Как работает самовосстанавливающийся предохранитель

Самовосстанавливающиеся предохранители. Мифы и реальность

В комментариях к моей прошлой статье о способах защиты от неправильного подключения полярности источника питания меня неоднократно корили за то, что не упомянул способ защиты с использованием самовосстанавливающегося предохранителя. Чтобы исправить эту несправедливость поначалу хотел просто добавить в статью дополнительную схему защиты и короткое к ней пояснение. Однако решил, что тема самовосстанавливающихся предохранителей заслуживает отдельной публикации. Дело в том, что устоявшееся их название не слишком отражает суть вещей, а копаться в даташитах и разбираться в принципе работы при применении таких “элементарных” компонентов, как предохранитель, часто начинают уже после того, как начала глючить первая партия плат. Хорошо если не серийная. Итак, под катом вас ждёт попытка разобраться, что же это за зверь такой PolySwitch, оригинальное название, кстати, лучше отражает суть прибора, и понять с чем его едят, как и в каких случаях имеет смысл его использовать.

Физика тёплого тела.

PolySwitch, это PPTC (Polymeric Positive Temperature Coefficient) прибор, который имеет положительный температурный коэффициент сопротивления. По правде, гораздо больше общих черт он имеет с позистором, или биметаллическим термопредохранителем, чем с плавким, с которым его обычно ассоциируют не в последнюю очередь благодаря усилиям маркетологов.
Вся хитрость заключается в материале из которого наш предохранитель изготовлен — он представляет собой матрицу из не проводящего ток полимера, смешанного с техническим углеродом. В холодном состоянии полимер кристаллизован, а пространство между кристаллами заполнено частицами углерода, образующими множество проводящих цепочек.

Если через предохранитель начинает протекать слишком большой ток, он начинает нагреваться, и в какой-то момент времени полимер переходит в аморфное состояние, увеличиваясь в размерах. Из-за этого увеличения углеродные цепочки начинают разрываться, что вызывает рост сопротивления, и предохранитель нагревается еще быстрее. В конце-концов сопротивление предохранителя увеличивается настолько, что он начинает заметно ограничивать протекающий ток, защищая таким образом внешнюю цепь. После остывания прибора происходит процесс кристаллизации и предохранитель снова становится превосходным проводником.
Как выглядит температурная зависимость сопротивления видно из следующего рисунка

На кривой отмечено несколько характерных для работы прибора точек. Наш предохранитель является отличным проводником пока температура находится в рабочем диапазоне Point1 < T<Point2 (normal operating conditions). После того, как она достигает некоего граничного значения сопротивление начинает быстро возрастать и в диапазоне Point3-Point4 изменяется по закону, близкому к экспоненциальному.

Идеальный сферический конь в вакууме.

Пора переходить от теории к практике. Соберём простую схему защиты нашего ценного устройства, настолько простую, что изображённая по ГОСТу она выглядела бы просто неприлично.

Что же будет происходить, если в цепи вдруг возникнет недопустимый ток, превышающий ток срабатывания? Сопротивление материала из которого прибор изготовлен начнёт возрастать. Это приведёт к увеличению падения напряжения на нём, а значит и рассеиваемой мощности равной U*I. В результате температура растёт, это снова приводит к… В общем начинается лавинообразный процесс нагрева прибора с одновременным увеличением сопротивления. В результате проводимость прибора падает на порядки и это приводит к желаемому уменьшению тока в цепи.
После того как прибор остывает его сопротивление восстанавливается. Через некоторое время, в отличие от предохранителя с плавкой вставкой, наш Идеальный Предохранитель снова готов к работе!
Идеальный ли? Давайте вооружившись нашими скромными познаниями в физике прибора попробуем разобраться в этом.

Гладко было на бумаге, да забыли про овраги.

Пожалуй, главная проблема заключается во времени. Время вообще такая субстанция, которую очень трудно победить, хотя многим очень хотелось… Но не будем о политике — ближе к нашим полимерам. Как вы наверное уже догадались, я веду к тому, что изменение кристаллической структуры вещества гораздо более длительный процесс чем перестройка дырок с электронами, например в туннельном диоде. Кроме этого, для того чтобы разогреть прибор до нужной температуры, требуется некоторое время. В результате, когда ток через предохранитель вдруг превысит пороговое значение, его ограничение происходит совсем не мгновенно. При токах, близких к пороговому, этот процесс может занять несколько секунд, при токах близких к максимально допустимому для прибора, доли секунды. В результате за время срабатывания такой защиты сложное электронное устройство успеет выйти из строя, возможно, не один десяток раз. В подтверждение привожу типичный график зависимости времени срабатывания (по вертикали) от вызвавшего это срабатывание тока (по горизонтали) для гипотетического PTVC прибора.

Обратите внимание, что на графике приведены для сравнения две зависимости, снятые при разных температурах окружающей среды. Надеюсь вы ещё помните, что первопричиной перестройки кристаллической структуры служит температура материала, а не протекающий через него ток. Это значит, что при прочих равных, для того чтобы разогреть прибор до состояния метаморфозы от более низкой температуры необходимо затратить больше энергии чем от более высокой, а значит, и процесс этот в первом случае займёт больше времени. Как следствие, получаем зависимость таких важнейших параметров прибора, как максимальный гарантированный ток нормальной работы и гарантированный ток срабатывания от температуры окружающей среды.

Прежде чем привести график уместно упомянуть об о основных технических характеристиках данного класса приборов.

• Максимальное рабочее напряжение Vmax — это максимально допустимое напряжение, которое может выдерживать прибор без разрушения при номинальном токе.
• Максимально допустимый ток Imax — это максимальный ток, который прибор может выдержать без разрушения.
• Номинальный рабочий ток Ihold — это максимальный ток, который прибор может проводить без срабатывания, т.е. без размыкания цепи нагрузки.
• Минимальный ток срабатывания Itrip — это минимальный ток через прибор, приводящий к переходу из проводящего состояния в непроводящее, т.е. к срабатыванию.
• Первоначальное сопротивление Rmin, Rmax — это сопротивление прибора до первого срабатывания (при получении от изготовителя).

В нижней части графика находится рабочая область прибора. Что произойдёт в средней части зависит, судя по всему, от взаимного расположения звёзд на небе, ну а побывав в верхней части графика прибор отправится в путешествие (trip), которое вызовет метаморфозы его кристаллической структуры и как следствие срабатывание защиты. Ниже приведена таблица с данными реальных приборов. Разница в токе срабатывания в зависимости от температуры впечатляет!

Таким образом, в устройствах предназначенных для работы в широком температурном диапазоне применять PPTC следует с осторожностью. Если вы считаете, что проблемы у нашего кандидата на звание Идеального Предохранителя закончились, то заблуждаетесь. Есть у него ещё одна слабость, присущая людям. После стрессового состояния, вызванного чрезмерным перегревом, ему необходимо придти в норму. Однако физика горячего тела очень похожа на физику мягкого. Как и человек после инсульта, прежним наш предохранитель уже не станет никогда! Для убедительности приведу очередной график, процесса реабилитации после стресса, вызванного превышением протекающего тока, который, меткие на слово англичане, обозвали Trip Event. и как они не боятся нашего роспотребнадзора?

Из графика видно, что процесс восстановления может длиться сутками, но полным не бывает никогда. С каждым случаем срабатывания защиты нормальное сопротивление нашего прибора становится всё выше и выше. После нескольких десятков циклов прибор вообще теряет способность выполнять возложенные на него функции должным образом. Поэтому не стоит использовать их в случаях когда перегрузки возможны с высокой периодичностью.
Пожалуй на этом стоило бы и закончить, и наконец приступить к обсуждению областей применения и схемотехнических решений, но стоит обсудить ещё некоторое нюансы, для чего посмотрим на основные характеристики широко распространённых серий нашего героя дня.

При выборе элемента, который вы будете использовать в проекте обратите внимание на максимально допустимый рабочий ток. Если высока вероятность его превышения, то стоит обратиться к альтернативному виду защиты, либо ограничить его с помощью другого прибора. Ну например проволочного резистора.
Ещё один очень важный параметр — максимальное рабочее напряжение. Понятно, что когда прибор находится в нормальном режиме напряжение на его контактах очень мало, но вот после перехода в режим защиты оно может резко возрасти. В недалёком прошлом этот параметр был очень мал и ограничивался десятками вольт, что не давало возможности использовать такие предохранители в высоковольтных цепях, скажем для защиты сетевых блоков питания.
В последнее время ситуация улучшилась и появились серии, рассчитанные на достаточно высокое напряжение, но обратите внимание, что они имеют весьма небольшие рабочие токи.

