Jak wybrać bezpiecznik? Topliwe linki kontra Polyfuse?

Zdaję sobie sprawę, że jest to niezwykle szeroki obszar tematyczny, ale muszę wiedzieć, jak wybrać bezpiecznik do ochrony obwodu.

Niedawno tani zasilacz kolegi wysadził się dość spektakularnie (dwa główne MOSFET-y wysadziły w powietrze - martwe szorty). Zużył 400 W, ale na PCB powiedział 235 W (więcej leżących zasilaczy.) Mimo, że 235 W było około 1A przy 230Vac, użył bezpiecznik szklany 5A. Dlaczego tak przeceniony? Jednak bezpiecznik został przepalony, więc zadziałał. Bezpiecznik wtyczkowy NIE wybuchł.

W moim projekcie Super OSD staram się chronić obwód, który wykorzystuje maks. 455 mA. Używam polifuse 500mA. Czy podobne porady dotyczą polifusów? Czy potrzebowałbym większego polyfuse?

Bezpieczniki to trudny temat. Bezpiecznik 5A może pozostać nienaruszony przy 7A, ale przepalić przy 6A. Wszystko zależy od tego, jak aktualny wzór jest w czasie. W szklanych cylindrycznych bezpiecznikach znajdują się szybkie typy (oznaczone „F”, w rzeczywistości dla niemieckiego słowa „Flink”), które wybuchną, jeśli prąd znamionowy zostanie przekroczony nawet przez krótki czas, i są bezpieczniki zwłoczne (oznaczone „ T ”, od niemieckiego słowa„ Trage ”), który wytrzyma krótkie skoki. Większość zasilaczy korzysta z tego drugiego, ponieważ spowoduje to wzrost prądu podczas włączania.

Samonaprawiające się bezpieczniki, takie jak PolyFuse, są urządzeniami PTC, których rezystancja wzrośnie do bardzo wysokich wartości, jeśli zostaną podgrzane przez zbyt duży prąd, ale nigdy nie stanowią prawdziwej przerwy. Gdy ostygną, będą przewodzić ponownie, a obwód może ponownie działać, pod warunkiem usunięcia przyczyny wyzwolenia. Ponieważ musi reagować na ogrzewanie, PolyFuse będzie miał pewną rezystancję, znacznie większą niż bezpiecznik szklany. Rozmiar PolyFuse będzie zależeć nie tylko od jego bieżącej oceny, ale także określa, jak szybko zareaguje. Powinno być jasne, że część 0805 zareaguje szybciej niż dysk o średnicy 20 mm.

edytuj
Wykres pokazuje, jak różne są bezpieczniki PTC od bezpieczników metalowych:

Jeśli wystąpi nadprąd, rezystancja wzrośnie, zmniejszając szybko prąd (1/10 sekundy) do 1/10 wartości, po czym prąd będzie nadal spadał, ale znacznie wolniej i zawsze pozostanie prąd; nie dostajesz całkowitej przerwy. Dotyczy to małej wersji SMT 0603. Wersja radialna, taka jak 600R, reaguje znacznie wolniej ( 10 sekund, aby przejść do 1/10 prądu), więc jasne jest, że PolyFuse tak naprawdę nie ochroni przed zwarciami: do czasu, gdy prąd zostanie zredukowany do bezpiecznego wypoziomować kilka składników.

Wybór bezpiecznika powinien zależeć od tego, przed czym chcesz chronić. Jeśli jest to nadmierny prąd z powodu wady komponentu, nie chcesz samonaprawiającego się urządzenia, chcesz zatrzymać produkt do czasu jego naprawy. (W tej odpowiedzi wyjaśniłem, dlaczego ten rodzaj bezpiecznika nie powinien być wymienialny przez użytkownika.) W przypadku bezpiecznika mocy nie wybieraj PTC. OTOH, jeśli wysokie wartości szczytowe prądu są normalne w twoim produkcie, ale nie chcesz przewymiarować swoich komponentów, aby sobie z tym poradzić, PTC może pomóc.

