegrzania lub awarii.
Obwód zawiera również elementy ochrony przed ładunkami elektrostatycznymi, ale nie jest to już temat tego artykułu…

PS

Specjalnie, żeby po raz kolejny nie urazić uczuć użytkownika kacanga, pragnę zaznaczyć, że przy przygotowaniu artykułu wykorzystano materiały pochodzące z następujących źródeł:
pl.wikipedia.org
www.platan.ru/
www.te.com/
www.led-e.ru/
a także fragmenty wiedzy z głowy, zebrane podczas realizacji różnych projektów rozwoju urządzeń radioelektronicznych, szkoleń w MIET i wpojonego z ławki szkolnej nawyku szukania we wszystkim fizycznego sensu.

Bezpieczniki resetowalne POLYFUSE® firmy Littelfuse to termistory polimerowe o dodatnim współczynniku temperaturowym (PTC). W wielu zastosowaniach stają się doskonałym zamiennikiem standardowych bezpieczników.

Aby zapewnić długą i niezawodną pracę obwodów elektronicznych, należy zapewnić ich ochronę przed przeciążeniami prądowymi i napięciowymi. Tradycyjnym sposobem zabezpieczenia przed przetężeniem jest użycie bezpieczników lub bezpieczników resetowalnych. Bezpieczniki resetowalne to termistory o dodatnim współczynniku temperaturowym (PTC).

Główną cechą PTC jest gwałtowny skok oporu podczas ogrzewania. Ta właściwość służy do ochrony przed przetężeniem. Gdy prąd wzrośnie powyżej poziomu wyłączenia, PTC nagrzewa się i otwiera obwód.

Nowoczesne PTC są wykonane z materiałów polimerowych.

Littelfuse oferuje różne typy polimerowych, samonaprawiających się bezpieczników termicznych (PPTC):

  • SMT PPTC w różnych rozmiarach (0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1812, 2016, 2920). Charakteryzują się prądami pracy od 300 mA do 14 A;
  • wyjście PPTC, które ma zakres prądu zadziałania 0,16 ... 23,8 A;
  • Pasek akumulatorowy typu PPTC zoptymalizowany do zastosowań zasilanych bateryjnie (laptopy, tablety i inne). Mają niski profil i niski opór.

Właściwości PPTC w dużej mierze zależą od ich cech konstrukcyjnych. Rozważmy to bardziej szczegółowo.

Urządzenie i zasada działania PPTC

Istnieje kilka dużych firm produkujących PPTC. Każdy z nich opatentował i wykorzystuje własną markę: Polyfuse (Littelfuse), PolySwitch (TE Connectivity), Semifuse (ATC Semitec), Fuzetec (Fuzetec Technology), Multifuse (Bourns). Pomimo różnic w nazwach, wszystkie PPTC mają tę samą zasadę działania i podobną strukturę. Rozważmy to na przykładzie bezpieczników resetowalnych produkowanych przez Littelfuse.

PPTC to arkusz nieprzewodzącego materiału polimerowego (rysunek 1). Z reguły jest to polietylen. W niskich temperaturach polimer ma głównie strukturę krystaliczną. Jednakże nie tworzy się struktura monokrystaliczna. Oznacza to, że pomiędzy poszczególnymi obszarami krystalicznymi występują puste przestrzenie. Podczas procesu produkcyjnego do tych przestrzeni wprowadzany jest element przewodzący – grafit.

Dzięki kanalikom grafitowym w stanie zimnym PPTC jest przewodnikiem o niskim oporze własnym.

Po podgrzaniu powyżej określonej temperatury przejścia (zwykle T przejścia rzędu 125°C) cząsteczki polimeru otrzymują dodatkową energię, a struktura krystaliczna zaczyna przekształcać się w amorficzną. Procesowi temu towarzyszy ekspansja mechaniczna. Polimer zastępuje grafit. W rezultacie kanały grafitowe pękają, rezystancja gwałtownie wzrasta, a PPTC przechodzi w stan nieprzewodzący (rysunek 1, rysunek 2).

Gdy temperatura bezpiecznika spada, polimer zaczyna krystalizować. Kanały grafitowe tworzą się ponownie, co prowadzi do powrotu właściwości przewodzących. Na tym polega istota samoleczącego się bezpiecznika. Należy zaznaczyć, że wartość rezystancji po regeneracji jest zawsze większa od wartości początkowej. Właściwość ta zostanie omówiona poniżej.

Liczba przejść ze stanu przewodzącego do nieprzewodzącego i odwrotnie jest praktycznie nieograniczona. Oznacza to, że w przypadku braku czynników katastroficznych PPTC jest tak naprawdę wiecznym bezpiecznikiem.

W przypadku stosowania PPTC jako ogranicznika prądu ważna jest jego właściwość samonagrzewania. W stanie normalnym PPTC jest w stanie przewodzącym. Gdy płynie prąd, podobnie jak wszystkie elementy, rozprasza on moc Pd = I²R, gdzie R jest rezystancją własną bezpiecznika. Jeśli prąd jest wystarczająco mały, wówczas straty mocy są małe. W tym przypadku przegrzanie elementu okazuje się nieznaczne i nie ma dużego wzrostu rezystancji w wyniku samonagrzewania.

Jeśli jednak prąd jest duży, następuje znaczne wytwarzanie ciepła. Jeśli temperatura przekroczy Tjunction, PPTC przejdzie w stan nieprzewodzący, a obwód elektryczny zostanie otwarty. Na tym polega istota stosowania PPTC jako elementu zabezpieczenia przed przetężeniem. Po usunięciu stanu alarmowego bezpiecznik ostygnie i przywróci swoje właściwości przewodzące.

Kluczowe cechy PPTC

Głównymi cechami operacyjnymi PPTC są parametry elektryczne i czasowe, a także zależność od temperatury.

