Запобіжники, що самовідновлюються. Міфи та реальність

У коментарях до моєї минулої статті мене неодноразово докоряли за те, що не згадав спосіб захисту з використанням запобіжника, що самовідновлюється. Щоб виправити цю несправедливість, спочатку хотів просто додати до статті додаткову схему захисту та коротке до неї пояснення. Однак вирішив, що тема запобіжників, що самовідновлюються, заслуговує на окрему публікацію. Справа в тому, що їхня назва не надто відображає суть речей, а копатися в даташитах і розбиратися в принципі роботи при застосуванні таких "елементарних" компонентів, як запобіжник, часто починають вже після того, як почала глючити перша партія плат. Добре, якщо не серійна. Отже, під катом на вас чекає спроба розібратися, що ж це за звір такий PolySwitch, Оригінальна назва, до речі, краще відображає суть приладу, і зрозуміти з чим його їдять, як і в яких випадках має сенс використовувати його.

Фізика теплого тіла.

PolySwitch, це PPTC(Polymeric Positive Temperature Coefficient) - прилад, який має позитивний температурний коефіцієнт опору. По правді, набагато більше загальних рис він має з позистором, або біметалевим термозапобіжником, ніж із плавким, з яким його зазвичай асоціюють не в останню чергу завдяки зусиллям маркетологів.
Вся хитрість полягає в матеріалі з якого наш запобіжник виготовлений - він являє собою матрицю з полімеру, що не проводить струм, змішаного з технічним вуглецем. У холодному стані полімер кристалізований, а простір між кристалами заповнено частинками вуглецю, що утворюють безліч ланцюжків, що проводять.

Якщо через запобіжник починає протікати занадто великий струм, він починає нагріватися, і в якийсь час полімер переходить в аморфний стан, збільшуючись у розмірах. Через це збільшення вуглецеві ланцюжки починають розриватися, що викликає зростання опору, і запобіжник нагрівається ще швидше. Зрештою опір запобіжника збільшується настільки, що він починає помітно обмежувати струм, що протікає, захищаючи таким чином зовнішній ланцюг. Після остигання приладу відбувається процес кристалізації і запобіжник знову стає чудовим провідником.
Як виглядає температурна залежність опору видно з наступного малюнка

На кривій відмічено кілька характерних для роботи приладів точок. Наш запобіжник є відмінним провідником, поки температура знаходиться в робочому діапазоні Point1< T

Ідеальний сферичний кінь у вакуумі.

Час переходити від теорії до практики. Зберемо просту схему захисту нашого цінного пристрою, настільки просту, що зображена за ГОСТом вона виглядала б просто непристойно.

Що ж відбуватиметься, якщо в ланцюзі раптом виникне неприпустимий струм, що перевищує струм спрацьовування? Опір матеріалу, з якого прилад виготовлений, почне зростати. Це призведе до збільшення падіння напруги на ньому, а значить і потужності, що розсіюється, рівної U*I. В результаті температура зростає, це знову призводить до ... Загалом починається процес лавиноподібного нагрівання приладу з одночасним збільшенням опору. В результаті провідність приладу падає на порядки і це призводить до бажаного зменшення струму ланцюга.
Після того як прилад остигає його опір відновлюється. Через деякий час, на відміну від запобіжника із плавкою вставкою, наш Ідеальний Запобіжник знову готовий до роботи!
Чи ідеальний? Давайте озброївшись нашими скромними знаннями у фізиці приладу, спробуємо розібратися в цьому.

Гладко було на папері, та забули про яри.

Мабуть, головна проблема полягає у часі. Час взагалі така субстанція, яку дуже важко перемогти, хоч багатьом дуже хотілося… Але не будемо про політику – ближче до наших полімерів. Як ви напевно вже здогадалися, я веду до того, що зміна кристалічної структури речовини набагато триваліший процес, ніж перебудова дірок з електронами, наприклад, у тунельному діоді. Крім цього, щоб розігріти прилад до потрібної температури, потрібен деякий час. Через війну, коли струм через запобіжник раптом перевищить граничне значення, його обмеження відбувається не миттєво. При струмах, близьких до порогового, цей процес може зайняти кілька секунд, при близьких струмах до максимально допустимого для приладу, частки секунди. В результаті за час спрацювання такого захисту складний електронний пристрій встигне вийти з ладу, можливо, не один десяток разів. На підтвердження наводжу типовий графік залежності часу спрацьовування (по вертикалі) від струму (по горизонталі), що викликав це спрацювання, для гіпотетичного PTVCприладу.

