Как выбрать предохранитель? Плавкие звенья против Polyfuse?

Предохранители - сложная тема. Предохранитель на 5А может остаться целым при 7А, но перегореть при 6А. Все зависит от того, насколько текущий паттерн находится во времени. В стеклянных цилиндрических предохранителях есть быстродействующие типы (обозначены буквой «F», собственно от немецкого слова «Flink»), которые перегорают при превышении номинального тока даже на короткое время, и есть предохранители инерционного действия (обозначены « Т», от немецкого слова «трагедия»), выдерживающий кратковременные перенапряжения. Большинство источников питания будут использовать последние, так как они будут вызывать пик тока при включении.

Самовосстанавливающиеся предохранители, такие как PolyFuse, представляют собой устройства PTC, сопротивление которых возрастает до очень высоких значений, если они нагреваются слишком большим током, но они никогда не вызывают реального прерывания. Когда они остынут, они снова станут проводящими, и цепь может снова работать, при условии, что причина срабатывания устранена. Поскольку он должен реагировать на нагрев, у PolyFuse будет определенное сопротивление, намного большее, чем у стеклянного предохранителя. Размер PolyFuse будет зависеть не только от его текущего рейтинга, но и от того, насколько быстро он будет реагировать. Должно быть ясно, что деталь 0805 будет реагировать быстрее, чем диск диаметром 20 мм.

График
покажет, чем предохранители PTC отличаются от предохранителей с металлической проволокой:

Если есть перегрузка по току, сопротивление будет расти, быстро уменьшая ток (1/10 секунды) до 1/10 значения, после чего ток все равно будет уменьшаться, но намного медленнее, и всегда останется ток; вы не получаете полное прерывание. Это для небольшой версии SMT размера 0603. Радиальная версия, такая как 600R, реагирует намного медленнее ( 10 секунд , чтобы перейти к 1/10 от тока), поэтому понятно, что PolyFuse не защитит от коротких замыканий: к тому времени, когда ток снизится до безопасного уровне несколько компонентов могут быть обжарены.

Какой предохранитель вы выберете, должен зависеть от того, от чего вы хотите защититься. Если это чрезмерный ток из-за дефекта компонента, вам не нужно самовосстанавливающееся устройство, вы хотите остановить работу продукта до тех пор, пока он не будет отремонтирован. (В этом ответе я объяснил, почему этот тип предохранителя не должен заменяться пользователем.) Для силового предохранителя вы не выбираете PTC. OTOH, если высокие пики тока являются нормальными для вашего продукта, но вы не хотите увеличивать размеры своих компонентов, чтобы справиться с этим, PTC может помочь.

Предохранители часто рассчитаны на вдвое или более максимальный нормальный рабочий ток. Это по трем причинам. Во-первых, предохранитель предназначен для защиты от чего-то катастрофического, как правило, короткого замыкания. В большинстве случаев реальное короткое замыкание будет во много раз превышать ожидаемый рабочий ток. Во-вторых, вам нужна маржа. Вы же не хотите, чтобы предохранитель срабатывал только потому, что устройство какое-то время работало на заданном токе, и этот ток, возможно, был немного выше из-за допусков деталей, сетевого напряжения или чего-то еще. В-третьих, даже при нормальной работе многие устройства будут иметь временные переходные процессы с высоким током. Например, для запуска двигателя требуется большой ток, старомодная LEB (светоизлучающая лампа) может потреблять в несколько раз больше номинального тока в течение нескольких миллисекунд, прежде чем достигнет рабочей температуры.

Некоторые предохранители являются «медленными», они специально разработаны для того, чтобы некоторое время выдерживать ток выше их номинального значения. Это для устройств, в которых нормальные переходные процессы могут длиться более нескольких мс или десятков мс.

Что касается поплавкового предохранителя, внимательно проверьте техническое описание и посмотрите, каково сопротивление при предполагаемом токе. Вам может не понравиться падение напряжения на 500 мА поплавке при 455 мА. Также подумайте, от чего вы действительно пытаетесь защититься. Если что-то в вашем устройстве выходит из строя и оно потребляет 750 мА, вам действительно нужен предохранитель для отключения? Что-то уже сломалось, поэтому предохранитель большую часть времени не защищает цепь. Обычно это делается для того, чтобы вещь не загорелась и не сожгла чей-то дом. Я не знаю, что у вас за устройство, но если потребление 750 мА не приведет к его существенному нагреву, то вам, вероятно, не нужен предохранитель, установленный так плотно. Моя первая рефлекторная реакция — начать с предохранителя на 1 А, если вы ожидаете 455 мА, но я не знаю деталей вашего устройства.

У вас должно быть три тока в предохранителе Poly:

• Текущее удержание
• Текущая поездка
• Текущий Макс.

Большинство из тех, что я видел, имеют гораздо более широкий интервал, чем вы позволяете. Например, если ваша схема потребляет максимум 455 мА, то ваше текущее отключение должно быть немного выше этого, но ваше удержание тока должно справиться с этим.

Глядя на PTC, который имеет ток удержания 400 мА, он имеет срабатывание 800 мА и максимальный ток 40 А. Если вы спроектируете слишком близко, вы будете спотыкаться при обычном использовании.

Если 455 мА - это абсолютный максимум, который может выдержать ваша схема, но обычно она работает при 200 мА, то, вероятно, сработает предохранитель с срабатыванием около 500 мА. Если ваша нормальная работа ближе к 455 мА, вам может потребоваться позволить ему выдерживать больший ток, прежде чем он отключится без повреждений.

На большинство предохранителей, особенно многопредохранителей, как правило, не следует полагаться для защиты цепей от повреждений, кроме воспламенения, за исключением тех, которые способны выдерживать токи, значительно превышающие те, с которыми они обычно справляются. Часто к моменту срабатывания предохранителя все, что должно было переключать ток, будет уничтожено, и предохранитель будет последним элементом в цепи, который все еще способен прерывать ток. Лучше, чем разжечь огонь, но все же не очень хорошо.

Если необходимо защитить цепи от повреждений, обычно лучше использовать комбинацию токоограничивающих и тепловых резервных элементов в первичных коммутационных элементах. Обратите внимание, что одного только ограничения тока часто достаточно только в низковольтных приложениях, а одного только теплового резерва достаточно только тогда, когда известно, что что-то ограничивает ток (я видел, как микросхемы драйверов двигателей, которые утверждали, что они «защищены от тепловой перегрузки», загораются. например, дорожные сигнальные огни, достаточно горячие, чтобы расплавить силовые и заземляющие слои под ними, когда они питаются от источника питания 20 А и подключены к короткому замыканию). Кроме того, даже при наличии токоограничивающих и тепловых резервных механизмов следует использовать плавкий предохранитель, если спонтанное короткое замыкание (например, из-за электростатического разряда) может вызвать пожар. Плавкие предохранители часто не годятся ни для чего, кроме предотвращения пожаров.