Prąd trzymania (Ihold), A – maksymalny prąd, jaki PPTC może przepłynąć bez przejścia w stan nieprzewodzący w danej temperaturze otoczenia (zwykle podawany dla temperatury 20…25°C).

Prąd zadziałania (Itrip), A - minimalny prąd, przy którym PPTC przechodzi w stan nieprzewodzący w danej temperaturze otoczenia.

W większości przypadków przy wyborze bezpiecznika najważniejsze są charakterystyki prądowe.

prąd upływowy. PPTC w stanie nieprzewodzącym ma skończoną rezystancję. Oznacza to, że nie jest w stanie całkowicie przerwać obwodu i mogą przez niego płynąć prądy upływowe. Czasami ten parametr jest wskazany w dokumentacji.

Maksymalny prąd (Imax), A - maksymalny prąd, jaki PPTC może wytrzymać bez zniszczenia.

Maksymalne napięcie (Vmax), V - maksymalne napięcie, które PPTC może wytrzymać bez uszkodzeń, gdy przepływa maksymalny prąd Imax. Oczywiście wartość Vmax powinna pokrywać wymagania konkretnego zastosowania. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę nie tylko nominalne wartości napięcia, ale także możliwość wystąpienia zakłóceń. Na przykład w samochodach osobowych napięcie znamionowe sieci pokładowej nie przekracza 16 V, a poziom hałasu może przekraczać 100 V.

Straty mocy przejścia (Pd), W – moc wydzielana przez PPTC podczas przejścia w stan nieprzewodzący w danej temperaturze otoczenia.

Jak zauważono w poprzedniej sekcji, po przywróceniu PPTC jego rezystancja nie powraca do pierwotnej wartości. Wydaje się wyższy. Rezystancje PPTC przed instalacją, po instalacji i po renowacji będą różne. Dokumentacja podaje kilka różnych parametrów rezystancji.

Minimalna rezystancja początkowa (Rmin), Ohm - minimalna rezystancja PPTC w stanie przewodzącym przed montażem na płytce.

Maksymalna rezystancja po regeneracji (Rimax), Ohm – minimalna rezystancja PPTC po godzinie regeneracji w danej temperaturze otoczenia.

Czas reakcji, s - charakteryzuje czas potrzebny PPTC do przejścia w stan nieprzewodzący, gdy przepływa prąd. Wykazuje silną zależność od wielkości prądu i temperatury otoczenia. Im większy prąd i temperatura, tym szybciej następuje przejście. Zakres czasu odpowiedzi zaczyna się od milisekund.

Zakres temperatury roboczej, °C, z reguły wynosi -40…85°C. W tym zakresie bezpiecznik nie osiąga temperatury złącza.

Większość właściwości PPTC w dużym stopniu zależy od temperatury. Najważniejsza dla praktycznego zastosowania jest zależność temperaturowa prądu roboczego. Ma charakter liniowy (rysunek 3). Z rysunku widać, że prąd roboczy wzrasta trzykrotnie przy przejściu od 85°C do -40°C. Pozostałe parametry mają podobne zależności. Cechy te należy uwzględnić przy projektowaniu systemów zabezpieczeń.

Podczas gdy tradycyjne bezpieczniki mają wiele zalet, PPTC są niezbędne w wielu zastosowaniach.

Porównanie jakościowe bezpieczników tradycyjnych i PPTC

W większości przypadków wybór pomiędzy bezpiecznikami konwencjonalnymi a PPTC opiera się na wymaganiach konkretnego zastosowania. O zaletach i wadach każdego z rozwiązań decyduje zasada działania tych elementów zabezpieczających (tabela 1).

Tabela 1. Porównanie jakościowe bezpieczników i PPTC

Parametr Bezpiecznik Samonaprawiające się PPTC
Liczba zastosowań Pojedynczy Wiele
Koszty utrzymania Wymiana przy każdej operacji Zaginiony
Jakość ograniczenia Całkowite zerwanie łańcucha Występują prądy upływowe
Prądy upływowe, mA Zaginiony Do setek
Minimalny prąd roboczy Jednostki A Setki mA
Maksymalny poziom prądu granicznego, A tysiące Dziesiątki
Maksymalne napięcie, V Typowo: do 600 Typowo: do 60
Maksymalna temperatura robocza, °С 125 85
Zależność temperaturowa prądu wyzwalającego Słaby mocny
Wartość rezystancji w stanie przewodzącym, mOhm Dziesiątki setki
Czas odpowiedzi, godz Dziesiątki Dziesiątki

Bezpiecznik to metalowy przewodnik (lub drut), który topi się w przypadku wystąpienia przetężenia. W takim przypadku, aby przywrócić obwód przewodzący, konieczna jest wymiana bezpiecznika. W rezultacie do obsługi sprzętu potrzebny będzie personel konserwacyjny, co w większości przypadków jest wysoce niepożądane. PPTC są wolne od tej wady.

Z drugiej strony PPTC nie są w stanie całkowicie przerwać obwodu elektrycznego. Mają skończoną wartość rezystancji. Powoduje to powstawanie prądów upływowych. W przypadku wielu zastosowań może to być nie do przyjęcia. Bezpieczniki całkowicie przerywają obwód.

Ogólnie rzecz biorąc, bezpieczniki są używane w większych obwodach. Typowe dla nich prądy robocze zaczynają się od jednostek A. PPTC są odpowiednie dla urządzeń małej mocy, które należy chronić przed przeciążeniami, zaczynając od setek miliamperów.

Górna granica prądu dla bezpieczników znacznie przekracza możliwości PPTC i wynosi tysiące amperów.

Wartość mocy chronionych obwodów jest również ograniczona ze względu na rezystancję wewnętrzną bezpieczników w stanie przewodzenia. Bezpieczniki mają rezystancję kilkakrotnie niższą niż PPTC.

Kolejną zaletą bezpieczników jest mniejsza zależność od temperatury otoczenia (rysunek 3).