Зверніть увагу, що на графіку наведено для порівняння дві залежності, зняті за різних температур навколишнього середовища. Сподіваюся ви ще пам'ятаєте, що першопричиною перебудови кристалічної структури служить температура матеріалу, а не струм, що протікає через нього. Це означає, що з інших рівних, щоб розігріти прилад до стану метаморфози від нижчої температури необхідно витратити більше енергії ніж від вищої, отже, і цей процес у першому випадку займе більше часу. Як наслідок отримуємо залежність таких найважливіших параметрів приладу, як максимальний гарантований струм нормальної роботи та гарантований струм спрацьовування від температури навколишнього середовища.

Перш ніж навести графік доречно згадати про основні технічні характеристики даного класу приладів.

• Максимальна робоча напруга Vmax - це максимально допустима напруга, яка може витримувати прилад без руйнування за номінального струму.
• Максимально допустимий струм Imax - це максимальний струм, який може витримати прилад без руйнування.
• Номінальний робочий струм Ihold - це максимальний струм, який може проводити без роботи спрацьовування, тобто. без розмикання ланцюга навантаження.
• Мінімальний струм спрацьовування Itrip - це мінімальний струм через прилад, що веде до переходу з провідного стану в непровідний, тобто. до спрацьовування.
• Початковий опір Rmin, Rmax - опір приладу до першого спрацьовування (при отриманні від виробника).

У нижній частині графіка знаходиться робоча область приладу. Що відбудеться в середній частині залежить, судячи з усього, від взаємного розташування зірок на небі, ну а побувавши у верхній частині графіка, прилад вирушить у подорож (trip), яка викличе метаморфози його кристалічної структури і як наслідок спрацьовування захисту. Нижче наведено таблицю з даними реальних приладів. Різниця в струмі спрацьовування в залежності від температури вражає!

Таким чином, у пристроях, призначених для роботи в широкому температурному діапазоні, застосовувати PPTC слід з обережністю. Якщо ви вважаєте, що проблеми у нашого кандидата на звання Ідеального Запобіжника закінчилися, то помиляєтесь. Є ще одна слабкість, властива людям. Після стресового стану, спричиненого надмірним перегрівом, йому необхідно прийти в норму. Однак фізика гарячого тіла дуже схожа на м'яку фізику. Як і людина після інсульту, колишнім наш запобіжник уже не стане ніколи! Для переконливості наведу черговий графік процесу реабілітації після стресу, викликаного перевищенням струму, який, влучні на слово англійці, обізвали Trip Event. і як вони не бояться нашого Росспоживнагляду?

З графіка видно, що процес відновлення може тривати цілодобово, але повним не буває ніколи. З кожним випадком спрацьовування захисту нормальний опір нашого приладу стає все вищим і вищим. Після кількох десятків циклів прилад взагалі втрачає здатність виконувати покладені на нього функції належним чином. Тому не варто використовувати їх у випадках, коли перевантаження можливі з високою періодичністю.
Мабуть, на цьому варто було б і закінчити, і нарешті приступити до обговорення сфер застосування та схемотехнічних рішень, але варто обговорити ще деякі нюанси, для чого подивимося на основні характеристики широко поширених серій нашого героя дня.

При виборі елемента, який ви будете використовувати в проекті, зверніть увагу на максимально допустимий робочий струм. Якщо висока ймовірність його перевищення, варто звернутися до альтернативного виду захисту, або обмежити його за допомогою іншого приладу. Ну наприклад дротяного резистора.
Ще один дуже важливий параметр - максимальна робоча напруга. Зрозуміло, що коли прилад перебуває в нормальному режимі напруга на його контактах дуже мало, але після переходу в режим захисту воно може різко зрости. Нещодавно цей параметр був дуже малий і обмежувався десятками вольт, що не давало можливості використовувати такі запобіжники у високовольтних ланцюгах, скажімо для захисту мережевих блоків живлення.
Останнім часом ситуація покращилася і з'явилися серії, розраховані на досить високу напругу, але зверніть увагу, що вони мають невеликі робочі струми.

Схрестимо вужа і трепетну лань.

Судячи з того, яка різноманітність пристроїв PolySwitch пропонує ринок, використовувати їх у пристроях, що розробляються вами, можна, а в окремих випадках навіть потрібно, але до вибору конкретного приладу і способу його використання слід підходити з великою ретельністю.
До речі, щодо схемотехніки, пряма заміна плавких запобіжників на PolySwitch добре проходить тільки в найпростіших випадках.
Наприклад: для вбудовування в батарейні відсіки або для захисту обладнання (електродвигуни, активатори, монтажні блоки) та електропроводки в автомобільних додатках. Тобто. пристроїв, які не виходять з ладу миттєво під час перевантаження. Спеціально для цього є широкий клас виконання даних пристроїв у вигляді перемичок з аксіальними виводами та навіть дисків для акумуляторів.