Скрестим ужа и трепетную лань.

Судя по тому, какое разнообразие устройств PolySwitch предлагает рынок, использовать их в разрабатываемых вами устройствах можно, а в отдельных случаях даже нужно, но к выбору конкретного прибора и способа его использования следует подходить с большой тщательностью.
Кстати, что касается схемотехники, прямая замена плавких предохранителей на PolySwitch хорошо проходит только в простейших случаях.
Например: для встраивания в батарейные отсеки, или для защиты оборудования (электродвигатели, активаторы, монтажные блоки) и электропроводки в автомобильных приложениях. Т.е. устройств, которые не выходят из строя мгновенно при перегрузке. Специально для этого имеется широкий класс исполнения данных устройств в виде перемычек с аксиальными выводами и даже дисков для аккумуляторов.

В большинстве же случаев PolySwitch стоит комбинировать с более быстродействующими устройствами защиты. Такой подход позволяет компенсировать многие из их недостатков, и в результате их с успехом применяют для защиты периферийных устройств компьютеров. В телекоммуникации, для защиты АТС, кроссов, сетевого оборудования от всплесков тока, вызванных попаданием линейного напряжения и молниями. А так же при работе с трансформаторами, сигнализациями, громкоговорителями, контрольно-измерительным оборудованием, спутниковым телевидением и во многих других случаях.

Вот простенький пример защиты USB порта.

В качестве комплексного подхода рассмотрим гипотетическую схему комплексно решающую задачу построения сверхзащищённого светодиодного драйвера с питанием от сети переменного напряжения 220В.

В первой ступени самовосстанавливающийся предохранитель применён в связке с проволочным резистором и варистором. Варистор защищает от резких бросков напряжения, а резистор ограничивает протекающий в цепи ток. Без этого резистора в момент включения импульсного источника питания в сеть через предохранитель может течь недопустимо большой импульс тока, обусловленный зарядом входных ёмкостей. Вторая ступень защиты предохраняет от неправильного переключения полярности, или ошибочном подключении источника питания со слишком большим напряжением. При этом, в момент аварийной ситуации, бросок тока принимает на себя защитный TVS диод, а PolySwitch ограничивает протекающую через него мощность, предотвращая тепловой пробой. Кстати, эта связка настолько напрашивается в ходе разработки схемотехники и так широко распространена, что породила отдельный класс приборов — PolyZen. Весьма удачный гибрид ужа и трепетной лани.

Ну, и на выходе наш самовосстанавливающийся предохранитель служит для предотвращения короткого замыкания, а так же на случай выхода из рабочего режима светодиодов, или их драйвера в результате перегрева, либо неисправности.
В схеме также присутствуют элементы защиты от статики, но это уже не тема данной статьи…

Виды предохранителей для бытовой техники

Изучаем принцип работы предохранителя, виды предохранителей, а также выясняем, как выбрать тот, который подойдет для вашего оборудования.

Назначение предохранителей

Любая электрическая цепь состоит из отдельных элементов с определенными значениями силы тока, при которых те способны работать. При резких скачках напряжения в сети сила тока в цепи становится выше той, что могут выдержать ее отдельные элементы.

Главная задача предохранителя — вовремя разомкнуть сеть, чтобы не было короткого замыкания

Это может привести к поломке оборудования. В таких ситуациях предохранители позволяют избежать порчи элементов электрических цепей.

Принцип работы электрических предохранителей

Задача абсолютно всех предохранителей заключается в разрыве электрической сети непосредственно в момент скачка напряжения. Однако у разных предохранителей она осуществляется по-своему. По принципу разрыва предохранители делятся на:

• электромеханические;
• электронные;
• самовосстанавливающиеся;
• плавкие.

Скачок напряжения приводит в действие механический рычаг, а тот размыкает сеть

Электромеханические предохранители размыкают сеть с помощью механических элементов. А конкретно с помощью биметаллической пластины, которая врезается в кабель и не дает случиться короткому замыканию.

Электронные предохранители чаще всего используются в компьютерной и бытовой технике

Электронные предохранители содержат бесконтактный ключ, который управляется специальной электронной схемой. Когда происходит скачок напряжения, схема сигнализирует ключу, что надо разомкнуть сеть.

Самовосстанавливающиеся предохранители выполнены из полимеров со свойствами диэлектрика и токопроводящего углерода

Самовосстанавливающиеся предохранители сделаны из особых полимеров. Когда через них протекает слишком большой ток, они начинают увеличиваться в размерах. В предохранителе разрываются углеродные цепочки, и растет сопротивление. Это защищает внешнюю электрическую цепь.

Вот от этих малышей зависит безопасность наших бытовых приборов

Плавкие предохранители разрывают электрическую цепь в результате расплавления плавкой вставки. Жилка сгорает за мгновение, как только сила тока превышает норму, что предупреждает серьезные проблемы.

Виды электрических плавких предохранителей

Плавкие предохранители считаются самыми дешевыми и самыми надежными. Кроме того, именно этот вид предохранителей чаще всего встречается в домах старого жилого фонда, так как они входят в состав практически всех сетей. Например, их можно найти в большинстве светильников. Единственный минус — такой предохранитель можно использовать один раз.

Плавкие предохранители делятся по типу и варианту исполнения. По типу можно выделить следующие разновидности предохранителей:

• первый типоразмер D;
• цилиндрические плавкие предохранители;
• плавкие предохранители со штырьковыми выводами;
• высоковольтные плавкие предохранители.

Первые три типа предохранителей применяют плавкие вставки gG (первая буква обозначает частичный интервал защиты от короткого замыкания, вторая — обозначает, что оно может защищать любое устройство). Корпус у них исключительно керамический.

В высоковольтных плавких предохранителях принцип работы хоть и остается прежним, но мощность значительно увеличивается, поэтому корпус у них больше, чем, допустим, у цилиндрических моделей.

По варианту исполнения плавкие предохранители делятся на:

• слаботочные вставки;
• вилочные;
• пробковые;
• ножевые;
• кварцевые.

Слаботочные вставки используются для защиты маломощных цепей, как правило, до 6 ампер. Чаще всего имеют цилиндрическую форму, по бокам металлические контакты, — внутри тонкая проволока.

Вилочные предохранители чаще всего используются в электрических цепях постоянного тока автомобилей. Контакты в таком предохранителе находятся с одной стороны, плавкая часть — с другой.

Пробковые предохранители — самый распространенный тип в старом жилом фонде на территории бывшего СССР. Внутри фарфорового корпуса находится тонкая проволока, сгорающая при аварийной ситуации.

Ножевые предохранители чаще всего встречаются в промышленности, т. к. выпускаются для больших токов (до 1250 ампер). Их стараются использовать только там, где работает квалифицированный персонал, обладающий навыками техники безопасности.

Кварцевые предохранители находятся по мощности где-то посередине между пробковыми и ножевыми. Рассчитаны на номинальные токи в 400 ампер.

Технические характеристики предохранителей

Основные характеристики предохранителей регламентируются соответствующими ГОСТами, а также национальными и международными нормами.

При установке предохранителя в сеть нужно учитывать два фактора: номинально допустимый ток в сети и номинальный ток плавкой вставки.

В случае, если провода рассчитаны на силу тока 25 ампер, а розетки — только на 16 ампер, предохранитель с плавкими вставками должен быть не выше 16 ампер.

От монтажа предохранителя зависит безопасность в работе электрооборудования

К другим важным характеристикам предохранителей относят способ монтажа устройства и полное соответствие сети, в которой он будет использоваться.

Как выбрать электрический предохранитель?

Выбирать предохранитель нужно исходя из технических возможностей проводки и электрооборудования. Следует учитывать возможный уровень токов короткого замыкания, а также среду эксплуатации. Например, ножевые предохранители не имеет смысла устанавливать в групповом щите домашнего хозяйства. В доме никогда не бывает токов такой силы, при которых ножевой предохранитель понадобится.