Zakres temperatur pracy PPTC jest węższy. Mają maksymalną temperaturę roboczą 85°C, podczas gdy konwencjonalne bezpieczniki mogą pracować w temperaturze 125°C.

Ważnym parametrem przy wyborze rodzaju elementu ochronnego jest maksymalne napięcie robocze. W przypadku PPTC typowe są napięcia do 60 V. W przypadku bezpieczników typowe napięcia sięgają setek woltów.

Nowoczesna elektronika przenośna nakłada ograniczenia na wymiary stosowanych podzespołów. Do montażu powierzchniowego PPTC dostępne są w miniaturowych obudowach, w tym 0402. Dzięki temu są niezastąpione w laptopach, telefonach komórkowych i innych gadżetach.

Podsumowując powyższe rozumowanie, można stwierdzić, że oba typy bezpieczników mają zarówno zalety, jak i wady. Wyboru między nimi można dokonać wyłącznie biorąc pod uwagę cechy konkretnego zastosowania.

PPTC będzie preferowane w wielu przypadkach:

  • w zastosowaniach wymagających minimalnych kosztów utrzymania;
  • do obwodów niskoprądowych i niskonapięciowych;
  • w elektronice przenośnej z ograniczeniami dotyczącymi wymiarów elementów;
  • w elektronice użytkowej, gospodarstwa domowego i innej, pracującej w wąskim zakresie temperatur.

Oto kilka konkretnych przykładów takich zastosowań (rysunek 4): sieci korzystające z Power Over Ethernet, USB 1.1 i USB 2.0, telefony komórkowe i ładowarki, interfejsy komputerowe, takie jak IEEE 1394 FireWire, telefony domowe i tak dalej.

Przegląd Littelfuse PPTC

Littelfuse oferuje resetowalne bezpieczniki POLYFUSE® do różnych typów instalacji:

  • Seria PPTC SMT,;
  • wyjściowa seria PPTC,;
  • Pasek akumulatorowy typu PPTC zoptymalizowany do zastosowań zasilanych bateryjnie.

Najpopularniejszymi odmianami bezpieczników resetowalnych są bezpieczniki PPTC do montażu powierzchniowego i bezpieczniki ołowiowe. Rozważmy je bardziej szczegółowo.

SMD PPTC. Oferta bezpieczników SMD obejmuje dziesięć serii (tabela 2). Wszystkie serie są przeznaczone do pracy w zakresie temperatur -40…85°C.

Tabela 2. SMD PPTC firmy Littelfuse

Nazwa Rozmiar Prąd podtrzymania, A Aktualny
operacja, A
Maksymalny
napięcie, V
Maksymalny
prąd, A
0402L 0402 (1005) 0,1…0,5 0,3…1,0 6 40/50 -40…85
0603 (1608) 0,04…0,5 0,12…1,0 6…15 40
0805 (2012) 0,10…1,10 0,3…2,00 6…24 40/100
1206 (3216) 0,125…2,00 0,29…3,5 6…30 100
1210 (3225) 0,05…2,0 0,15…4 6…30 10/100
1812 (4532) 0,10…3,0 0,3…5 6…60 10/20/40/100
2016 (5041) 0,30…2,00 0,6…4,2 6…60 20/40
2920 (7351) 0,30…5,00 0,6…10 6…60 10/40
0,13 0,26 60 3
0402…2920 0,1…7,0 0,3…14 6/12 40/50

Minimalny prąd podtrzymania wynosi 40 mA (szeregowo). Maksymalna wartość wynosi 7 A (seria LoRho, obudowa 2920).

Zakres możliwych wartości prądu wyzwalającego zaczyna się od 300 mA (seria ) i jest ograniczony do 14 A (seria LoRho, obudowa 2920).

Seria LoRho charakteryzuje się najniższymi wartościami rezystancji przewodzącej: Rmin od 1 mΩ, R1max od 7 mΩ (obudowa 2920).

Seria 0402L charakteryzuje się najmniejszymi wymiarami. Długość ciała wynosi dla nich 1 mm, a szerokość 0,5 mm.

Wyjście PPTC. Lista wyjściowych PPTC obejmuje siedem serii (tabela 3). Zakres temperatury pracy wszystkich bezpieczników resetowalnych na wyjściu wynosi -40…85°C.

Tabela 3. Wyjście Littelfuse PPTC

Nazwa Prąd podtrzymania, A Prąd pracy, A Maksymalny
napięcie, V
Maksymalny prąd, A Zakres temperatury roboczej, °C
0,75…2,50 1,3…5 6/16 40 -40…85
2,50…14,00 4,7…23,8 16 100
0,90…9,00 1,8…18 30 40
0,10…3,75 0,2…7,5 60 40
0,20…3,75 0,4…7,5 72 40
0,08…0,18 0,16…0,65 60 3/10
0,15…0,16 0,3…0,32 60 3

Seria o najniższym napięciu to USBR. Dla niej napięcie robocze wynosi 6 V. Seria ma maksymalne napięcie robocze 60 V w stanie przewodzącym i do 600 V w trybie przerwania prądu.

Minimalną dostępną wartość prądu trzymania osiąga się w szeregu - tylko 80 mA, a maksymalna wartość 14 A jest typowa dla przedstawicieli serii. Dla tej samej serii osiągnięto maksymalną wartość prądu wyzwalającego - 23,8 A.

Jak widać z prezentowanej recenzji, użytkownik ma do dyspozycji szeroki wybór PPTC. Aby znaleźć optymalny bezpiecznik do zastosowań standardowych i typowych, można skorzystać z zaleceń inżynierów Littelfuse (tabela 4).