У більшості випадків PolySwitch варто комбінувати з більш швидкодіючими пристроями захисту. Такий підхід дозволяє компенсувати багато з їхніх недоліків, і в результаті їх успішно застосовують для захисту периферійних пристроїв комп'ютерів. У телекомунікації, для захисту АТС, кросов, мережевого обладнання від сплесків струму, спричинених потраплянням лінійної напруги та блискавками. А також при роботі з трансформаторами, сигналізаціями, гучномовцями, контрольно-вимірювальним обладнанням, супутниковим телебаченням та в багатьох інших випадках.

Ось простенький приклад захисту USB порту.

Як комплексний підхід розглянемо гіпотетичну схему комплексно вирішальне завдання побудови надзахищеного світлодіодного драйвера з живленням від мережі змінної напруги 220В.

У першому ступені запобіжник, що самовідновлюється, застосований у зв'язці з дротяним резистором і варистором. Варистор захищає від різких кидків напруги, а резистор обмежує струм, що протікає в ланцюгу. Без цього резистора в момент включення імпульсного джерела живлення через запобіжник може текти неприпустимо великий імпульс струму, обумовлений зарядом вхідних ємностей. Другий ступінь захисту оберігає від неправильного перемикання полярності або помилковому підключенні джерела живлення із занадто великою напругою. При цьому, в момент аварійної ситуації, кидок струму приймає на себе захисний TVS діод, а PolySwitch обмежує потужність, що протікає через нього, запобігаючи тепловій пробій. До речі, ця зв'язка настільки напрошується в ході розробки схемотехніки і настільки поширена, що породила окремий клас приладів - PolyZen. Дуже вдалий гібрид вужа та трепетної лані.

Ну, і на виході наш запобіжник, що самовідновлюється, служить для запобігання короткому замиканню, а так само на випадок виходу з робочого режиму світлодіодів, або їх драйвера в результаті перегріву, або несправності.
У схемі також є елементи захисту від статики, але це вже не тема цієї статті.

Попереджений значить озброєний.

На прощання давайте коротко підіб'ємо підсумки:

• Polyswitch це не плавкий запобіжник.
• Застосовуючи Polyswitch необхідно дбати про те, щоб струм, який через нього проходить навіть у разі позаштатної ситуації, не перевищував допустимий. Необхідне застосування обмежувачів струму. В окремих випадках обмежувачем можуть бути такі елементи як з'єднувальні дроти (електропроводка автомобіля) або внутрішній опір батарей/акумуляторів. У таких випадках можлива найпростіша схема включення до розриву ланцюга.
• Polyswitch дуже інерційний прилад, він не підходить для захисту схем чутливих до коротких кидків струму. У цих випадках його необхідно застосовувати спільно з іншими елементами захисту – стабілітронами, супресорами, варисторами, розрядниками тощо, що не звільняє вас від необхідності вжиття заходів, що обмежують максимальний струм у ланцюзі.
• Застосовуючи Polyswitch слід стежити, щоб напруга на ньому не перевищувала допустимого. Висока напруга може з'явитися після спрацювання приладу, коли його опір збільшується.
• Слід пам'ятати, що кількість спрацьовувань приладу обмежена. Після кожного спрацьовування його характеристики погіршуються. Він підходить для захисту ланцюгів у яких перевантаження є повсякденним делом.
• Ну і нарешті, не забувайте, що струм спрацьовування цього приладу істотно залежить від температури навколишнього середовища. Чим вона вища, тим вона менша. Якщо пристрій розрахований на експлуатацію в розширеному температурному діапазоні або періодично працює в зоні підвищених температур (потужний блок живлення або підсилювач НЧ), це може призвести до помилкових спрацювань.

P.S

Спеціально для того, щоб у черговий раз не ображати почуття користувача

Принцип роботи звичайного плавкого запобіжника ґрунтується на тепловій дії електричного струму. У керамічну або скляну колбу поміщається тонкий мідний провід, який перегорає, коли струм, що проходить через нього, раптом перевищує деяке, заздалегідь визначене, значення. Це спричиняє необхідність заміни такого запобіжника на новий.

Запобіжники, що самовідновлюються, на відміну від звичайних плавких запобіжників, можуть спрацьовувати і відновлюватися багаторазово. Такі запобіжники, що самовідновлюються, часто використовуються в комп'ютерах і ігрових приставках для захисту USB і HDMI портів, а також для захисту акумуляторних батарей в портативній техніці.

Суть у наступному. Непровідний кристалічний полімер містить введені до нього дрібні частинки технічного вуглецю, які розподілені за обсягом полімеру так, що вільно проводять електричний струм. На тонкий лист пластику напилені струмопровідні електроди, які розподіляють енергію по всій площі елемента. До електродів прикріплені висновки, що служать включення елемента в електричну ланцюг.