Заключение

Электрический предохранитель сможет спасти ваше электрооборудование от поломки и пожара. Поэтому выбирать его нужно очень тщательно. Учитывайте все: вид предохранителя, технические характеристики, а также возможности вашей электропроводки и защищаемого электрооборудования.

Классификация предохранителей

Слово «предохранитель» — синоним слова «защитник». Это — первое устройство, сконструированное человеком для того, чтобы уберечь элементы электрической цепи от повреждений при выходе в ней величин токов за грань дозволенного.

Но за этим простым словом кроется множество устройств, даже отдаленно не напоминающих «пробку», с успехом справляющуюся со всеми напастями на протяжении нескольких десятилетий. Вот краткий обзор этих устройств.

Плавкие предохранители

К ним относятся отжившие свой век «пробки», но принцип плавления проводника в намеренно ослабленном участке электрической цепи при превышении в нем тока выше заданного предела так и не утратил актуальность. Наоборот — он остается до сих пор самым дешевым, безотказным, и поэтому — эффективным методом защиты.

Основная классификация плавких предохранителей — наличие в них сменяемой плавкой вставки или необходимость после аварии менять предохранитель целиком. При этом учитывается, что арматура для установки элемента в состав изделия (колодки, разъемы) в комплект этого элемента не входит. К предохранителям с несменяемыми защитными элементами относятся:

• Стеклянные предохранители, использующиеся в бытовой и промышленной аппаратуре. Внешний вид их не меняется десятилетиями: стеклянная трубочка с контактными выводами по краям, а внутри — проволочка, откалиброванная на заданный ток плавления. Промышленные стеклянные предохранители заполняются кварцевым песком.
• Керамические предохранители, в которых вместо хрупкого стекла применен фарфор. Достоинство — он безопасен, так как прочнее стеклянного, а при повреждении корпуса не образует острых осколков, способных поранить пользователя при извлечении. Керамические предохранители также иногда заполняют кварцевым песком для более эффективного гашения дуги в момент перегорания вставки.

К предохранителям со сменяемыми плавкими вставками относятся устройства, состоящие из корпуса с расположенным внутри него сменяемым защитным элементом.

Размер корпуса стандартизирован на диапазон токов, а внутрь него устанавливается ряд вставок на разные токи. Вставки стоят недорого, их замена не требует времени и высокой квалификации персонала.

К тому же гибкая линейка возможных токов плавления позволяет подобрать предохранитель точнее.

Предохранители со сменными вставками

Возможна замена вставок и в предохранителях, конструкция которых это не предусматривает. Но процесс этот требует правильного подбора материала для новой вставки и высокой квалификации ремонтного персонала, особенно для устройств, предназначенных для работы на высоких напряжениях.

Быстродействующие предохранители

В отдельную категорию можно выделить быстродействующие предохранители. Они имеют особую конструкцию, позволяющую минимизировать время срабатывания.

Применяются они для защиты устройств на полупроводниковых элементах: частотных преобразователей, выпрямителей, устройств плавного пуска.

Для них времени срабатывания обычных плавких предохранителей недостаточно, чтобы предотвратить повреждение полупроводниковых элементов.

К быстродействующим также относятся полупроводниковые предохранители, принцип действия которых основан на свойствах р-п-перехода выдерживать строго определенный прямой ток.

Важной особенностью быстродействующих предохранителей является необходимость использования совместно с ними ограничителей перенапряжения. При резком исчезновении тока после срабатывания предохранителя в защищаемой цепи возникают коммутационные перенапряжения, действие которых на оборудование не менее опасно, чем сверхтоки при перегрузках и замыканиях.

Эти устройства имеют в качестве реагирующего элемента смесь полимерного материала с углеродом.

Углерод обеспечивает необходимую проводимость в нормальном режиме работы, но сопротивление его таково, что при превышении тока выше установленного порога углерод нагревается.

Нагрев сопровождается повышением температуры в замкнутом объеме и плавлением полимера, окружающего углерод. При этом сопротивление предохранителя еще более увеличивается, и так — до разрыва цепи. После того, как смесь остынет, предохранитель снова готов к работе.

SMD-предохранители

Эти устройства используются в микроэлектронной технике. По габаритам они не отличаются от прочих SMD-элементов — резисторов, транзисторов и конденсаторов.

SMD-предохранитель на печатной плате

Различаются эти устройства по рабочему напряжению, при его увеличении растут габариты устройств. Но при этом увеличивается и отключающая способность: чипы SMD, рассчитанные на рабочее напряжение до 63 В, отключают ток до 50 А; а цилиндрические с номинальным напряжением 250 В отключат ток до 1500 А.

Термопредохранители

По принципу действия они похожи на элементы тепловой защиты автоматических выключателей: внутри находится биметаллическая пластина, при перегреве размыкающая контакты силовой цепи.

Под действием заранее сжатой пружины контакты размыкаются, а после остывания датчика устройство возвращается в исходное положение нажатием кнопки. Контакты замыкаются, а пружина — сжимается.

Она снова готова разомкнуть контакты при перегрузке.

Термопредохранители выделяют в самостоятельные устройства, так как выполняемые ими задачи ограничены. Они позволяют защитить бытовую аппаратуру от перегрузок, возникающих в процессе работы. После остывания оборудования пользователю не потребуется ничего менять, достаточно нажать на кнопку — и устройством можно пользоваться снова.

Аналогичные устройства применяются в утюгах и электроплитах, но в них нет кнопок возврата. Включение нагревательных элементов происходит автоматически после остывания биметаллической пластины.

Но применяется данная конструкция не для защиты от перегрева, а для регулировки температуры. Для изменения порогового значения срабатывания с биметаллической пластиной соединен регулятор.

С его помощью механически можно изменить ток, при котором она сработает.

Но есть и другие устройства, имеющие то же название. Они работают как датчики температуры: размыкают свои контакты при ее повышении.

Термопредохранитель, срабатывающий от температуры

В корпусе такого предохранителя есть элемент, плавящийся при повышении температуры и разрывающий электрическую цепь так же, как и вставка плавкого предохранителя.

Использование предохранителей при высоких напряжениях

С повышением напряжения габаритные размеры предохранителей увеличиваются. Связано это с необходимостью:

• обеспечить расстояние между выводами элементов, требуемое ПУЭ;
• эффективно и быстро погасить дугу внутри корпуса предохранителя.

Даже при длине предохранителя, равной допустимому расстоянию между частями электроустановок, находящимися под разным потенциалом, обеспечить дугогашение не так просто. Не помогает даже наполнение корпуса кварцевым песком.

В этих случаях конструкцию предохранителя усложняют. Один из путей ускорения срабатывания является установка пружины, разрывающей плавкую вставку в момент перегорания.

Другой путь решения проблемы — сдувание дуги потоком газа, находящегося до срабатывания предохранителя под большим давлением. Путь газу внутрь устройства открывает клапан, механически соединенный с плавкой вставкой.

Срабатывание защиты сопровождается звуком, напоминающем выстрел, поэтому такие предохранители называют стреляющими.

Предохранители

Виды предохранителей Предохранители общего назначения Рассчитаны для напряжения до 500 вольт и силу тока до 1000 ампер. При возникновении электрической дуги возникает высокая температура, в результате чего происходит газогенерация стенок трубки, вызывающая высокое давление, которое и гасит эту дугу. Существуют конструкции резьбовые или имеющие сменные плавкие вставки.

Предохранители быстрого действия Защищают полупроводниковые преобразователи. В них время расплавления защитного элемента до начала отсечения тока составляет 2–3 миллисекунды. Они используются при напряжении до 2-х тысяч вольт и силе тока от 2-х до 5-ти тысяч ампер.

Современные конструкции представляют собой закрытые неразборные плавкие вставки, которые устанавливаются напрямую, на проводники какого-либо устройства. Плавкие вставки помещаются в герметичный керамический корпус. Предохранители взрывные Действуют по принципу разрушения в аварийной ситуации токоведущей вставки в результате воздействия взрывного заряда.

Представляют собой своего рода коммутаторы, своевременно реагирующие на короткие замыкания. Сигнал от датчика передается на трансформатор, который преобразует его до значения, вызывающего срабатывание взрывного предохранителя. Предохранители-выключатели Представляет собой рубильник, в котором предохранители используются как подвижные контакты.

