Множество типов предохранителей: осевой, патронный, поверхностного монтажа, PTC...

Добавлено 22 октября 2018 в 21:19

В данной статье представлен обзор различных вариантов предохранителей, которые доступны разработчикам низковольтных цепей.

Вспомогательная информация

Понимание деталей работы и реализации предохранителей

Основная структура традиционного плавкого предохранителя проста: есть проводящий элемент, который предназначен для плавления в ответ на чрезмерный ток, и корпус, который покрывает элемент и обеспечивает способ включения плавкого предохранителя в схему. Но, безусловно, в предмете предохранителей существуют вариации, и эти вариации имеют отношение к разработчикам, поскольку они влияют на дизайн платы и эксплуатационные характеристики предохранителя.

Категория «сложнее заменить»

Физическая замена компонента редко бывает удобной, а иногда бывает и очень неудобной или даже невозможной. Таким образом, предохранители не так популярны, как было раньше, когда было сложнее реализовать альтернативные средства защиты от перегрузки по току. На самом деле, есть некоторые типы предохранителей, которые еще более неудобны, чем остальные, а именно те, которые припаяны непосредственно к печатной плате схемы.

Устройства с более сложной заменой включают в себя плавкие предохранители поверхностного монтажа и плавкие предохранители с выводами («выводные», т.е. с проводными выводами; а «безвыводные» означает выводы на самом элементе – надеюсь, это не приведет к путанице). Вы не захотите использовать эти типы предохранителей в приложениях, где могут происходить перегрузки по току. И если вы спросите меня, вы не должны использовать выводные предохранители и предохранители поверхностного монтажа, кроме как дополнительный уровень защиты в устройствах, которые почти никогда в них не нуждаются.

Выводные предохранители включают в себя следующие типы: осевые, радиальные и сквозного монтажа. На следующих изображениях представлены примеры различных предохранителей со сложной заменой.

Вверху слева: плавкие предохранители “FLAT PAK” поверхностного монтажа и сквозного монтажа. Вверху справа: тонкие пленочные предохранители. Внизу слева: осевые выводные плавкие предохранители. Внизу справа: радиальные плавкие предохранители.
Вверху слева: плавкие предохранители “FLAT PAK” поверхностного монтажа и сквозного монтажа. Вверху справа: тонкие пленочные предохранители. Внизу слева: осевые выводные плавкие предохранители. Внизу справа: радиальные плавкие предохранители.

Категория «легче заменить»

Данная группа включает в себя любой предохранитель, который помещается в держатель, поэтому замена может быть выполнена без паяльника. Теоретически всё, что вам нужно, это ваши пальцы, хотя у меня есть смутное воспоминание об использовании плоскогубцев, чтобы вытащить патронный предохранитель из пары удивительно плотных зажимов.

Стандартным легко заменяемым предохранителем для обычных электронных устройств является патронный предохранитель. Ниже приведен его пример вместе с зажимом сквозного монтажа (когда вы разводите печатную плату, дважды проверьте, что расстояние между зажимами соответствует длине вашего предохранителя).

Пример патронного предохранителя
Пример патронного предохранителя

Тем не менее, это не единственный тип простого в замене предохранителя. Если вам нравится работать с автомобилями, вы наверняка знакомы с предохранителями лезвиями.

Пример предохранителя лезвия
Пример предохранителя лезвия

Насколько я знаю, предохранители лезвия ограничены автомобильными приложениями, но я не вижу причин, по которым вы не могли бы использовать их для каких-либо проектов другого типа. Конечно, вам понадобится подходящий тип держателя, но вставка и извлечение могут быть более удобными, чем с патронными предохранителями.

Изменивший игру

На мой взгляд, замена перегоревших предохранителей – это тормозящая задержка. Вот почему я рассматриваю самовосстанавливающиеся предохранители (также известные как PTC предохранители), как крупное событие в мире компонентов для защиты схем.

Пурист может предпочесть отнести самовосстанавливающиеся предохранители к совершенно другой категории, поскольку они не имеют фундаментальной характеристики плавких предохранителей, а именно проводящего элемента, который плавится, когда он подвергается чрезмерному току. Однако PTC предохранители служат равнозначной цели и реализуются аналогичным образом, поэтому в данной статье они рассматриваются как просто другой тип предохранителя.

Название «PTC предохранитель» происходит от «positive temperature coefficient» (положительный температурный коэффициент). Самовосстанавливающиеся предохранители изготавливаются из материала, сопротивление которого увеличивается с ростом температуры. Фактически, сопротивление быстро возрастает, как только температура достигает точки срабатывания (как показано на диаграмме ниже), и именно поэтому PTC предохранители обеспечивают функционал, аналогичный работе традиционных плавких предохранителей: низкое сопротивление при нормальной работе, но если условие перегрузки по току заставляет температуру превысить точку отключения, сопротивление становится достаточно высоким, чтобы ограничить ток до уровней, которые не приведут к повреждениям.

Зависимость сопротивления PTC предохранителя от температуры
Зависимость сопротивления PTC предохранителя от температуры

Англоязычный термин «сбрасываемый предохранитель», возможно, немного преувеличенный; у них нет кнопки сброса. Скорее вы вернете устройство в состояние низкого сопротивления, отключив питание и дав ему остыть.

PTC или традиционный плавкий предохранитель?

Само собой разумеется, что PTC предохранители очень предпочтительны в системах, которые испытывают частые перегрузки по току (значение слова «частые» зависит от вашей точки зрения: и один раз в год можно считать частым, если замена предохранителя будет крайне неудобной). На самом деле, вы можете задаться вопросом, почему кто-то выбирает традиционный плавкий предохранитель, а не PTC предохранитель. Ну, оказывается, PTC предохранители имеют некоторые недостатки:

  • Они имеют более высокое сопротивление во время нормальной работы.
  • Сработавший PTC не является разрывом цепи; это просто компонент с сопротивлением, достаточным для значительного ограничения потока тока. В некоторых приложениях это может быть нежелательным.
  • PTC может скрывать появление событий перегрузки по току. Если вам нужно заменить предохранитель, вы знаете, что произошло. Если вы используете PTC и изменяете что-то в схеме и устраняете условие перегрузки по току, PTC может естественным образом остыть и вернуться в свое низкоомное состояние. Или кто-то в лаборатории может увидеть, что система не работает нормально, и перезагрузить её по питанию, не исследуя фактическую причину сбоя.
  • PTC более чувствительны к изменениям температуры окружающей среды. Это показано на следующем графике; кривая, отмеченная как «C», относится к PTC, а кривые, отмеченные как «A» и «B» – к традиционным плавким предохранителям.
Относительное изменение номинального тока плавких предохранителей в зависимости от температуры окружающей среды
Относительное изменение номинального тока плавких предохранителей в зависимости от температуры окружающей среды

Другая информация, о которой можно узнать по этому графику, состоит в том, что форм-фактор традиционного предохранителя может влиять на его восприимчивость к изменениям температуры окружающей среды. Например, тонкопленочные предохранители (соответствующие кривой A) значительно более чувствительны к температуре окружающей среды, чем выводные патронные предохранители (соответствующие кривой B).

Заключение

В данной статье мы рассмотрели типы традиционных плавких предохранителей, а также обсудили различия между традиционными предохранителями и самовосстанавливающимися предохранителями. Не стесняйтесь оставлять комментарии, если у вас есть мысли о том, какой тип предохранителя наиболее подходит в определенном проекте.


На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.


Сообщить об ошибке