Особливістю такого провідного пластику є висока нелінійність позитивного температурного коефіцієнта опору (ТКС), що служить для захисту ланцюга. Після того, як струм перевищить певне значення, елемент нагріється, і опір пластику, що проводить, різко збільшиться, а це призведе до розриву електричного ланцюга, куди включений елемент.

Перевищення температурного порога призводить до трансформації кристалічної структури полімеру в аморфну, і ланцюжки технічного вуглецю, якими проходив струм, тепер руйнуються – опір елемента різко зростає.

Розглянемо основні характеристики запобіжників, що самовідновлюються.

1. Максимальна робоча напруга – напруга, яку може витримати запобіжник без руйнування, за умови протікання ним номінального струму. Зазвичай це значення лежить в межах від 6 до 600 вольт.

2. Максимальний струм, що не призводить до спрацьовування, номінальний струм запобіжника, що самовідновлюється. Буває зазвичай від 50мА до 40А.

3. Мінімальний струм спрацьовування – значення струму, у якому провідне стан перетворюється на непровідне, тобто. значення струму, у якому ланцюг розмикається.

4. Максимальний та мінімальний опір. Опір у робочому стані. Бажано вибирати елемент із найменшим значенням цього параметра з доступних, щоб на ньому не втрачалася зайва потужність.

5. Робоча температура (зазвичай від -400 до +850 З).

6. Температура спрацьовування, чи інакше – температура «защіпки» (зазвичай від +1250 З повагою та вище).

7. Максимально допустимий струм – максимальний при номінальній напрузі, яка може витримати елемент без руйнування. Якщо цей струм буде перевищений, запобіжник просто згорить. Зазвичай це значення вимірюється десятками амперів.

8. Швидкість спрацьовування. Час нагріву до температури спрацьовування становить частку секунди, і залежить від струму перевантаження та температури навколишнього середовища. У документації на конкретну модель ці параметри зазначаються.

Запобіжники, що самовідновлюються, випускаються як в корпусах для монтажу в отвори, так і в SMD корпусах. На вигляд такі запобіжники нагадують варистори або SMD резистори, і широко застосовуються в ланцюгах захисту різних електричних пристроїв.

Запобіжник, що самовідновлюєтьсяіншими словами можна назвати запобіжником багаторазового використання. Запобіжник являє собою резистор полімерний, що має позитивний температурний коефіцієнт опору. Використовується для захисту від перевантаження ланцюгів по струму або одночасного захисту за напругою та струмом у межах від 3А до 100Аі від 6В до 250В.

Запобіжники, що самовідновлюються, відрізняються від традиційних конструкцій відсутністю плавкої вставки і можливістю самовідновлення провідних здібностейпісля спрацьовування та завершення впливу спонукача.

Здатність автоматичного відновлення запобіжників скорочує час та витратина обслуговування, ремонт електроустановки.

Зростання струму, що проходить, або температури навколишнього середовища, що перевищують номінальні значення, призводять до збільшення опору запобіжника в межах від 0,0026Ом до 60Ом, плавлення кристалічних струмопровідних частинок та розмикання ланцюга згодом. Швидкість спрацьовуваннязалежить від конкретної серії і триває в межах від 0,15 до 40,00 с.

Після скидання ланцюга температура запобіжника знижується, відновлюючи початкові параметри. Відбувається самовідновлення. Варто зазначити, що кількість спрацьовувань обмежена. Після кожного спрацьовування показники погіршуються.

Вибір відповідного запобіжниканеобхідно здійснювати, звертаючи увагу на такі характеристики: тип запобіжника (з радіальними, аксіальними висновками або для поверхневого монтажу в SMD виконанні), максимальний струм, що не призводить до спрацьовування (рекомендується вибирати зі значенням, що перевищує струм ланцюга), максимальна робоча напруга і температура робочого середовища , що впливає струм спрацьовування.

Застосовуються представлені запобіжникиу комп'ютерному, телекомунікаційному та кросовому обладнанні, медичній вимірювальній апаратурі, акумуляторних батареях, автомобільному та іншому електрообладнанні.

Детальні характеристики та основні параметри запобіжників, що самовідновлюютьсязначаться у таблицях. Розшифровка маркування, залежність струму, що не призводить до спрацьовування, від температури навколишнього середовища, розміри, рекомендації монтажу та паяннянаведено нижче.

Гарантія роботи запобіжників, що поставляються нашим підприємством самовідновлюються, становить 2 роки. Це підкріплюється належними документами з якості.