Таким образом, получается применять его как выключатель и как защитное устройство.
Источник: http://electric-220.ru/news/predokhraniteli_ehlektricheskie_raznovidnosti/2013-01-15-275 Виды предохранителей Предохранители общего назначения Рассчитаны для напряжения до 500 вольт и силу тока до 1000 ампер. При возникновении электрической дуги возникает высокая температура, в результате чего происходит газогенерация стенок трубки, вызывающая высокое давление, которое и гасит эту дугу. Существуют конструкции резьбовые или имеющие сменные плавкие вставки. Предохранители быстрого действия Защищают полупроводниковые преобразователи. В них время расплавления защитного элемента до начала отсечения тока составляет 2–3 миллисекунды. Они используются при напряжении до 2-х тысяч вольт и силе тока от 2-х до 5-ти тысяч ампер.

Современные конструкции представляют собой закрытые неразборные плавкие вставки, которые устанавливаются напрямую, на проводники какого-либо устройства. Плавкие вставки помещаются в герметичный керамический корпус. Предохранители взрывные Действуют по принципу разрушения в аварийной ситуации токоведущей вставки в результате воздействия взрывного заряда.

Представляют собой своего рода коммутаторы, своевременно реагирующие на короткие замыкания. Сигнал от датчика передается на трансформатор, который преобразует его до значения, вызывающего срабатывание взрывного предохранителя. Предохранители-выключатели Представляет собой рубильник, в котором предохранители используются как подвижные контакты.

Таким образом, получается применять его как выключатель и как защитное устройство.
Источник: http://electric-220.ru/news/predokhraniteli_ehlektricheskie_raznovidnosti/2013-01-15-275 Виды предохранителей Предохранители общего назначения Рассчитаны для напряжения до 500 вольт и силу тока до 1000 ампер. При возникновении электрической дуги возникает высокая температура, в результате чего происходит газогенерация стенок трубки, вызывающая высокое давление, которое и гасит эту дугу. Существуют конструкции резьбовые или имеющие сменные плавкие вставки. Предохранители быстрого действия Защищают полупроводниковые преобразователи. В них время расплавления защитного элемента до начала отсечения тока составляет 2–3 миллисекунды. Они используются при напряжении до 2-х тысяч вольт и силе тока от 2-х до 5-ти тысяч ампер.

Современные конструкции представляют собой закрытые неразборные плавкие вставки, которые устанавливаются напрямую, на проводники какого-либо устройства. Плавкие вставки помещаются в герметичный керамический корпус. Предохранители взрывные Действуют по принципу разрушения в аварийной ситуации токоведущей вставки в результате воздействия взрывного заряда.

Представляют собой своего рода коммутаторы, своевременно реагирующие на короткие замыкания. Сигнал от датчика передается на трансформатор, который преобразует его до значения, вызывающего срабатывание взрывного предохранителя. Предохранители-выключатели Представляет собой рубильник, в котором предохранители используются как подвижные контакты.

Когда бытовая техника вдруг перестает работать, первое, что необходимо сделать — это проверить состояние плавкого предохранителя, цел ли он.

Плавкий предохранитель является той защитой, которая не дает сгореть электронным компонентам внутри ваших приборах, обеспечивает пожаробезопасность вашей бытовой техники, он ограничивает ток, и в случае его превышения из-за неисправности

бытового прибора мгновенно перегорает, обесточивая питание прибора. Предохранители могут быть впаяны в схему, но чаще они вставлены в специальные держатели.

Также они отличаются длиной и диаметром.Это следует помнить при замене. В бытовых приборах обычно устанавливают один сетевой предохранитель (не на ноль и не на фазу).

На электрических схемах предохранители обозначаются таким значком:

Буквенно — F или FU (Fuse) и указывается номинал, при котором предохранитель сгорит., например 1А (ампер). Таким образом, если мы ставим предохранитель не в номинал, ну скажем, 2 А,

то мы намеренно делаем незащищенной нашу аппаратуру при неисправности внутри ее . У предохранителя нет полярности. Он является одноразовым. Некоторые ставят скрученную проволоку вместо предохранителя- жучок-

что также ставит под угрозу сгорания схем внутри вашего устройства.

Для снятия предохранителя из держателя, показанного на рисунке ниже, необходимо либо выкрутить колпачек, либо нажать на колпачек и чуть повернуть в какую-либо сторону.

Рассмотрим виды исполнения предохранителей.

Плавкий предохранитель трубчатый стеклянный.

Самый распространенный предохранитель в бытовом использовании. Пожалуй, один из самых удобных в плане определения исправен он или нет, для этого достаточно посмотреть на просвет целая вставка или нет. Для надежности стоит прозвонить предохранитель тестором — тестор должен показать сопротивление 0.

Чем толще проволочка внутри предохранителя — тем на больший ток он рассчитан. В быту мы встречаемся с предохранителями на 220 Вольт и 12 Вольт.

Плавкий предохранитель трубчатый керамический.

Отличается от стеклянного материалом корпуса. Такой предохранитель более пожаробезопасен. Неудобство проверки заключается в том, проверить работоспособность на «глазок» не выйдет, нужно проверять тестором.

Самовосстанавливающиеся предохранители ECE

Самовосстанавливающиеся предохранители представляют собой элементы многоразового действия, предназначенные для защиты от перегрузок по току. В зарубежной литературе их называют resettable fuse, или PPTC (Polymeric positive temperature coefficient device), что буквально переводится как «полимерные устройства с положительным температурным коэффициентом». Это сложное название подчеркивает, что механизм работы самовосстанавливающихся предохранителей основан на применении сильной температурной зависимости.

В настоящий момент на рынке присутствует несколько крупных производителей самовосстанавливающихся предохранителей. При этом почти у каждого из них есть собственное запатентованное наименование: Polyfuse (Littelfuse), PolySwitch (TE Connectivity), Semifuse (ATC Semitec), Fuzetec (Fuzetec Technology), Multifuse (Bourns, Inc.). Впрочем, несмотря на звучные названия, принцип работы всех этих компонентов остается одинаковым.

В отличие от обычных плавких предохранителей PPTC способны восстанавливаться после возникновения КЗ и использоваться повторно. Вместе с тем из-за некоторых особенностей эксплуатации их нельзя назвать идеальным устройством защиты от перегрузок по току.

В статье описаны физические основы работы самовосстанавливающихся предохранителей, их основные характеристики и особенности эксплуатации. Для большей наглядности при анализе параметров PPTC приводятся конкретные примеры из номенклатуры компании ECE (рис. 1), а также выполняется сравнение с показателями обычных плавких предохранителей.

Рис. 1. Самовосстанавливающиеся предохранители от компании ECE [1]

Устройство и принцип работы самовосстанавливающихся предохранителей

Рассмотрим упрощенную структуру самовосстанавливающегося предохранителя (рис. 2). Конструктивно PPTC состоит из двух электродов, между которыми помещен проводящий графитовый слой с вкраплениями гранул непроводящего полимерного материала. В качестве полимерного материала, как правило, используется полиэтилен.

Рис. 2. Структура и температурная зависимость сопротивления PPTC

При низких температурах полимер находится в компактном кристаллическом состоянии. Между электродами присутствуют сплошные графитовые проводящие каналы. В результате сопротивление самовосстанавливающегося предохранителя оказывается низким (рис. 2, точка 1).

При увеличении температуры, например вследствие нарастания тока через PPTC, наблюдается незначительный рост сопротивления, вызванный тепловыми процессами (рис. 2, точка 2).

При дальнейшем росте тока и разогреве структуры PPTC температура может подняться до граничного значения, при котором полимер начинает переходить из кристаллического состояния в аморфное. Этот переход сопровождается значительным расширением. В результате графитовые каналы разрываются, а сопротивление увеличивается (рис. 2, точка 3). Процесс имеет скачкообразный характер, то есть даже при незначительном превышении граничной температуры наблюдается резкое возрастание сопротивления самовосстанавливающегося предохранителя.

Рост сопротивления приводит к ограничению тока. При этом если аварийное воздействие не прекращается (на выводах сохраняется высокое напряжение), то PPTC продолжает рассеивать значительную мощность и остается в разогретом высокоомном состоянии (рис. 2, точка 4).