Bezpieczniki są często oceniane na dwa lub więcej razy niż maksymalny normalny prąd roboczy. Wynika to z trzech powodów. Po pierwsze, bezpiecznik ma chronić przed czymś katastroficznym, zwykle krótkim. W większości przypadków rzeczywiste zwarcie pobiera wielokrotnie prąd oczekiwany. Po drugie, chcesz marginesu. Nie chcesz, aby zadziałał bezpiecznik tylko dlatego, że urządzenie przez pewien czas osiągało zamierzony prąd, a prąd ten był może nieco wysoki z powodu tolerancji części, napięcia sieciowego lub cokolwiek innego. Po trzecie, nawet podczas normalnej pracy wiele urządzeń będzie miało przejściowe wysokie wartości przejściowe prądu. Na przykład uruchomienie silnika wymaga dużego prądu, staroświecka lampa LEB (żarówka emitująca światło) może pobierać kilkakrotnie prąd znamionowy przez kilka milisekund, zanim osiągnie temperaturę roboczą,

Niektóre bezpieczniki to „powolne uderzenia”, które zostały specjalnie zaprojektowane, aby pobudzić prąd powyżej ich wartości znamionowej na chwilę. Dotyczy to urządzeń, w których normalne stany przejściowe mogą zająć więcej niż kilka ms lub 10 ms.

Jeśli chodzi o polyfuse, dokładnie sprawdź arkusz danych i zobacz, jaka rezystancja jest przy zamierzonym prądzie. Może ci się nie podobać spadek napięcia na polifuse 500 mA przy 455 mA. Zastanów się także, przed czym tak naprawdę chcesz chronić. Jeśli coś w twoim urządzeniu zawiedzie i pobiera 750mA, czy naprawdę potrzebujesz bezpiecznika, aby się wyłączyć? Coś już się zepsuło, więc bezpiecznik przez większość czasu nie chroni obwodu. Zwykle ma to na celu uniknięcie pożaru i podpalenia czyjegoś domu. Nie wiem, jakie jest twoje urządzenie, ale jeśli pobór prądu 750mA nie spowoduje jego znacznego nagrzania, prawdopodobnie nie potrzebujesz tak mocno zestawu bezpieczników. Moja pierwsza reakcja na szarpnięcie kolanem to zacząć od bezpiecznika 1A, jeśli oczekujesz 455 mA, ale nie znam szczegółów twojego urządzenia.

Powinieneś mieć trzy prądy w bezpieczniku Poly:

• Obecne wstrzymanie
• Aktualna podróż
• Aktualny maks

Większość, które widziałem, ma znacznie szersze odstępy niż na to pozwalasz. Na przykład, jeśli obwód pobiera maks. 455 mA, bieżąca podróż powinna być nieco powyżej tego, ale twój prąd powinien to obsłużyć.

Patrząc na PTC, który ma prąd trzymający 400 mA, ma wyzwalanie 800 mA i maksymalny prąd 40A. Jeśli projektujesz zbyt blisko, potkniesz się podczas normalnego użytkowania.

Jeśli 455mA jest absolutnym maksimum, które twój obwód może obsłużyć, ale normalnie działa przy 200mA, to prawdopodobnie zadziała bezpiecznik z wyzwalaczem około 500mA. Jeśli Twoja normalna praca jest bliższa 455 mA, być może będziesz musiał pozwolić, aby poradził sobie z większym prądem przed wyłączeniem bez uszkodzenia.

Większość bezpieczników, zwłaszcza bezpieczników wielozadaniowych, nie powinna zasadniczo polegać na ochronie obwodów przed uszkodzeniem innym niż zapalenie się, z wyjątkiem tych, które są w stanie wytrzymać prądy znacznie powyżej tych, z którymi normalnie by sobie poradziły. Często, zanim zadziała bezpiecznik, cokolwiek miało być przełączane, prąd zostanie zniszczony, a bezpiecznik będzie ostatnią rzeczą w obwodzie, która nadal jest zdolna do przerywania prądu. Lepsze niż rozpalenie ognia, ale wciąż nie świetne.

Jeśli konieczne jest zabezpieczenie obwodów przed uszkodzeniem, zwykle lepiej jest zastosować kombinację ograniczania prądu i powrotu termicznego w pierwotnych elementach przełączających. Należy pamiętać, że samo ograniczenie prądu jest często wystarczające tylko w zastosowaniach niskonapięciowych, a sam powrót termiczny jest wystarczający tylko wtedy, gdy wiadomo, że ogranicza prąd (widziałem układy sterownika silnika, które twierdziły, że są „chronione przed przeciążeniem termicznym”) np. rozbłyski drogowe wystarczająco gorące, aby stopić moc i płaszczyzny uziemienia pod nimi, gdy są zasilane przez źródło prądu 20 A i podłączone do zwarcia). Ponadto, nawet jeśli istnieją mechanizmy ograniczające prąd i cofania termicznego, należy nadal stosować bezpiecznik, jeśli spontaniczna awaria zwarcia (np. ESD) może spowodować pożar. Bezpieczniki często nie są dobre na wiele innych niż zapobieganie pożarom,