Tabela 4. Zastosowania Littelfuse PPTC

Nazwa
Sprzęt telekomunikacyjny
Wymagania Ul60950, TIA-968-A, GR-1089 + + +
Wymagania ITU-T + + +
CPE (wyposażenie lokalu klienta) + + +
Telefonia analogowa + + +
T1/E1/J1 i HDSL + + +
ISDN + + +
ADSL + + +
Telefonia kablowa + + +
Centrala PBX/KTS i kluczowy system telefoniczny + + +
Technologia komputerowa
Procesory + + + +
USB + + + + + + + + +
IEEE1284 + + + + + +
IEEE 802.3 + + + + +
IEEE 1394 + + + +
porty we/wy + + + + + + +
Karta PC + + + + + + + + +
SCSI + + + + + + +
Port wideo + + + + + + +
monitory LCD + + + + + + + + +
elektroniki użytkowej
Dekoder + + + + +
Mikrofony +
Czytniki kart pamięci + +
Telefony komórkowe + + + + + +
Adaptery AC/DC + + + + + + + + + +
Wejścia urządzeń przenośnych + + + + + + + +
Kontrola silnika + + + + + +
Obwody o dużej indukcyjności + + + + + +
Wyposażenie medyczne
Łańcuchy pomiarowe + + +

Jeśli ma zastosować PPTC w niestandardowych obwodach, to warto skorzystać ze standardowego algorytmu selekcji zaproponowanego przez Littelfuse.

Algorytm wyboru Littelfuse PPTC

Algorytm zaproponowany przez inżynierów Littelfuse składa się z kilku kroków.

  • Na pierwszym etapie należy określić główne właściwości elektryczne obciążenia: znamionowy prąd i napięcie robocze, maksymalny dopuszczalny prąd, temperaturę otoczenia, maksymalny czas przebywania w trybie nadprądowym. Dodatkowo należy przewidzieć parametry możliwych stanów awaryjnych i zakłóceń: wartość możliwego prądu przeciążeniowego, poziom napięcia zakłócającego. Dodatkowymi wymaganiami mogą być ograniczenia dotyczące wymiarów i dopuszczalnej wartości rezystancji bezpiecznika. Jeśli aplikacja ma wymagania normalizacyjne, należy to również wziąć pod uwagę.
  • Drugim krokiem jest wybranie zgodnego PPTC.
  • Następnie należy sprawdzić czy wartości prądów trzymania i pracy nie mieszczą się w dopuszczalnych wartościach w całym zakresie temperatur pracy. Podobnie należy przeanalizować czas reakcji. Jeśli czas reakcji będzie zbyt długi, chronione urządzenie może ulec awarii. Z drugiej strony zbyt wczesne uruchomienie jest również zjawiskiem niepożądanym.
  • Należy sprawdzić, czy wybrany PPTC spełnia wymagania dotyczące poziomów napięć, biorąc pod uwagę zakłócenia.
  • W razie potrzeby należy sprawdzić ograniczenia dotyczące wymiarów zainstalowanego bezpiecznika.
  • Na koniec należy sprawdzić działanie obwodu w warunkach rzeczywistych.

Wniosek

Littelfuse produkuje szeroką gamę elementów pasywnych, takich jak bezpieczniki, bezpieczniki resetowalne, diody TVS i tak dalej.

Polimerowy samonaprawiający się PPTC w porównaniu do bezpieczników ma zarówno zalety, jak i wady. Jednak w wielu zastosowaniach PPTC są niezbędne (POE, USB, IEEE 1394 Firewire i inne).

Szeroki wybór pozycji pozwoli projektantom znaleźć najbardziej odpowiedni bezpiecznik zarówno do standardowych zastosowań, jak i specjalnych, unikalnych urządzeń.

Literatura

  1. Produkty termistorowe o dodatnim współczynniku temperaturowym (PTC). KATALOG PRODUKTÓW I PRZEWODNIK PROJEKTOWY. 2008, Littelfuse.
  2. Ochrona obwodów elektronicznych. Przewodnik wyboru produktu. 2013, Littelfuse.
  3. Dlaczego USB 2.0 wymaga zabezpieczenia obwodu? 2013, Littelfuse.
  4. Dokumentacja komponentów pochodzi z oficjalnej strony internetowej Littelfuse http://www.littelfuse.com/.

Dzień dobry, czytelnicy serwisu Popular Electronics! Dzisiaj w tej sekcji chciałbym bardziej szczegółowo omówić tak zwane bezpieczniki samonaprawiające się, które ostatnio są szeroko stosowane w różnych urządzeniach, sprzęcie gospodarstwa domowego, systemach ochrony urządzeń elektrycznych przed przepięciami i przegrzaniem oraz innych urządzeniach elektronicznych.

Dlaczego jest to tak ważne dla elektryka domowego? Pozwól mi wyjaśnić. Faktem jest, że podczas naprawy żyrandola, przełącznika lub ściemniacza w obwodzie elektrycznym tych urządzeń można znaleźć samoregenerujący się bezpiecznik, który zadziałał z powodu pewnych warunków i otworzył obwód. W rezultacie obwód żyrandola lub ściemniacza nie jest wywoływany przez tester, ani przez sondę i wskaźnik, i zaczynamy myśleć, że urządzenie jest niesprawne i należy je wymienić. Tak naprawdę wszystko może okazać się prostsze, a awarię można naprawić w ciągu kilku minut, nie wydając pieniędzy na zakup nowego żyrandola lub przełącznika.

W rzeczywistości bezpiecznik samoresetujący chroni urządzenie nie przed przepięciem (gwałtownym wzrostem napięcia elektrycznego w sieci domowej), ale przed silnym udarem prądu. Można się o tym dowiedzieć także z bloga elektryka (http://aprolex.by/blog.html). I tę funkcję w zasadzie pełnią również zwykłe bezpieczniki, ale nie są one przywracane po wyłączeniu, ale po prostu się przepalają.

W bezpieczniku samoregenerującym się, gdy prąd znamionowy zostanie przekroczony, jego opór elektryczny znacznie wzrasta, a prąd z kolei praktycznie przestaje płynąć. Po pewnym czasie rezystancja bezpiecznika wraca do normy i urządzenie znów jest w pełni sprawne. Z reguły jest to kilka minut. To czas, aby poczekać, aby zacząć rozumieć przyczyny awarii.