После устранения аварии PPTC остывает и возвращается в исходное проводящее состояние.

Таким образом, самовосстанавливающиеся предохранители, по сути, срабатывают не из-за превышения тока, а из-за превышения температуры при саморазогреве. Эта важная особенность приводит к сильной зависимости времени и тока срабатывания от внешних условий. Данные вопросы будут рассмотрены отдельно.

Основные характеристики самовосстанавливающихся предохранителей

Рассмотрим основные характеристики самовосстанавливающихся предохранителей [1].

Ток удержания (Hold current, I_H) — максимальный ток, при котором PPTC гарантированно не переходит в высокоомное состояние при заданной температуре. Как правило, производители указывают значение тока удержания для конкретной температуры, обычно в диапазоне +23…+25 °C. В частности, в документации компании ECE ток удержания и другие параметры приведены для температуры +23 °C.

Ток срабатывания (Trip curren, I_T) — максимальный ток, при котором PPTC гарантированно переходит в высокоомное состояние при заданной температуре окружающей среды.

Максимальное напряжение (Maximum voltage, V_MAX) — максимальное напряжение, которое способен выдерживать самовосстанавливающийся предохранитель при протекании максимального тока I_MAX.

Максимальный ток (Maximum fault current, I_MAX) — максимальный ток, который способен пропускать самовосстанавливающийся предохранитель без разрушения при приложении максимального напряжения.

Мощность рассеивания (P_d) — мощность, рассеиваемая предохранителем в высоко­омном состоянии при заданной температуре окружающей среды.

Минимальное начальное сопротивление (R_min) — минимальное начальное сопротивление PPTC в проводящем состоянии при заданной температуре окружающей среды.

Максимальное сопротивление после восстановления (R_1max) — максимальное сопротивление PPTC после восстановления в течение 1 ч при заданной температуре окружающего воздуха.

Максимальное время срабатывания (Maximum time to trip) — время от возникновения аварийной ситуации до момента перехода PPTC в высокоомное состояние. Данная характеристика сильно зависти от тока.

Выбор самовосстанавливающегося предохранителя также зависит от диапазона рабочих температур, типа монтажа и целевой области применения. Для большей ясности обратимся к конкретным примерам из номенклатуры компании ECE.

Обзор самовосстанавливающихся предохранителей от компании ECE

Для обзора параметров самовосстанавливающихся предохранителей была выбрана тайваньская компания ECE. Данный производитель обеспечивает высокое качество продукции и в то же время предлагает более привлекательные цены по сравнению с раскрученными брендами. ECE специализируется на производстве электромеханических и электронных компонентов: выключателей, реле, разъемов, клеммников, индуктивностей и дросселей, самовосстанавливающихся предохранителей.

Номенклатура самовосстанавливающихся предохранителей от ECE содержит 31 серию (табл. 1):

• с различными корпусными исполнениями: с радиальными выводами, с аксиальными выводами для поверхностного SMD-монтажа;
• с рабочими напряжениями до 600 В (DC) и до 240 В (AC);
• с максимальным током срабатывания 50 мА — 15 А;
• со стандартным диапазоном рабочих температур –40…+85 °C.

Серия

Тип корпуса

Рейтинг напряжения

Диапазон токов удержания, А

С радиальными выводами

С аксиальными выводами

Такое многообразие как нельзя лучше демонстрирует возможности современных PPTC. Рассмотрим подробнее некоторые популярные серии.

ERFRA — серия популярных самовосстанавливающихся предохранителей с радиальными выводами и рабочим напряжением 60 В, объединяет почти два десятка моделей с током срабатывания 0,05–3,75 А и максимальным током 40 А (табл. 2).

Наименование

Ток удержания I_H, A

Ток срабатывания I_T, A

Максимальное время срабатывания
при токе 5×I_H, с

Максимальный ток I_MAX, A

Максимальное напряжение, В

Максимальная мощность (тип.), Вт

Сопротивление, Ом

Целевыми приложениями для предохранителей ERFRA являются компьютеры и оргтехника, системы сигнализации, громкоговорители, автомобильные приложения и многое другое.

ERFRB — еще одна серия предохранителей с радиальными выводами. В отличие от серии ERFRA данные PPTC имеют вдвое меньшее напряжение (30 В), зато обладают увеличенным током срабатывания до 9 А. В остальном характеристики и области применения серий схожи между собой.

ERFHU — серия PPTC с радиальными выводами и рекордным значением рабочего напряжения до 600 В DC. Эти предохранители находят применение в высоковольтном оборудовании, спутниковых приемниках, телекоммуникационных системах.

ERFSD — серия популярных самовосстанавливающихся предохранителей для поверхностного монтажа на печатную плату. Все представители серии имеют одинаковое корпусное исполнение 1812 (4,5×3,2 мм) и отличаются рабочим напряжением 6–60 В. Ток срабатывания для них составляет 0,1–3,0 А. Стоит отметить, что практически все модели PPTC серии ERFSD способны выдерживать импульсы тока до 100 А. Это огромное преимущество, например, для автомобильных приложений.

Самовосстанавливающиеся предохранители ERFSD также предназначены для широкого спектра приложений, начиная от компьютеров и заканчивая бытовой техникой.

ERFSM — еще одна серия самовосстанавливающихся предохранителей для поверхностного монтажа. Компактные габариты 3,2×2,6 мм, позволяют применять их даже при высокой плотности расположения компонентов и минимальном свободном месте на ПП. Расплатой за малые размеры становится снижение токов срабатывания по сравнению с серией ERFSD. Впрочем, области применения обеих серий совпадают.

Серия ERFSM объединяет 11 моделей с током ограничения 0,05–2 А и рабочими напряжениями до 60 В (табл. 3).

Наименование

Ток удержания I_H, A

Ток срабатывания I_T, A

Время срабатывания, с

Максимальный ток I_MAX, A

Рейтинг напряжения, В

Максимальная мощность (тип.), Вт

Сопротивление, Ом

Как видно из обзора номенклатуры компании ECE, в настоящий момент к услугам разработчиков внушительный арсенал защитных элементов с широким диапазоном токов, напряжений и корпусных исполнений. Вместе с тем PPTC не способны полностью вытеснить обычные плавкие предохранители. Причины кроются в принципиальных отличиях между этими компонентами.

Отличия между PPTC и плавкими предохранителями. Области применения PPTC

Обычные плавкие предохранители являются защитными элементами одноразового действия, в то время как PPTC могут использоваться многократно. Впрочем, это лишь одно из нескольких принципиальных различий (табл. 4).

Параметр

Плавкий предохранитель

Самовосстанавливающийся предохранитель

полный разрыв цепи

Токи утечки после срабатывания

единицы — десятки ампер

десятки миллиампер — единицы ампер

Максимальная рабочая температура, °С

После срабатывания плавкий предохранитель должен быть заменен. С одной стороны, это недостаток, так как для замены требуется человек. А с другой — защищаемая цепь надежно изолируется от источника аварии. В то же время PPTC после срабатывания не требует замены и сам восстанавливается после устранения аварии и остывания. Однако нужно понимать, что цепь не изолируется от источника аварии полностью и это может привести к негативным последствиям. Например, если в момент нахождения PPTC в высокоомном состоянии в цепи происходит мощный выброс напряжения, то пробой PPTC оставит цепь без защиты от КЗ.

Говоря о пробое, следует отметить относительно низкое рабочее напряжение самовосстанавливающихся предохранителей, в то время как для обычных плавких предохранителей рейтинг напряжения может быть очень высоким.

Так как при срабатывании самовосстанавливающегося предохранителя цепь физически не разрывается, а сопротивление PPTC является конечным, это приводит к возникновению токов утечки, что также не всегда допустимо.

Диапазон рабочих токов для плавких предохранителей оказывается очень широким и достигает сотен ампер, в то время как PPTC работают с меньшей нагрузкой от десятков миллиампер до единиц ампер.

Диапазон рабочих температур для PPTC, как правило, составляет –40…+85 °C. Это ограничивает их применение в различных автомобильных и промышленных приложениях.

Еще одним большим недостатком PPTC считается сильная температурная зависимость основных характеристик (токов и времени срабатывания). Подробнее эта особенность будет описана в следующем разделе.

