Как выбрать предохранитель
Выбрать предохранитель для вашей схемы не так просто, как кажется. Правильный может защитить ваших пользователей и ваши схемы.
Потребность в предохранителе и то, как его выбрать, легко упростить. Мы все были раздражены или рассержены перегоревшим предохранителем. Иногда нам хочется, чтобы в наших схемах не было такого компонента. С появлением системы распределения электроэнергии в 1800-х годах предохранители стали важным средством предотвращения пожаров. Электрические системы нуждаются в них по той же причине. Электронные системы имеют те же проблемы с пожаром, и им тоже нужны предохранители (рис. 1). Предохранители также предотвратят поражение пользователей опасным напряжением.
1. Предохранители защищают пользователей от ударов, а изделия - от возгорания. Хотя эта печатная плата вышла из строя, она не стала причиной возгорания.
Какой-то анонимный болван придумал афоризм: «Двадцатидолларовый транзистор всегда сгорит, чтобы защитить десятицентовый предохранитель». Предохранитель не предназначен для защиты транзистора. Он был бы еще менее пригоден для защиты лазерного диода, так как он выходит из строя при перегрузке по току в несколько наносекунд.
Предохранители идеально подходят для защиты проводов и следов печатных плат от плавления и возгорания. Это может произойти, когда короткое замыкание возникает из-за истирания проводов или замыкания магнитного провода из-за вибрации и сжатия из-за переменного магнитного поля. Другая распространенная неисправность связана с электролитическими и танталовыми конденсаторами, которые могут выйти из строя при коротком замыкании.
Вместо того, чтобы рассчитывать на предохранитель для защиты ваших транзисторов, вы можете запитать схему, которую вы разрабатываете, с помощью лабораторного источника питания и установить предел тока в амперах или около того. Вы хотите установить ток меньше, чем при плавлении связующего провода внутри транзистора или ИС. Тогда ваша некорректная схема просто станет горячей, вместо того, чтобы взорваться. После того, как вы все заработаете, вы можете спроектировать плавкий предохранитель.
Потребность в предохранителе
Для всего, что питается от источника с низким сопротивлением, нужен предохранитель. Это может быть продукт, который подключается к розетке, питается от аккумулятора или работает от генератора переменного тока в автомобиле. Источник с низким импедансом будет обеспечивать большой ток, который расплавит медь и приведет к возгоранию (рис. 2). Underwriters Laboratories была основана, чтобы помочь страховым компаниям снизить риски страхования от пожаров. Предохранитель может защитить людей от короткого замыкания на корпусе, а также уберечь изделие от возгорания.
2. Эта плата была неправильно расплавлена. Предохранитель должен был перегореть задолго до того, как было израсходовано такое количество энергии, что привело к серьезному пожару.
Выберите пакет предохранителей
Как и в большинстве случаев, ваше приложение определит, какой предохранитель вы будете использовать. Возможно, вам понадобится высоковольтный предохранитель. Если ваш продукт в основном продается в США, тогда обычный 1/4 дюйма. предохранитель может быть подходящим. В Европе распространены стеклянные предохранители размером 5х20 мм. Для автомобильных работ во всем мире используются плавкие предохранители. Электрораспределитель может посоветовать вам правильный тип промышленного предохранителя. Если вы защищаете следы на печатной плате, идеально подходят плавкие предохранители для поверхностного монтажа (рис. 3).
3. Вы можете припаять предохранители для поверхностного монтажа прямо на печатную плату. У этого есть небольшие зажимы, которые отделяют тепло пайки от предохранителя и обеспечивают легкую замену предохранителя.
Часто вам просто нужно посмотреть на продукты, похожие на ваши, и посмотреть, какие предохранители они использовали. Как говорил мой наставник: «Это не копирование; он использует предшествующий уровень техники ».
Оцените скорость предохранителя
После того, как вы установили пакет предохранителей, возможно, в сочетании с этими усилиями вы должны выбрать скорость предохранителя. Быстродействующий предохранитель сработает быстро, прежде чем провода, дорожки или устройства станут слишком горячими. Тем не менее, быстрый удар может стать причиной неприятного отказа из-за кратковременной перегрузки.
4. График зависимости тока от времени показывает, насколько быстро предохранитель перегорит при любом заданном токе. Имеет логарифмическую шкалу. Обратите внимание, что предохранитель на 1 А сработает через 10 000 секунд при подаче ровно 1 А. (Предоставлено Bel Fuse)
Лампы накаливания, емкостные нагрузки, а также линейные и импульсные источники питания имеют большой бросок тока при их включении. Что может быть сложно в отношении нагрузок, питаемых от сети переменного тока, так это то, что при их включении бросок тока может быть менее серьезным, если вы переключаете их, когда входное напряжение просто оказывается равным нулю вольт. Вы должны учитывать условия, когда подключаете питание прямо на максимальное напряжение. Это создаст более сильный и короткий импульс тока, который может открыть быстродействующий предохранитель.