Ale takie bezpieczniki nie zawsze chronią sprzęt przed awarią. Udar prądu może być tak duży, że bezpiecznik nie ma czasu zadziałać, a kolejne elementy samego urządzenia ulegną awarii. Zdarza się, że samoresetujący bezpiecznik nadal działa na czas, ale jednocześnie sam się przepala. Można to znaleźć w przypadku dowolnego multimetru ustawionego na tryb ciągłości.

W takim przypadku naprawa urządzenia lub sprzętu polega na wymianie przepalonego bezpiecznika samoresetującego. Aby jednak zastąpić go tym, który zapewnia obwód urządzenia, konieczne jest ustawienie parametrów technicznych starego bezpiecznika. Zwykle są one oznaczone na jego ciele.

Główne parametry bezpieczników samoresetujących:

  • Napięcie robocze. Pokazuje, przy jakim napięciu w sieci bezpiecznik może pracować wystarczająco długo bez awarii. Z reguły w urządzeniu instalowany jest bezpiecznik o nieco wyższym napięciu roboczym niż to, dla którego samo urządzenie jest zaprojektowane.
  • Znamionowy prąd roboczy. Jest to maksymalny prąd płynący przez bezpiecznik, przy którym normalnie pracuje on bez zadziałania (bez otwierania obwodu).
  • Prąd operacyjny. Jest to minimalny prąd, przy którym zadziała resetowalny bezpiecznik. Ten parametr jest bardzo ważny, ponieważ bezpośrednio od niego zależy niezawodność ochrony urządzenia lub sprzętu. Jeśli wymienisz go na mniejszą wartość, bezpiecznik będzie działał częściej (daje fałszywe alarmy), jeśli zostanie zastąpiony na większą wartość, nie zadziała w odpowiednim momencie i sprzęt może ulec awarii.
  • Maksymalny prąd , który może wytrzymać bezpiecznik bez awarii.
  • Temperatura pracy.
  • Maksymalny i minimalny opór. Pierwsza wartość wskazuje rezystancję bezpiecznika po jego przepaleniu, a druga, gdy jest w stanie normalnym.
  • Szybkość reakcji. Im krótszy ten czas, tym lepiej.

Z reguły na samym bezpieczniku resetowalnym wskazane jest tylko napięcie robocze, temperatura i prąd roboczy - to najważniejsze parametry. Resztę znajdziesz w internetowym poradniku.

Bezpieczniki resetowalne są zminiaturyzowaną alternatywą dla tradycyjnych, nieporęcznych bezpieczników. Zapewniają nienaganną ochronę sprzętu komputerowego i przenośnego, urządzeń akumulatorowych, elektroniki samochodowej. Bourns oferuje szeroką gamę tych produktów.

Najbardziej powszechnym i standardowym zabezpieczeniem urządzeń elektronicznych przed sytuacjami awaryjnymi jest zastosowanie bezpieczników. Zgodnie z zasadą działania dzieli się je na cztery grupy: topliwe, samonaprawiające się, elektroniczne i elektromechaniczne. Zamiast tradycyjnych wkładek bezpiecznikowych, z każdym rokiem coraz częściej stosuje się miniaturowe bezpieczniki resetowalne. Urządzenia te, analogicznie do konwencjonalnych bezpieczników, są połączone szeregowo z obciążeniem (rys. 1), ale ich działanie ma wiele cech.

Bezpieczniki resetowalne to urządzenia ograniczające prąd w obwodzie, ale w odróżnieniu od konwencjonalnych wkładek bezpiecznikowych, nie tracą swojej funkcjonalności po zadziałaniu. Zazwyczaj resetowalne bezpieczniki to termistory PPTC.

PPTC (Polimeryczne urządzenie o dodatnim współczynniku temperaturowym) - urządzenia polimerowe o dodatnim współczynniku temperaturowym rezystancji. Po raz pierwszy tego typu urządzenia zostały odkryte, opisane i opatentowane przez Bell Labs w 1939 roku (numer patentu US#2,258,958).

Zasada działania bezpiecznika PPTC opiera się na zdolności polimeru do zmiany swojej struktury przewodzącej pod wpływem ogrzewania). Rysunek 2 przedstawia wyidealizowany logarytm rezystancji w funkcji temperatury bezpiecznika. W temperaturze pokojowej polimer ma strukturę krystaliczną, dzięki czemu ruch naładowanych cząstek odbywa się w sposób uporządkowany, a prąd w obwodzie jest określony przez wartość roboczą rezystancji obciążenia RL (rys. 1). W sytuacji awaryjnej prąd w obwodzie gwałtownie wzrasta, nagrzewając polimer. W określonej temperaturze następuje aktywacja bezpiecznika, a mianowicie stan fazowy polimeru zmienia się z krystalicznego na amorficzny (ryc. 3). W rezultacie rezystancja termistora gwałtownie wzrasta, a prąd w obwodzie jest teraz określany na podstawie wartości rezystancji RMF.

Obszary użytkowania

Bezpieczniki PPTC sprawdziły się jako niezbędny element ochrony w urządzeniach bezobsługowych z możliwością wystąpienia wielokrotnych przeciążeń oraz w urządzeniach, w których wymiana bezpiecznika jest problematyczna. Szczególnie istotna jest ochrona za pomocą bezpieczników PPTC w złączach elektroniki, gdzie obwody mocy mogą zostać zamknięte pod wpływem czynników zewnętrznych i doprowadzić do przetężenia. Inaczej mówiąc, zakres takich bezpieczników obejmuje komputery i urządzenia mobilne (telefony, tablety, odtwarzacze), transformatory, sprzęt odtwarzający dźwięk, silniki elektryczne, akumulatory, sprzęt medyczno-pomiarowy, elektronikę samochodową i sieci telekomunikacyjne.