Таким образом, PPTC не всегда способны заменить плавкие предохранители. Поэтому и те и другие остаются в арсенале разработчиков электроники. Плавкие предохранители обычно применяются в случаях, когда требуется гарантированный разрыв электрической цепи при возникновении КЗ в широком диапазоне температур. PPTC предпочтительны в устройствах, в которых большое значение имеют габариты и возможность многоразового использования без необходимости ремонта.

PPTC применяют в цепях питания электронной аппаратуры, для защиты аккумуляторов и батарей, для защиты стандартных интерфейсов (Ethernet, USB1.1 и USB2.0, IEEE 1394 FireWire), в автомобильных приложениях и т. д. (рис. 3).

Рис. 3. Примеры использования PPTC

Особенности применения PPTC

При использовании PPTC необходимо помнить о некоторых особенностях их эксплуатации.

Зависимость тока срабатывания от температуры окружающей среды

Как уже отмечалось выше, PPTC, как и обычные плавкие предохранители, на самом деле срабатывают не из-за перегрузки по току, а из-за перегрева, вызванного увеличением рассеиваемой мощности. Таким образом, температура окружающей среды и качество теплоотвода оказывают сильное влияние на характеристики PPTC.

При увеличении температуры окружающей среды потребуется меньшая мощность для разогрева непроводящего полимера PPTC до температуры перехода. То есть с ростом температуры ток срабатывания быстро уменьшается.

Обычные плавкие предохранители также страдают от этого недостатка, но у PPTC зависимость оказывается значительно сильнее. На рис. 4 приведены температурные зависимости номинального тока срабатывания для популярных серий самовосстанавливающихся предохранителей ECE. На этом же графике изображена температурная зависимость стандартных автомобильных предохранителей ATO от компании Littelfuse. Как говорится, разница налицо. Если для плавких предохранителей уменьшение тока срабатывания в диапазоне –40…+85 °C составляет около 20%, то для PPTC оно может достигать 130%!

Рис. 4. Температурная зависимость тока срабатывания от температуры [1, 2]

Зависимость времени срабатывания от тока

Разогрев структуры самовосстанавливающегося предохранителя имеет инерционный характер и зависит от величины протекающего тока. Чем выше ток, тем быстрее сработает PPTC.

Здесь опять стоит отметить, что обычные предохранители также страдают от этого эффекта. Для сравнения на рис. 5 приведены зависимости для серии ERFSM и стандартных автомобильных предохранителей ATO от компании Littelfuse.

Рис. 5. Температурная зависимость времени срабатывания от тока [1, 2]

Зависимость тока срабатывания от качества теплоотвода

Как правило, плавкие предохранители устанавливаются в держатели, тем самым получая дополнительную теплоизоляцию. Напротив, PPTC распаиваются на печатной плате, которая становится своего рода радиатором. Это особенно критично для самовосстанавливающихся предохранителей для поверхностного монтажа. Плата с массивными медными полигонами способна значительно повлиять на величину тока срабатывания и на скорость срабатывания PPTC. Эту особенность также следует учитывать.

PPTC могут требовать внешней защиты от перенапряжений и КЗ

Несмотря на то, что самовосстанавливающиеся предохранители используются для защиты от перегрузки по току, им самим может потребоваться защита от КЗ. Как было сказано выше, одним из параметров PPTC является максимальный ток I_MAX. При его превышении предохранитель попросту разрушается вследствие необратимых термических процессов.

Эта проблема не критична, если источник тока (например, батарейка) не способен выдать ток более I_MAX. В противном случае для защиты следует выбрать другую модель PPTC или использовать дополнительный системный плавкий предохранитель.

Также самовосстанавливающиеся предохранители имеют вполне конкретные ограничения по уровню рабочего напряжения. Если существует угроза перенапряжений, обычно устанавливают дополнительные шунтирующие или TVS-диоды (рис. 3).

Деградация

При рассмотрении основных параметров PPTC были приведены два значения сопротивлений: R_min и R_1max. При этом R_1max всегда оказывается больше. Это неспроста. Дело в том, что после остывания PPTC его сопротивление никогда не возвращается к исходному значению R_min, даже если время восстановления достигает нескольких дней или месяцев (рис. 6).

Рис. 6. Изменение сопротивления PPTC при остывании

Это явление напоминает деградацию — необратимое ухудшение характеристик после срабатывания. В итоге, хотя PPTC и является инструментом защиты многоразового использования, качество его работы ухудшается с течением времени. Об этом нужно помнить.

Заключение

Самовосстанавливающиеся предохранители, или PPTC, являются привлекательной альтернативой обычным плавким предохранителям в широком спектре приложений. Вместе с тем при использовании PPTC следует учитывать их невысокую температурную стабильность, чувствительность к перенапряжениям и деградацию свойств при срабатываниях.

Компания ECE предлагает богатый выбор недорогих самовосстанавливающихся предохранителей, которые могут применяться в промышленном и лабораторном оборудовании, в устройствах с аккумуляторным питанием, компьютерной оргтехнике, стандартных интерфейсах (Ethernet, USB1.1 и USB2.0, IEEE 1394 FireWire), в автомобильных приложениях и других областях.

Принцип действия, размещение и проверка термопредохранителя в трансформаторе

предназначены для защиты дорогостоящих компонентов и оборудования, таких как трансформаторы, электродвигатели, мощные транзисторы выходных каскадов усилителей, от повреждения при перегреве выше допустимой рабочей температуры.

Что такое термопредохранитель и зачем он нужен

Термопредохранитель — это элемент электрической схемы, отключающий аппарат не при превышении тока выше номинального, как обычный предохранитель, а при повышении температуры.

Перегрев трансформатора происходит по разным причинам, основные из которых перегрузка или недостаточное охлаждение устройства. При этом разрушается изоляция обмоточных проводов, что приводит к витковому замыканию или возгоранию обмоток.

Основной задачей аппарата является разрывание цепи при перегреве. Он подключается последовательно с первичной обмоткой и устанавливается внутри катушек трансформатора, под наружной изоляцией. При перегреве происходит его срабатывание и отключение аппарата.

Традиционные плавкие предохранители

Традиционная плавкая вставка состоит из свинцовой нити, помещенной в стеклянную или керамическую трубку. Трубка может быть заполнена кварцевым песком, который гасит электрическую дугу.

Свинцовая нить обладает некоторым сопротивлением и при прохождении через нее электрического тока нагревается.

В рабочем режиме, когда ток не превышает некоторого значения, свинцовая нить не препятствует его прохождению. Когда же ток (вследствие неисправности или аварии) возрастает, свинцовая нить нагревается и расплавляется, прерывая цепь.

Таким образом, ценой своей «смерти» предохранитель спасает устройство от гораздо больших неприятностей.

Но обычная плавкая вставка не всегда выполняет свои функции должным образом. Во-первых, для того, чтобы свинцовая нить нагрелась до температуры плавления, нужно некоторое время. Современные полупроводниковые изделия довольно “нежны”, и могут за это время благополучно сгореть.

Во-вторых, существуют устройства и детали, которые нагреваются в процессе работы до температуры, значительно превышающей комнатную. Одним из таких устройств является малогабаритный низкочастотный трансформатор, применяемый в блоках питания (адаптерах) модемов, коммутаторов ЛВС и т. п.

Эти адаптеры обеспечивают на своем выходе постоянное или переменное напряжение в несколько вольт при небольшом токе. Скажем прямо — производители часто экономят при их производстве, используя меньше меди и стали в трансформаторе.

Результатом является работа с перегрузкой и довольно сильный перегрев обмоток и сердечника даже при нормальных условиях эксплуатации.

Если же сетевое напряжение даже незначительно повысится (например, с 220 до 240 В), обмотки и сердечник нагреются еще сильнее, что может привести к возгоранию и пожару. При этом ток через обмотки, естественно возрастает, однако его величины не хватает для сгорания предохранителя.

Как же защитить такое оборудование?