Остаточна ціна на запобіжник, що самовідновлюється, залежить від кількості, термінів поставки, виробника, країни походження та форми оплати.

В. Охріменко

У статті розглядаються характеристики запобіжників компанії Littelfuse, що самовідновлюються.

Вступ

Традиційний спосіб захисту від перевантаження по струму - застосування плавких або запобіжників, що самовідновлюються.

Компанія Littelfuse – провідний виробник пасивних електронних компонентів для "захисту" різного роду електротехнічних пристроїв. Один із важливих напрямів - виробництво запобіжників, основне призначення яких - захист від надлишкового струму при виникненні аварійних ситуацій у системі. Крім класичних плавких запобіжників, компанія в даний час випускає і т.зв. запобіжники, що самовідновлюються (polymeric positive temperature coefficient devices) [ - ].

Запобіжники, що самовідновлюються - по суті, полімерні терморезистори з позитивним температурним коефіцієнтом (Positive Temperature Coefficient - PTC). У деяких додатках полімерні запобіжники PTC (надалі полімерні запобіжники) можна успішно використовувати для заміни стандартних плавких запобіжників (fuse).

І плавкі та полімерні запобіжники призначені для захисту пристроїв від перевантажень по струму при виникненні аварійних режимів у системі, запобігання обладнання та людей від виникнення пожежі та можливого ризику ураження електричним струмом, а також для ізолювання дефектних блоків та вузлів від основної системи ще до моменту виникнення більш несприятливих наслідків.

Однак ці типи запобіжників базуються на різній технології виготовлення, і відповідно мають різні унікальні характеристики, переваги і недоліки. Розуміння особливостей технологій та принципу дії допоможе зробити правильний вибір запобіжника для конкретної програми з урахуванням усіх його численних параметрів. Мабуть, основна їх відмінність у тому, що полімерні запобіжники відновлюють свої характеристики (крім екстремальних випадків) після припинення дії навантаження, тобто. після зниження рівня струму, що протікає. Проте відновлення характеристик відбувається в повному обсязі, що, звісно, ​​слід враховувати за її застосуванні у конкретному додатку. Традиційні плавкі запобіжники для відновлення працездатності системи підлягають обов'язковій заміні після перегорання.

Оскільки полімерні запобіжники відновлюються автоматично, їх застосування виправдовується в ланцюгах, в яких перевантаження по струму трапляється досить часто, а також, якщо доступ до місця їх установки утруднений. У таких випадках скорочуються витрати на гарантійне та сервісне обслуговування. Однак для остаточного вибору типу запобіжника необхідно враховувати всі експлуатаційні характеристики пристрою.

І полімерні і традиційні плавкі запобіжники реагують по суті на тепло, що виділяється при протіканні струму. У плавкому запобіжнику відбувається розплавлення плавкою вставки (тобто обрив ланцюга) і, зрештою, його руйнування. Самовосстанавливающийся лише обмежує струм в ланцюзі внаслідок істотного збільшення величини його опору, що також відбувається у його нагрівання.

Спрощений пристрій полімерного запобіжника та принцип його дії наступний. Полімерний запобіжник являє собою компаунд, що складається з полімерного непровідного матеріалу (як правило, поліетилену) і провідних фракцій графіту. Завдяки наявності графітових каналів у нормальному стані полімерний запобіжник є провідником із порівняно низьким власним опором. При розігріві вище за певну температуру (т.зв. температури переходу) молекули полімеру отримують додаткову енергію, і початкова кристалічна структура трансформується в аморфну, внаслідок цього руйнуються графітові канали, що призводить до різкої зміни провідності і відповідно до підвищення опору запобіжника. При зниженні температури полімер кристалізується, графітові канали відновлюються, що призводить до повернення провідних властивостей запобіжника.

Характеристика перемикання наведена на рис. 1. Однак недолік у тому, що величина опору після відновлення завжди більша за початкову. Число переходів від провідного стану до непровідного і обернено практично необмежено, тобто. за відсутності катастрофічних факторів термін служби полімерного запобіжника не обмежений.

У статті розглядаються характеристики та особливості полімерних запобіжників (Polyfuse, Resettable PTC), що випускаються компанією Littelfuse.

Характеристики

Опір полімерних запобіжників як мінімум вдвічі більший у порівнянні з плавкими.

На відміну від плавких запобіжників, полімерні не забезпечують повного розриву ланцюга. Тому у "відключеному" стані (тобто у стані високого опору) полімерні запобіжники характеризуються струмом витоку. Розмір струму витоку може досягати кількох сотень міліампер. Плавкі запобіжники під час спрацьовування повністю розривають ланцюг протікання струму.