Istnieje wiele norm regulujących potrzebę ochrony przed przeciążeniami prądowymi. Na przykład standardy PC 97, PC 98, PC 99 i PC 2001, które zostały opracowane wspólnie przez Microsoft i Intel dla komputerów zgodnych z IBM; USB OTG (opracowany przez USB Implementers Forum, Inc.); Telcordia GR-1089-CORE do ochrony interfejsu linii abonenckiej lub EN60742 do ochrony transformatora. Normy te można z powodzeniem spełnić stosując bezpieczniki Bourns MULTIFUSE® PPTC.

Specyfikacje

Ponieważ bezpieczniki resetowalne mają wyraźny dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji, ich działanie zależy od temperatury otoczenia. Aby zadziałać, bezpiecznik PPTC musi się nagrzać, aby przełączenie nie następowało natychmiastowo, ale przez pewien czas, który zależy nie tylko od temperatury otoczenia, ale także od prądu przeciążeniowego przepływającego przez bezpiecznik. Bezpiecznik pozostaje w stanie „gorącym”, zapewniając ciągłą ochronę tak długo, jak długo jest pod napięciem lub do czasu usunięcia przyczyn jego działania. Po usunięciu przyczyn wyłączenia bezpiecznik ostygnie i jego rezystancja ostatecznie powróci do wartości nominalnej.

W związku z powyższym w przypadku bezpieczników samoregenerujących można wyróżnić główne cechy.

Przepływający prąd, Ihold w 23°C to znamionowy prąd roboczy, tj. maksymalny prąd stały w temperaturze 23°C, który nie powoduje zadziałania bezpiecznika, tj. zmiany stanu z przewodzenia na rozwarcie.

Prąd operacyjny, Itrip przy 23°C, to minimalny prąd wymagany do przepalenia bezpiecznika przy 23°C.

Maksymalny dopuszczalny prąd roboczy, Imax, to prąd, który może zostać przerwany przez bezpiecznik w przypadku przeciążenia bez niebezpieczeństwa zniszczenia samego elementu zabezpieczającego.

Maksymalne napięcie robocze, Vmax, jest maksymalnym dopuszczalnym napięciem, które nie prowadzi do zniszczenia bezpiecznika przy znamionowym prądzie przewodzenia.

Czas odpowiedzi, Time to Trip lub ttrip przy 23°C, - okres czasu po wystąpieniu przeciążenia (dodatkowo wskazywany jest prąd pracy Itrip, przy którym mierzono czas, podczas którego spadek napięcia na bezpieczniku staje się większy niż 80% napięcia zasilania chronionego obwodu, czyli rezystancja elementu będzie znacznie większa.

Rozpraszanie mocy, Tripped Power Dissipation lub PD w temperaturze 23°C, to moc rozpraszana przez obudowę bezpiecznika w temperaturze 23°C.

Początkowy opór, Rezystancja początkowa Rmin lub Rmax w temperaturze 23°C to rezystancja bezpiecznika w określonych warunkach przed podłączeniem go do obwodu.

Opór godzinę po operacji, Rezystancja po wyłączeniu w ciągu jednej godziny lub R1max przy 23°CC to maksymalna rezystancja bezpiecznika w temperaturze 23°C po 1 godzinie od jego zadziałania lub ponownego zalania.

Bezpieczniki resetowalne stały się w ostatnich latach niezwykle popularne i wszyscy wiodący producenci komponentów do ochrony obwodów, w tym TE Connectivity (Raychem), LittleFuse i oczywiście Bourns, mają je w swoim portfolio. Bezpieczniki Bourns PPTC z rodziny Multifuse® (rysunek 4) są już dość dobrze znane na rynku rosyjskim, jednak różnorodność serii i konstrukcji wprowadza pewne zamieszanie u tych, którzy dopiero planują je stosować w swoich produktach. Postaramy się rozważyć najbardziej obiecującą i używaną serię tych bezpieczników.

Dane techniczne Multifuse® do montażu płaskiego i przelotowego przedstawiono w tabelach podsumowujących 1 i 2.

Tabela 1. Porównanie i zastosowanie enkoderów kontaktowych i bezkontaktowych

Nazwa Ihold, A Itrip, A Vmax, V Zakres pracy
temperatura,°C
1,2…4,2 2,7…7,6 15…30 -40…85
1,9…9 3,9…16,7 15…20 -40…85
1,8…3,4 3,8…6,8 15…24 -40…85
1,85…3 3,7…5,2 6…33 -40…85
0,55…2 1,2…4 10…60 -40…85
0,1…2,6 0,3…5,2 6…60 -40…85
0,05…1,75 0,15…3,5 6…30 -40…85
1,75…3,8 3,5…8 6 -40…85
0,12…2 2,29…4 6…30 -40…85
1,5…4 3…8 6 -40…85
0,1…1,1 0,3…2,2 6…15 -40…85
0,1 0,6 16 -40…125
0,1…0,5 0,3…1 6…15 -40…85
0,3…3 0,6…6 6…30 -40…85
1,36…1,6 2,72…3,2 16 -40…125
0,13 0,26 60 -40…85
0,13 0,26 60 -40…85
0,13 0,26 60 -40…85

Tabela 2. Dane techniczne bezpieczników wyjściowych Multifuse®

Nazwa Ihold, A Itrip, A Vmax, V Zakres pracy
temperatura,°C
0,05…11 0,1…22 16…60 -40…85
0,7…13 1,4…24 16 -40…125
0,05…0,55 0,12…1,25 240 (AC) -20…85
0,2…3,75 0,4…7,5 72 -40…85
0,55…0,75 1,1…1,5 90 -40…85
0,12…0,18 0,24…0,36 250 (AC) -40…85
0,15…0,16 0,3…0,32 600 (AC) -40…85

Odszyfrowanie nazwy bezpieczników PPTC serii Multifuse

Nazwy modeli bezpieczników mają wygodną i zrozumiałą strukturę, która ułatwia rozszyfrowanie głównych parametrów pracy. Ogólnie nazwa ma postać MF - UUUU ZZZ / YY X - V.