Для таких случаев чья-то умная голова придумала

Принцип действия устройства

Есть несколько видов термопредохранителей, выполняющие одинаковые функции, но различные по конструкции:

• Одноразовые предохранители. Внутри элемента находится проволока из легкоплавкого сплава – Розе (+94°C.) или Вуда (+60-68,5°C). Наполнителем является кварцевый песок, впитывающий расплавленный металл и гасящий дугу, которая появляется при срабатывании устройства.
• Самовосстанавливающийся предохранитель. Это полимерный терморезистор с нелинейным изменением сопротивления при повышении температуры. В холодном состоянии оно близко к 0 и не оказывает влияния на работу схемы. При превышении температуры сопротивление элемента возрастает, и он отключает обмотку трансформатора от сети. После остывания предохранитель возвращается в исходное состояние.
• Биметаллические термостаты. В корпусе этих приборов находятся контакты и биметаллическая пластинка. При нагреве она изгибается и размыкает контакт. Есть двух видов – малогабаритные с гибкими выводами, которые устанавливаются внутри обмоток и более массивные, которые имеют клемы для подключения и ставятся снаружи аппарата на магнитопровод или радиатор выходных транзисторов.

Основные параметры самовосстанавливающихся предохранителей

• Hабочее напряжение. Оно показывает, при каком напряжении в сети предохранитель может работать достаточно долгое время, не выходя из строя. Как правило, в прибор ставится предохранитель с немного большим рабочим напряжением, чем то, на которое рассчитан сам прибор.
• Номинальный рабочий ток. Это максимальное значение тока через предохранитель, при котором он нормально работает, не срабатывая (не размыкая цепи).
• Ток срабатывания. Это минимальный ток, при котором самовосстанавливающийся предохранитель сработает. Этот параметр очень важен, так как от него напрямую зависит надежность защиты прибора или аппаратуры. Если заменить на меньшее значение, предохранитель станет чаще срабатывать (давать ложные сработки), если на большее – он не сработает в нужный момент и аппаратура может выйти из строя.
• Максимальный ток , который может выдержать предохранитель, не выходя из строя.
• Рабочая температура.
• Максимальное и минимальное сопротивление. Первое значение указывает сопротивление предохранителя, когда он сработал, а второе – в нормальном состоянии.
• Скорость срабатывания. Чем меньше это время, тем лучше.

Будет интересно➡ Устройство плавкого предохранителя

Как правило, на самом самовосстанавливающемся предохранителе указывается только рабочее напряжение, температура и ток срабатывания – это самые важные параметры. Остальные можно посмотреть в справочнике в Интернете. Самовосстанавливающийся предохранитель широко используется в электронике для защиты электронной аппаратуры. Полимерный компонент резко увеличивает сопротивлением при превышении порогового значения протекающего через него тока. После уменьшения напряжения через заданный интервал времени предохранитель уменьшает свое сопротивление, поэтому его назвали самовосстанавливающимся. Самовосстанавливающиеся предохранители широко используются для защиты коммуникационных портов и интерфейсов. Ведущим производителем компонентов является компания Bourns.

Это интересно! Все о полупроводниковых диодах.

Какие термопредохранители используются

В зависимости от назначения аппарата в трансформаторах применяются разные типы термопредохранителей.

В трансформаторе музыкального центра

Перегрев музыкального центра не всегда связан с выходом из строя электронной схемы. Это может происходить из-за длительной работы, недостаточного охлаждения, установки центра возле батареи отопления и других причин.

Кроме того, музыкальная аппаратура дороже зарядных устройств и блоков питания, поэтому в них устанавливаются более дорогие многоразовые самовосстанавливающиеся предохранители и биметаллические термостаты.

Информация! В некоторых аппаратах термозащита устанавливается не только в трансформаторах, но и на радиаторах силовых транзисторов.

В трансформаторе блока питания

Блоки питания — это сравнительно недорогие устройства, поэтому в бп устанавливаются одноразовые предохранители со вставкой из легкоплавкого металла.

Типы корпусов, габаритные и установочные размеры

Самовосстанавливающиеся предохранители выпускаются в нескольких типах корпусов:

• Дисковые с радиальными проволочными выводами: серии MF-R, MF-RX (рис. 5). Общего применения, для печатного монтажа в отверстия или для навесного монтажа.
• Для поверхностного монтажа: серии MF-SM, MF-MSM. Общего применения.
• В плоских прямоугольных корпусах с ленточными выводами: серии MF-S, MF-LS (рис. 6). Применяются для защиты аккумуляторных батарей от короткого замыкания и перегрева в процессе зарядки.
• В бескорпусном исполнении в виде дисков без выводов.

Маркируются логотипом производителя, идентификатором серии, кодовым обозначением нормального рабочего тока (Ihold) и кодовым обозначением даты производства. На самовосстанавливающиеся предохранители в бескорпусном исполнении в виде дисков маркировка не наносится.

Как проверить исправность работы термозащиты

Проверка работы одноразового предохранителя приведёт к его срабатыванию и выходу из строя, поэтому такие элементы проверяют только тестером на целостность.

Для проверки многоразовых устройств термозащиты кроме тестера необходима обычная зажигалка;

• подключить тестер к выводам термопредохранителя;
• проверить сопротивление – должно быть около 0Ом;
• нагреть элемент зажигалкой;
• в процессе нагревания сопротивление исправного устройства резко увеличивается;
• после остывания показания прибора должны вернуться к первоначальным.

Расшифровка наименования PPTC-предохранителей серии Multifuse

Наименования моделей предохранителей имеют удобную и понятную структуру, позволяющую легко расшифровать основные рабочие параметры. В общем случае название имеет вид MF – UUUU ZZZ/YY X – V.

• MF – сокращение от названия серии Multifuse;
• UUUU – серия предохранителя: MSMF, NSMF, PSMF, USMF, SM – планарные;
• R, RG, RM – радиальные выводные;
• S, SVS, VS, VSN – аксиальные выводные.

Названия серий, оканчивающиеся на буквы HT, обозначают расширенный рабочий температурный диапазон. Например, для серии SMHT температура работы находится в диапазоне -40…125°C, а для серии SM – -40…85°C.

• ZZZ – ток пропускания через предохранитель (Ihold). Например, значение 030 соответствуют току 0,3 А, а число 300 – 3 А;
• YY – максимальное напряжение (Vmax). Если на месте «YY» стоит пропуск, то следует принимать стандартное напряжение для данной серии, а его значение необходимо уточнить в соответствующем описании;
• X – отметка о применении при изготовлении технологии FreeXpansion Design™, которая значительно увеличивает стабильность параметров полимера с положительным температурным коэффициентом при многократных срабатываниях;
• V – требование к упаковке: V = 0 – элементы без упаковки;
• V =2 – предохранители поставляются в лентах, накрученных на катушки (этот вариант целесообразен для линии автоматического монтажа).

Например, модель MF-MSMF 250/16 X-2 подразумевает, что используется PPTC-предохранитель типа Multifuze производства Bourns планарной серии MSMF с током пропускания 2,5 А при 23°C и максимальным напряжением 16 В. Буква «Х» обозначает, что при изготовлении применялась технология FreeXpansion Design™. Цифра «2» обозначает упаковку в катушках по 1500 штук в каждой.

Как сделать самодельный термопредохранитель

Сделать полноценное устройство термозащиты в домашних условия нельзя – для этого необходимы дорогие и редкие сплавы. Распространённый оловянно-свинцовый припой ПОС-60 имеет температуру плавления 190°С и не обеспечит надёжную защиту.

Элемент для замены стоит недорого и его можно приобрести в магазине или заказать на Алиэкспресс. Выбор производится по трём параметрам:

• Температура срабатывания. Должна быть аналогична сгоревшему предохранителю.
• Ток. Должен быть не меньше тока защищаемого аппарата.
• Напряжение. При работе напряжение на выводах предохранителя несколько милливольт, но при срабатывании оно равно напряжению сети. Поэтому при недостаточном номинальном напряжении элемента внутри него произойдёт короткое замыкание и трансформатор останется в работе. Для большинства электроприборов этот параметр должен составлять не менее 250В.

Расчет мощности и сопротивления

Сопротивление полимерных предохранителей как минимум в два раза больше в сравнении с плавкими. В отличие от плавких предохранителей полимерные не обеспечивают полного разрыва цепи. Поэтому в “отключенном” состоянии (т.е. в состоянии высокого сопротивления) полимерные предохранители характеризуются током утечки. Величина тока утечки может достигать нескольких сотен миллиампер. Плавкие предохранители при срабатывании полностью разрывают цепь протекание тока.