При виборі полімерного запобіжника слід брати до уваги зміну параметрів робочого діапазону температур, габаритні розміри, а також відповідність стандартам. Для деяких типів полімерних запобіжників Табл. 1 наведено залежності номінального струму спрацьовування запобіжників від температури.

Таблиця 1.

Залежність номінального струму від температури для деяких типів полімерних запобіжників Littelfuse.

Тип Температура довкілля, °С -40 - 20 0 23 40 50 60 70 85 Номінальний струм (I hold), А 250R120T 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.09 0.08 0.06 0.05 250S130 0.21 0.19 0.17 0.13 0.11 0.10 0.09 0.07 0.05 16R110B 1.60 1.43 1.27 1.10 1.00 0.92 0.75 0.67 0.57 1812L200-C 3.08 2.71 2.35 2.00 1.80 1.60 1.50 1.07 0.80 0805L100 1.35 1.25 1.10 1.00 0.82 0.74 0.65 0.55 0.42 0603L025 0.32 0.29 0.27 0.25 0.21 0.18 0.16 0.14 0.10

Швидкість реакції полімерних запобіжників гірша, ніж у плавких. Часоточна характеристика полімерних запобіжників багато в чому аналогічна до тієї, яку мають плавкі запобіжники типу Littelfuse Slo-Blo. Часоточна характеристика відключення - залежність часу "перегорання" від струму, що протікає. Це, власне, час відключення як функція струму. Рис. 2 наведено графік залежності часу спрацьовування від величини струму, що протікає, для полімерних запобіжників серії 0805L.

Максимально допустимий струм через полімерний запобіжник 10-100 А, тоді як у деяких типів плавких максимальний струм може досягати величини 10 тис. ампер.

Визначення деяких основних електричних характеристик полімерних запобіжників багато в чому відповідають тим, що використовуються для плавких [-]. Разом з тим, у зв'язку з особливостями технології документації, що надається компанією Littelfuse, в якості основних наводяться такі електричні характеристики полімерних запобіжників.

Струм утримання I hold (hold current). По суті, номінальний струм запобіжника. Струм утримання - максимальний струм, який може протікати через запобіжник, і який не призводить до переходу в непровідний стан при заданій температурі навколишнього повітря (зазвичай це 20 або 23 °C).

Струм спрацьовування I trip (trip current) - мінімальний струм, при якому полімерний запобіжник переходить у непровідний стан при заданій температурі навколишнього повітря.

Максимальний струм I max (maximum fault current) – максимальний струм, який запобіжник може витримати без пошкодження при напрузі V max .

Максимальна напруга V max (maximum voltage device) – максимальна напруга, яку може витримати запобіжник без пошкодження при протіканні максимального струму I max . Слід враховувати як номінальне значення робочого напруги, а й можливість виникнення різноманітних імпульсних перешкод (наприклад, у системі електроживлення автомобілів). Полімерні запобіжники загального застосування Littelfuse призначені для роботи при напрузі до 60 В. Для порівняння плавкі запобіжники розраховані на напругу 1000 В і більше.

Потужність розсіювання P dmax (power dissipated) - потужність, що розсіюється запобіжником при переході в непровідний стан за заданої температури навколишнього повітря (зазвичай 20 або 23 °C).

Мінімальний опір R min (minimum resistance of device in initial state). Мінімальний початковий опір запобіжника у провідному стані до монтажу на плату, по суті, до його паяння.

Типовий опір R typ (тип. Типовий опір запобіжника у провідному стані до монтажу на плату.

Максимальний опір після відновлення R 1max (maximum resistance) - максимальний опір при заданій температурі, виміряний через одну годину після відновлення або через 20 с після паяння при температурі 260 °C.

Таблиця 2.	Параметри SMD запобіжників серії 0805L.
Тип I hold , А I trip , А V max У I max А P dmax , Вт Час спрацьовування Опір, Ом Струм, А Час, з R min R typ R 1max 0805L010 0.10 0.30 15 100 0.5 0.50 1.50 1.0 3.5 6.0 0805L020 0.20 0.50 9 8.00 0.02 0.65 2.0 3.5 0805L035 0.35 0.75 6 0.10 0.25 0.75 1.2 0805L050 0.50 1.00 0.15 0.5 0.85 0805L075 0.75 1.50 40 0.6 0.20 0.09 — 0.35 0805L100 1.0 1.95 0.30 0.06 0.21

У Табл. 2 наведені параметри полімерних запобіжників серії 0805L, Табл. 3 – параметри запобіжників серії 30R.

Таблиця 3.

Параметри запобіжників серії 30R.