  • MF to skrót od nazwy serii Multifuse;
  • UUUU - seria bezpieczników:
    • MSMF, NSMF, PSMF, USMF, SM - planarne;
    • R, RG, RM - wyjście promieniowe;
    • S, SVS, VS, VSN - wyjście osiowe.

Nazwy serii zakończone literami HT wskazują na rozszerzony zakres temperatur pracy. Przykładowo dla serii SMHT temperatura pracy mieści się w zakresie -40…125°C, a dla serii SM -40…85°C.

  • ZZZ to prąd płynący przez bezpiecznik (Ihold). Na przykład wartość 030 odpowiada prądowi 0,3 A, a liczba 300 odpowiada 3 A;
  • YY - napięcie maksymalne (Vmax). Jeżeli w miejscu „YY” występuje przerwa, należy przyjąć standardowe napięcie dla tej serii, a jego wartość należy wyjaśnić w odpowiednim opisie;
  • X - znak zastosowania w produkcji technologii FreeXpansion Design™, która znacząco zwiększa stabilność parametrów polimeru przy dodatnim współczynniku temperaturowym podczas powtarzalnych operacji;
  • V - wymagania dotyczące opakowania:
    • V = 0 - elementy bez opakowania;
    • V = 2 - bezpieczniki dostarczane są w taśmach nawiniętych na szpule (ta opcja jest odpowiednia dla automatycznej linii instalacyjnej).

Na przykład model MF-MSMF 250/16 X-2 zakłada, że ​​używany jest bezpiecznik PPTC MSMF Multifuze firmy Bourns Planar Series o natężeniu 2,5 A przy 23°C i maksymalnym napięciu 16 V. Litera „X” oznacza, że ​​FreeXpansion Design™ Do produkcji wykorzystano technologię. Cyfra „2” oznacza opakowanie w kręgach po 1500 sztuk.

Algorytm doboru bezpiecznika PPTC

Przy wyborze bezpiecznika samoresetującego PPTC należy określić następujące parametry:

  1. prąd znamionowy przez bezpiecznik (Ihold);
  2. maksymalne napięcie, jakie można przyłożyć do bezpiecznika PPTC (Vmax);
  3. maksymalny prąd awaryjny (Imax);
  4. maksymalna temperatura pracy Twojego urządzenia;
  5. Kształt skrzynki bezpieczników.

Należy pamiętać, że przy wyborze bezpiecznika należy wziąć pod uwagę zależność prądu przesyłowego Ihold od temperatury otoczenia. Dla każdej serii bezpieczników podane są tabele współczynników korekcyjnych pozwalających uniknąć przypadkowych zadziałań (tabela 3).

Tabela 3. Zależność prądu transmisji Ihold od temperatury otoczenia dla serii MF-MSMF

Nazwa Ihold, A
Temperatura otoczenia, °C
-40 -20 0 23 40 50 60 70 85
0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,07 0,06 0,05 0,03
0,23 0,19 0,17 0,14 0,12 0,1 0,09 0,08 0,06
0,29 0,26 0,23 0,2 0,17 0,15 0,14 0,12 0,1
0,29 0,26 0,23 0,2 0,17 0,15 0,14 0,12 0,1
0,44 0,39 0,35 0,3 0,26 0,23 0,21 0,18 0,15
0,77 0,68 0,59 0,5 0,44 0,4 0,37 0,33 0,29
1,15 1,01 0,88 0,75 0,65 0,6 0,55 0,49 0,43
1,15 1,01 0,88 0,75 0,65 0,6 0,55 0,49 0,43
1,59 1,43 1,26 1,1 0,95 0,87 0,8 0,71 0,6
1,59 1,43 1,26 1,1 0,95 0,87 0,8 0,71 0,6
2 1,7 1,4 1,1 0,95 0,88 0,8 0,73 0,61
1,8 1,63 1,43 1,25 1,08 0,99 0,91 0,81 0,68
2,17 1,95 1,72 1,5 1,3 1,18 1,09 0,97 0,82
2,1 1,9 1,7 1,5 1,25 1,13 1 0,88 0,69
2,3 2,2 1,9 1,6 1,45 1,3 1,15 1,03 0,91
3,08 2,71 2,35 2 1,8 1,6 1,5 1,4 1,25
3,9 3,42 2,96 2,5 2,24 1,98 1,85 1,29 0,94

Przykłady użycia

Rozważ problem stworzenia ochrony urządzeń elektronicznych przed sytuacjami awaryjnymi, gdy urządzenie przenośne zasilane jest z USB 2.0. Pobór prądu z magistrali zasilającej USB nie może przekraczać 500 mA. Załóżmy, że urządzenie pracuje w ekstremalnej temperaturze 70°C. Napięcie zasilania USB mieści się w przedziale 4,4...5,25 V. Kierując się dokumentacją wybierzemy modele o odpowiednim maksymalnym napięciu pracy (w tym przypadku 6 V). Na liście takich modeli znajdą się MF-MSMF110, MF-MSMF125, MF-MSMF150 i inne. Sprawdźmy teraz, czy nadają się one do prądu trzymania (Ihold), biorąc pod uwagę poprawkę na wysoką temperaturę otoczenia. Odnosząc się do tabeli 3 widzimy, że każdy z wymienionych bezpieczników jest odpowiedni do naszego zadania i dla tego parametru czas działania będzie jednak nieco inny. Warto zaznaczyć, że przepływ prądu o natężeniu 0,5 A przez Multifuse nie powoduje nagrzewania się samego urządzenia, gdyż wydzielana moc i spadek napięcia są znikome. Typowy schemat organizacji ochrony portu USB pokazano na rysunku 5.

W celu zabezpieczenia przed wyładowaniami elektrostatycznymi zaleca się montaż warystorów CG0603MLC-05E z rodziny Chip Guard lub dwukierunkowych diod TVS (tłumików) CDSOD323-T05C. Zgodnie z normą bezpieczeństwa UL60950 port musi wytrzymać zwarcie przez 60 sekund bez zapłonu.