Определите размер предохранителя
Однажды я разработал ультрафиолетовый ластик для пластин UVPROM в полупроводниковой машине. Я знал, что если сработает предохранитель, это значит, что что-то серьезно сломано; случайных поездок не будет, по крайней мере, я так думал. Моя ошибка заключалась в том, что размер предохранителя был слишком близок к ожидаемой нагрузке от высоковольтного линейного трансформатора.
В моей лаборатории он работал нормально, но когда маркетологи отнесли его в Electronica в Мюнхен, Германия, машина работала от 50-тактного переменного тока. Эта более низкая частота означала, что трансформатор имел большие потери и потреблял больше тока. У меня оставалось так мало места, что прямо перед выступлением перегорел предохранитель. К счастью, я использовал европейские предохранители 5 × 20 мм, поэтому я сказал персоналу выставки купить более сильноточные предохранители на месте, снять крышку и вставить предохранители.
К сожалению, несмотря на объяснение моей ошибки, руководство настояло на том, чтобы вместо зажимов предохранителей, установленных на печатной плате, я вставил съемные держатели предохранителей снаружи коробки, что усложнило сборку проводов. Вот что происходит, когда отдел маркетинга берет ваш прототип со скамейки запасных и несет его на выставку. Тридцать лет спустя я все еще негодую по поводу того, что нужно снимать зажимы предохранителей на печатной плате.
Когда я работал в компании по тестированию полупроводников, меня вызвали помочь со стандартами оборудования, необходимого для питания тестера. Предыдущий инженер увеличил размер предохранителей, исходя из максимального потенциального тока, потребляемого сотнями источников питания в устройстве. Мне пришлось растянуть Национальный электротехнический кодекс и правила, касающиеся параллельных цепей, чтобы доказать, что автоматические выключатели (или предохранители) соответствуют размеру проволоки, питающей машину, а не непредвиденной максимальной нагрузке, которая никогда не случится в реальной жизни. Это сэкономило около 10 000 долларов на установке и порадовало клиентов.
Точно так же домашний инспектор в доме, который я недавно купил, сказал, что автоматические выключатели на главной панели слишком велики для 4-тонного кондиционера. Это та же проблема - если провода достаточно толстые для выключателей на 70 А, то можно использовать выключатель большего размера, чем требуется для кондиционера. Предохранители на соединении с блоком переменного тока рассчитаны на защиту этой нагрузки. Вы можете подключить нагрузку 2 А к розетке, не заменяя выключатель на 20 А в панели для более низкой нагрузки. Прерыватель (или предохранитель) защищает домашнюю проводку от возгорания. Изделие 2-A должно иметь собственную защиту от возгорания и короткого замыкания.
Все это означает, что вы должны рассчитывать предохранитель исходя из того, что нужно остановить возгорание, а не на 10% выше рабочего тока. Измерьте рабочий ток при всех условиях и при любых температурах, в отличие от меня, при входной частоте 50 циклов, если необходимо. Помните, что любая система питания с шиной постоянного тока будет иметь большой пусковой ток при первом включении. Предохранитель должен выдержать это, даже если какой-нибудь ребенок щелкнет выключателем десяток раз за несколько секунд.
Вполне возможно, что номинальный ток предохранителя в конечном итоге увеличится в два или даже в 10 раз больше рабочего тока. Ваша задача - устранить мешающее срабатывание предохранителя, одновременно убедившись, что любой отказ или короткое замыкание приведут к его срабатыванию перед началом пожара. Как отмечалось выше, вы можете попробовать использовать плавкий предохранитель с задержкой срабатывания, чтобы преодолеть некоторые проблемы с пусковым током, при этом защищая вашу цепь от огня.
Заключение
Чтобы ваша схема не расплавилась и не загорелась, никогда не помешает вставить предохранитель во вход. Что касается больших электролитических конденсаторов, некоторые недорогие потребительские товары имеют дорожки печатной платы меньшего размера, поэтому при коротком замыкании конденсатора дорожка печатной платы плавится, служа предохранителем. Однако это не лучшее решение, поскольку медь имеет высокий температурный коэффициент, а процесс производства печатной платы не контролирует потребности вашего импровизированного медного предохранителя.
Лучше использовать небольшие предохранители для поверхностного монтажа, которые работают гораздо более предсказуемо. Таким образом, когда техник заменяет закороченные электролитические конденсаторы, он или она может впаять новый предохранитель. При ночной доставке конденсаторы и предохранители можно было заказать во время ужина и доставить в 10:00 на следующий день. А еще лучше, чтобы следов оплавления печатной платы не было. Если их отремонтировать с помощью шинопровода, то ток предохранителя будет слишком высоким, и продукт может загореться при следующем коротком замыкании электролитических конденсаторов. Производитель предохранителей Dissmann 20 лет с 2000 г. Требуется агент / дистрибьютор / дилер / торговец / импортер / OEM-производитель предохранителей.