Тип I hold , А I trip , А V max У I max А P dmax , Вт Час спрацьовування Опір, Ом Струм, А Час, з R min R 1max 30R090 0.90 1.80 30 40 0.6 4.50 5.90 0.070 0.220 30R110 1.10 2.20 0.7 5.50 6.60 0.050 0.170 30R135 1.35 2.70 0.8 6.75 7.30 0.040 0.130 30R160 1.60 3.20 0.9 8.00 8.00 0.030 0.110 30R185 1.85 3.70 1.0 9.25 8.70 0.090 30R250 2.50 5.00 1.2 12.50 10.30 0.020 0.070 30R300 3.00 6.00 2.0 15.00 10.80 0.080 30R400 4.00 8.00 2.5 20.00 12.70 0.010 0.050 30R500 5.00 10.00 3.0 25.00 14.50 30R600 6.00 12.00 3.5 30.00 16.00 0.005 0.040 30R700 7.00 14.00 3.8 35.00 17.50 0.030 30R800 8.00 16.00 4.0 40.00 18.80 0.020 30R900 9.00 18.00 4.2 40.00 20.00

Висновок

Полімерні запобіжники (Polyfuse, Resettable PTC) це аналог плавких запобіжників і порівняно з ними - інерційні пристрої, що необхідно враховувати під час виборів запобіжника для конкретного докладання. Слід також вживати заходів для обмеження струму, що протікає, і падіння напруги на ньому. У деяких випадках навіть опір з'єднувальних проводів, наприклад, електропроводка транспортного засобу або внутрішній опір акумулятора може обмежити струм до допустимого рівня ланцюга запобіжника.

Не можна забувати, що при відновленні полімерного запобіжника його характеристики погіршуються після кожного спрацьовування, тому на реальну кількість спрацьовувань впливають також специфічні особливості експлуатації деяких приладів (наприклад, тих, у яких перевантаження струмом - часте явище).

Струм спрацьовування значною мірою залежить від температури навколишнього середовища. Якщо пристрій призначений для експлуатації у розширеному діапазоні температур, використання полімерних запобіжників потенційно може призвести до помилкових спрацьовувань.

Діапазон робочих температур полімерних запобіжників -40...85 °С. Рис. 3 наведено графіки залежності номінальних параметрів від температури для плавких та полімерних запобіжників.

Постійне зменшення габаритних розмірів сучасної портативної електроніки спричиняє зменшення розмірів використовуваних компонентів. Полімерні SMD-запобіжники типорозміру 0402 і 0603 можна успішно застосовувати в ноутбуках, мобільних телефонах та інших інтелектуальних гаджетах.

У Табл. 1...3 наведено параметри полімерних запобіжників, що випускаються компанією Littelfuse, Рис. 4 – можливі варіанти їх використання.

Більш повну інформацію про полімерні запобіжники компанії Littelfuse можна знайти в .

Так, є такий хитромудрий електронний компонент з дуже довгою назвою - запобіжник, що самовідновлюється. Що це за "звір" такий і як працює? Про це й йтиметься.

Всі знають звичайний плавкий запобіжник. Влаштований він просто і працює неабияк. Принцип його роботи ґрунтується на тепловій дії електричного струму.

Береться тонкий мідний провід, який витримує певну силу струму, поміщається у скляну або керамічну колбу, щоб при спрацьовуванні метал не розбризкувався в різні боки. Іноді цей захисний елемент рятує при короткому замиканні у схемі, але біда, сам він «вмирає» назавжди.

Для заміни несправного плавкого запобіжника потрібно розкривати корпус пристрою, і замінювати запобіжник, що згорів. Але робити таку операцію не завжди зручно, та й потрібна вона не завжди. Тому в таких випадках запобіжник, що самовідновлюється, є дуже логічною заміною плавкому запобіжнику.

Запобіжники, що самовідновлюються, активно використовуються в комп'ютерах і ігрових приставках для захисту портів (наприклад, USB, HDMI), а також акумуляторних батарей в портативній техніці.

Отже, давайте розберемося в тому, як влаштований запобіжник, що самовідновлюється (скорочено будемо називати його СП), а також які його основні параметри.

Запобіжник, що самовідновлюється, виготовляється із спеціального провідного пластику. Цей пластик речовина особлива. Він складається з непровідного кристалічного полімеру та введеними до нього найдрібнішими частинками технічного вуглецю. Частинки технічного вуглецю розподілені в обсязі полімеру та вільно проводять електричний струм.

Сам пластик формують у тонкий лист і на площині напилюють струмопровідні електроди. За рахунок електродів вдається розподілити енергію на всій площі поверхні. До електродів кріплять пелюсткові або дротяні висновки, рахунок яких СП підключають в електричну ланцюг.