Innym przykładem jest oświetlenie LED. Sterownik, zwany także źródłem prądu, ze stabilizacją prądu wyjściowego, musi być zaprojektowany dla obszaru bezpiecznej pracy obciążenia LED. Najczęściej takie urządzenia wykonuje się za pomocą kontrolera PWM wysokiej częstotliwości ze sprzężeniem zwrotnym na temat prądu przepływającego przez diody LED. Powszechnie wiadomo, że diody LED są bardzo wrażliwe na przegrzanie. Aby zapewnić normalną żywotność i niezawodne działanie, temperatura złącza p-n nie powinna przekraczać 85°C. Bourns zaleca stosowanie urządzeń PTC z diodami LED w celu zabezpieczenia ich przed przegrzaniem.

Rysunek 6 przedstawia zintegrowaną ochronę oprawy LED w połączeniu z kluczowym zasilaczem. W oparciu o specyficzne wymagania projektu należy dostosować parametry prezentowanych komponentów. Do ochrony temperaturowej i prądowej proponuje się zastosowanie miniaturowej serii MF-MSMF. Na przykład Multifuse MF-MSMF075 (Ihold = 0,75 A, Vmax = 13,2 V) przechodzi ze stanu przewodzącego o niskiej rezystancji do stanu o wysokiej rezystancji w ciągu 0,2 sekundy przy prądzie zwarciowym Itrip = 8 A i temperaturze bezpiecznika 23°C .

Oprócz samoresetującego się bezpiecznika, Bourns® oferuje rezystory o wysokiej precyzji i niskim współczynniku temperaturowym (75 PPM) z rozpraszaniem do 3 W jako rezystory wykrywające prąd (np. seria CRA2512) w standardowym pakiecie 2512 do zastosowań LED, kompaktowych cewek indukcyjnych (seria SRU1048) do montażu płaskiego o wysokości mniejszej niż 4,8 mm przy prądach do 7,8 A, a także diody Schottky'ego (seria CD1005-B0520) o napięciu wstecznym do 30 V.

Tłumiki (diody TVS) serii SMAJ o napięciu 5 ... 179 V i mocy rozpraszanej do 400 W.

Warto zwrócić szczególną uwagę na bezpieczniki resetowalne serii MF-RM. Specjalnie zaprojektowane do jednofazowego napięcia 220 V AC, samoresetujące bezpieczniki Bourns Multifuse eliminują potrzebę stosowania kosztownych wyłączników wejściowych lub bezpieczników. Seria MF-RM sprawdziła się jako doskonała ochrona przed przetężeniem i przegrzaniem w zastosowaniach takich jak liczniki energii elektrycznej, wentylatory elektryczne, ekspresy do kawy i inne urządzenia kuchenne, a także we wszelkiego rodzaju zasilaczach prądu przemiennego. Czas działania bezpieczników samoresetujących serii MF-RM jest znacznie krótszy niż wyłączników i wkładek bezpiecznikowych. Rysunek 7 pokazuje schemat organizacji ochrony urządzeń podłączonych do jednofazowej sieci prądu przemiennego. Razem z bezpiecznikiem serii MF-RM zaleca się stosowanie warystora serii MOV-10DxxxK w celu zabezpieczenia obciążenia przed ewentualnymi skokami napięcia w sieci.

Bezpieczniki resetowalne mają wiele interesujących zalet:

  • Szybka odpowiedź. Komponenty PPTC mają niższą pojemność cieplną niż inne rozwiązania i szybciej się nagrzewają. Dzięki temu działają szybciej.
  • Mniejszy rozmiar. Komponenty PPTC zajmują mniej miejsca na płycie i są łatwiejsze do zintegrowania z produktem.
  • Połączona ochrona przed przetężeniem lub przegrzaniem urządzenia. Wygoda rozwoju polega na tym, że w jednej skrzynce bezpiecznikowej PPTC łączy się zarówno zabezpieczenie przed przekroczeniem prądu progowego, jak i przeciążeniem termicznym, co pozwala zaoszczędzić na kosztach produktu końcowego.
  • Stabilna ochrona. Komponenty PPTC zapewniają, że obwód pozostanie otwarty przez cały czas awarii systemu.
  • Bezobsługowy. Działanie obwodu zostanie wznowione po usunięciu przetężenia i ostygnięciu bezpiecznika, bez konieczności interwencji personelu konserwacyjnego. Nie ma potrzeby zmiany złącza topikowego ani ręcznego włączania wyłącznika!

Wniosek

Problem maksymalnej oszczędności miejsca na płytce ostro podnosi kwestię minimalizacji wymiarów elementów zabezpieczających. Bezpieczniki samoresetujące doskonale wpisują się w tę koncepcję, będąc miniaturową alternatywą dla tradycyjnych, nieporęcznych bezpieczników, zapewniając nienaganną ochronę komputerów i laptopów, urządzeń akumulatorowych i elektroniki samochodowej. Innymi słowy, wszędzie tam, gdzie jest zasilanie i obciążenie, wskazane jest zastosowanie bezpiecznika PPTC. COMPEL, oficjalny dystrybutor Bourns, oferuje szeroką gamę PPTC z magazynu i na zamówienie, a także wsparcie techniczne, bezpłatne próbki i dostawy projektów po specjalnych cenach.

Literatura

  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Electrical_fuse
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Resettable_fuse
  3. http://www.usb.org/developers/presentations/pres0500/Hosler_USB_PM.ppt
  4. http://bretford.com/resources/downloads/brochures/UL%20White%20Paper.pdf
  5. https://www.bourns.com/data/global/pdfs/Bourns_CPK1173_LED_Lighting_AppNote.pdf
  6. https://www.bourns.com/data/global/pdfs/Bourns_CP_Smart_Meter_Power_Comm_White_Paper.pdf.