При выборе полимерного предохранителя следует принимать во внимание изменение параметров в рабочем диапазоне температур, габаритные размеры, а также соответствие стандартам. Для некоторых типов полимерных предохранителей в Табл. 1 приведены зависимости номинального тока срабатывания предохранителей от температуры.

Скорость реакции полимерных предохранителей хуже, чем у плавких. Времятоковая характеристика полимерных предохранителей во многом аналогична той, которую имеют плавкие предохранители типа Littelfuse Slo-Blo. Времятоковая характеристика отключения – зависимость времени “перегорания” от протекающего тока. Это, по сути, время отключения как функция тока.

Строение самовосстанавливающихся предохранителей

Максимально допустимый ток через полимерный предохранитель 10-100 А, тогда как у некоторых типов плавких максимальный ток может достигать величины 10 тыс. ампер. Определения некоторых основных электрических характеристик полимерных предохранителей во многом соответствуют тем, которые используются для плавких. Вместе с тем, в связи с особенностями технологии в документации, предоставляемой компанией Littelfuse, в качестве основных приводятся следующие электрические характеристики полимерных предохранителей.

Ток удержания Ihold (hold current). По сути, номинальный ток предохранителя. Ток удержания – максимальный ток, который может протекать через предохранитель, и который не приводит к переходу в непроводящее состояние при заданной температуре окружающего воздуха (как правило, – это 20 или 23 °C).

Будет интересно➡ Устройство плавкого предохранителя

Ток срабатывания Itrip (trip current) – минимальный ток, при котором полимерный предохранитель переходит в непроводящее состояние при заданной температуре окружающего воздуха.

Максимальный ток Imax (maximum fault current) – максимальный ток, который предохранитель может выдержать без повреждения при напряжении Vmax.

Максимальное напряжение Vmax (maximum voltage device) – максимальное напряжение, которое может выдержать предохранитель без повреждения при протекании максимального тока Imax. Следует учитывать не только номинальное значение рабочего напряжения, но и возможность возникновения разного рода импульсных помех (например, в системе электропитания автомобилей). Полимерные предохранители общего применения компании Littelfuse предназначены для работы при напряжении до 60 В. Для сравнения плавкие предохранители рассчитаны на напряжение 1000 В и более.

Мощность рассеивания Pdmax (power dissipated) – мощность, рассеиваемая предохранителем при переходе в непроводящее состояние при заданной температуре окружающего воздуха (обычно 20 или 23 °C).

Минимальное сопротивление Rmin (minimum resistance of device in initial state). Минимальное начальное сопротивление предохранителя в проводящем состоянии до монтажа на плату, по сути, до его пайки.

Типовое сопротивление Rtyp (typical resistance of device in initial state). Типовое сопротивление предохранителя в проводящем состоянии до монтажа на плату.

Максимальное сопротивление после восстановления R1max (maximum resistance) – максимальное сопротивление при заданной температуре, измеренное по истечению одного часа после восстановления или через 20 с после пайки при температуре 260 °C.

Полимерные предохранители (Polyfuse, Resettable PTC) это не аналог плавких предохранителей и по сравнению с ними – инерционные устройства, что необходимо учитывать при выборе предохранителя для конкретного приложения. Следует также принимать меры для ограничения протекающего тока и падения напряжения на нем. В некоторых случаях даже сопротивление соединительных проводов, например, электропроводка транспортного средства или внутреннее сопротивление аккумулятора может ограничить ток до допустимого уровня в цепи предохранителя.

Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.

Нельзя забывать, что при восстановлении полимерного предохранителя его характеристики ухудшаются после каждого срабатывания, поэтому на реальное число срабатываний влияют также специфические особенности эксплуатации некоторых приборов (например, тех, в которых перегрузка по току – частое явление). Ток срабатывания в значительной мере зависит от температуры окружающей среды. Если устройство предназначено для эксплуатации в расширенном диапазоне температур, использование полимерных предохранителей потенциально может привести к ложным срабатываниям. Диапазон рабочих температур полимерных предохранителей всего -40…85 °С.

Технологический процесс ремонта и замены предохранителя

Во многих случаях трансформатор перестаёт работать из-за срабатывания термопредохранителя. Это происходит не только из-за перегрева обмоток, но и из-за кратковременного повышения тока. В этом случае термозащита выполняет функцию обычного предохранителя.

Для восстановления работоспособности аппарата защитный элемент необходимо заменить на аналогичный или на обычный предохранитель. Есть два варианта подключения термозащиты.

Соединение проводов на плате

В этом случае достаточно закоротить вывода термозащиты или припаять параллельно вышедшему из строя элементу на длинных проводах исправный. Он укладывается на вторичную обмотку и закрепляется скотчем.

Соединение внутри катушек

В этом случае необходимо следующее:

• демонтировать трансформатор;
• разобрать магнитопровод;
• снять со вторичной обмотки наружный слой изоляции;
• отделить от катушки термопредохранитель;
• отпаять его от вывода первичной обмотки;
• припаять вместо него исправный элемент и поместить на место старого;
• обмотать всю конструкцию изоляционным материалом;
• собрать трансформатор и подключить его к плате.

Важно! Причиной срабатывания термозащиты может быть неисправность электронной схемы, поэтому после сборки работоспособность аппарата необходимо тщательно проверить.

Области применения

PPTC-предохранители прекрасно зарекомендовали себя как непременные элементы защиты в необслуживаемых устройствах с возможностью возникновения многократных перегрузок по току и устройствах, где замена плавкой вставки является проблематичной. Особенно актуальна защита с применением PPTC-предохранителей в разъемах электроники, где цепи питания могут замкнуться из-за внешнего воздействия и привести к перегрузке по току. Иными словами, сфера применения таких предохранителей включает в себя компьютеры и мобильные устройства (телефоны, планшеты, плееры), трансформаторы, звуковоспроизводящую технику, электромоторы, элементы питания, медицинское и измерительное оборудование, автомобильную электронику и телекоммуникационные сети.

Существует множество стандартов, в которых регламентируется необходимость защиты от токовых перегрузок. Например, стандарты PC 97, PC 98, PC 99 и PC 2001, которые разработаны совместно Microsoft и Intel для IBM-совместимых компьютеров; USB OTG (разработан USB Implementers Forum, Inc.); Telcordia GR-1089-CORE для защиты интерфейса абонентской линии или EN60742 для защиты трансформатора. Требования перечисленных стандартов можно успешно выполнить, используя PPTC-предохранители серий MULTIFUSE® производства Bourns.

Замена комплектующих

Перед тем как заменить термопару, попробуйте почистить. Характерный признак неисправности таков:

• нажимается кнопка;
• загорается пламя;
• огонь горит, пока палец лежит на кнопке.

Стоит убрать руку, пламя исчезает. Следует наждаком почистить головку датчика, расположенную под рассекателем. Если действие бессильно помочь, производится замена термопары газовой плиты. Электромагнитный клапан рассчитан на срабатывание при достижении напряжением некоторого уровня. При невозможности достать оригинальную запчасть, вспомните факт. Порог срабатывания найдете в технических параметрах электромагнитного клапана. Разумеется, после сборки систему следует проверить на работоспособность.

Отметим малоизвестный факт: тип форсунки определен давлением газа магистрали. Учитывают при переходе с природного газа (метан) на баллонный. У последнего давление выше, диаметр форсунки уже. Где взять изделия заменить старые. Газовая плита комплектуется двумя наборами форсунок. Производитель учитывает возможность перехода на новый тип топлива. Для производства замены входит в комплект специальный торцовый ключ.

Алгоритм подбора PPTC-предохранителя

При выборе самовосстанавливающегося PPTC-предохранителя необходимо определить следующие параметры:

1. номинальный ток пропускания через предохранитель (Ihold);
2. максимальное напряжение, которое может быть приложено к PPTC-предохранителю (Vmax);
3. максимальный аварийный ток (Imax);
4. максимальная рабочая температура вашего устройства;
5. форм-фактор корпуса предохранителя.

Обратим внимание, что при выборе предохранителя критически важно учитывать зависимость тока пропускания Ihold от окружающей температуры. Для каждой серии предохранителей существуют таблицы поправочных коэффициентов, позволяющие избежать случайных срабатываний (таблица 3).

Таблица 3. Зависимость тока пропускания Ihold от температуры окружающей среды для серии MF-MSMF