Основна особливість пластику, що проводить - це високий нелінійний позитивний температурний коефіцієнт опору ( ТКС). Простіше кажучи, пластик, що проводить, проводить струм доти, поки його температура не перевищить певний поріг.

Після цього опір пластика, що проводить, різко збільшується, що і призводить до розриву електричного ланцюга. Це відбувається тому, що при перевищенні температурного порога кристалічна структура полімеру трансформується в аморфну, а ланцюжки технічного вуглецю, якими і проходив струм, руйнуються. Це призводить до різкого збільшення опору.

Звідки з'являється нагрівання, яке призводить до зміни фазового стану полімеру? Підвищення температури полімеру відбувається тому, що при аварійному режимі через запобіжник, що самовідновлюється, починає текти струм, який перевищує номінальний (тобто робочий). При цьому за рахунок теплової дії струму температура запобіжного матеріалу збільшується. Це своє чергу призводить до «спрацьовування» запобіжника.

Параметри запобіжників, що самовідновлюються.

Для того щоб грамотно підібрати запобіжник, що самовідновлюється, для конкретного пристрою потрібно знати його основні параметри. Розглянемо їх.

Максимальна робоча напруга ( V maxабо U max, V). Напруга, яку здатний витримати без руйнування запобіжник, що самовідновлюється, при протіканні через нього номінального струму. Наприклад, для захисту USB порту підійде СП з максимальною робочою напругою 6 вольт.

Номінальний робочий струм чи струм утримання ( I HOLDабо I h, A). Струм, який може проводити через себе запобіжник, що самовідновлюється, без «спрацьовування».

Мінімальний струм спрацьовування ( I tripабо I T, A). Мінімальний струм через СП, при якому відбувається перехід від провідного стану до непровідного. Іншими словами це струм, при якому запобіжник, що самовідновлюється, «спрацьовує» - розмикає ланцюг.

Мінімальний та максимальний опір ( R minі R 1max, Ohms). Це опір запобіжника, що самовідновлюється. Інакше можна сказати, що це опір СП у робочому стані, що проводить. Параметр R min - це мінімальний опір СП, а R 1max - опір запобіжника через 1 годину після останнього спрацьовування. Обидва параметри вказуються для конкретної температури, наприклад 23 0 C. R min і R 1max зазвичай вказується більш просто, наприклад, так: R = 0,5 ... 1,17 (Ом).

Насправді, це дуже важливий параметр. Чим він менший, тим краще, тому що запобіжник завжди включається послідовно зі споживачем струму (перед навантаженням). А, як відомо, на опорі втрачається потужність. Для приладів, що живляться від автономних джерел живлення (акумуляторів, батарей) краще підбирати СП з малим опором у робочому стані.

Робоча температура запобіжника, що самовідновлюється, зазвичай лежить в інтервалі від -40 0 Сдо +85 0 С. За такої температури опір СП практично не змінюється і лежить у межах R min - R max . Температура «защіпки», або по-іншому, спрацьовування зазвичай становить від +125 0 Сі вище.

Ще один параметр. Максимальний допустимий струм ( I max, A). Це максимальний струм короткого замикання, який витримує запобіжник, що самовідновлюється, без руйнування при номінальній напрузі (V max). Якщо струм через СП перевищить величину I max , він вийде з ладу назавжди (насправді - «згорить»). Зазвичай величина цього параметра лежить в інтервалі кількох десятків амперів (40 - 100 A).

Також дуже важливий параметр - швидкість спрацьовування СП ( Max. Time to Trip). Так як на нагрівання потрібно деякий час, то запобіжник спрацьовує не миттєво, а через якийсь час. Воно досить мало і становить частку секунди. Час спрацьовування залежить від струму перевантаження та температури навколишнього середовища. Такі параметри, як час спрацьовування вказуються в документації на конкретну модель запобіжника, що самовідновлюється.

Запобіжники, що самовідновлюються, випускаються як у звичайних корпусах для монтажу в отвори (технологія THT), так і для поверхневого (технологія SMT). СП для монтажу в отвори зовні виглядають як варистори і мають дисковий корпус, або прямокутний.



СП для поверхневого монтажу схожі на SMD резистори, але можуть мати і інший корпус (як правило, у вигляді платівки зі стрічковими висновками).



Запобіжники, що самовідновлюються, випускають такі фірми, як Bourns і Fuzetec.

Приклад застосування.

Прикладом застосування запобіжника, що самовідновлюється, може бути використання його в блоці живлення, про яке розповідалося на сторінках сайту.



У ньому запобіжник, що самовідновлюється, використовується спільно з іншими елементами захисту. Спрацювання захисту не тягне за собою незворотне перегорання запобіжника, і пристрій починає працювати відразу після усунення несправності або короткого замикання в схемі живлення.