Электронные предохранители. Вопросы и ответы

Электронный предохранитель является мощным и универсальным инструментом защиты от перегрузок по току. Вместе с тем, при проектировании электронных предохранителей приходится решать множество задач, например, выбирать оптимальный токовый усилитель. Впрочем, при использовании специализированных ИС самые сложные задачи оказываются решенными.

Традиционный плавкий предохранитель представляет собой простейший элемент защиты от коротких замыканий (рис. 1). Среди его достоинств можно выделить низкую стоимость, высокую доступность, максимальную предсказуемость поведения, высокую надежность, простоту применения. Между собой плавкие предохранители отличаются рейтингом тока, корпусным исполнением и другими характеристиками. Тем не менее, разработчики всегда ищут новые способы решения даже для уже решенных задач, особенно если новые подходы обеспечивают большую гибкость и функциональность. Это касается и проблемы защиты от коротких замыканий. В данной статье в форме вопросов и ответов рассматриваются основные особенности электронных плавких предохранителей (e-fuse или efuse), особое внимание уделяется усилителю тока, который является наиболее важной частью схемы.

Рис. 1. Традиционные плавкие предохранители отличаются рейтингом тока, корпусным исполнением и другими характеристиками. Тип предохранителя выбирается, исходя из требований конкретного приложения

Где можно прочитать об основных характеристиках и особенностях традиционных плавких предохранителей?

В списке литературы приведены ссылки [1, 2], в которых подробно рассматриваются эти вопросы.

Если плавкие предохранители являются простым и надежным элементом защиты от КЗ, то зачем нужно искать альтернативные решения?

Традиционные плавкие предохранители имеют множество достоинств. Вместе с тем у них есть и недостатки, наиболее важными из которых являются: жесткое задание тока срабатывания, невысокое быстродействие (особенно в сравнении с новейшими электронными схемами), необходимость физической замены после срабатывания. Кроме того, точность таких предохранителей при малых токах (в диапазоне 100 мА) оказывается не такой высокой, как хотелось бы большинству разработчиков. В то же время электронные предохранители все чаще используются в автомобилях, платах расширения с возможностью горячей замены и многих других электронных устройствах.

Какая альтернатива существует для плавких предохранителей?

Альтернативой плавким предохранителям становятся полностью электронные предохранители, характеристики которых не так сильно зависят от температуры.

Как выглядит схема электронного предохранителя?

Для создания электронного предохранителя потребуется несколько основных аналоговых компонентов: прецизионный токовый резистор (шунт) [3], усилитель тока (current sense amplifier или CSA) с набором согласованных резисторов, компаратор для формирования сигнала отключения, полевой транзистор для выполнения коммутации нагрузки (рис. 2). Обратите внимание, что электронные предохранители имеют много общего с интеллектуальными силовыми ключами, о которых мы рассказывали в статье «Интеллектуальные ключи. Вопросы и ответы»[3, 4].

Рис. 2. Напряжение на шунте (прецизионном резисторе) измеряется дифференциальным усилителем тока, при этом напряжение на входах не привязано к «земле» усилителя.

Как работает электронный предохранитель?

Ток нагрузки протекает через шунт и создает на нем падение напряжения, которое усиливается дифференциальным усилителем тока. Поскольку сопротивление шунтового резистора известно, то с помощью несложной аналоговой схемы можно задать пороговое значение тока, с учетом закона Ома: I = V/ R (рис. 2).

Если пороговое значение тока превышено, компаратор формирует аварийный сигнал, и силовой полевой транзистор отключает нагрузку (рис. 3). Время отклика для такой схемы составляет всего несколько микросекунд, что намного меньше, чем у традиционных плавких предохранителей, для которых время срабатывания составляет десятки-сотни миллисекунд. Кроме того, поскольку параметры электронных компонентов слабо зависят от температуры, то температурная зависимость тока срабатывания для электронных предохранителей не является такой существенной проблемой, как для плавких предохранителей.

Рис. 3. Полевой транзистор подключен последовательно с нагрузкой и используется для коммутации тока в электронном предохранителе. Этот транзистор должен иметь очень низкое сопротивление открытого канала, чтобы обеспечивать минимальное падение напряжения и низкую рассеиваемую мощность.

Какие особенности есть у предложенной схемы электронного предохранителя?

Во-первых, резистор и усилитель тока должны обладать минимальной температурной зависимостью. При этом значительная погрешность измерения может быть вызвана как колебаниями температуры окружающей среды, так и саморазогревом шунта. Кроме того, для управления полевым транзистором во многих случаях потребуется драйвер, особенно если речь идет о мощных силовых ключах, работающих с большими токами и напряжениями.

Во-вторых, схема должна иметь некоторый гистерезис, чтобы избежать ложных переключений при возникновении перегрузки по току. Аварийный сигнал с гистерезисом может быть сформирован по-разному, например, с помощью простого аналогового компаратора. Для обнаружения перегрузки по току также могут быть применены алгоритмы цифровой обработки сигналов, для чего потребуется связка из АЦП и микроконтроллера (или процессора). Еще одним вариантом подстройки порога срабатывания становится программируемый цифровой потенциометр.

Однако усложнение схемы не идет на пользу надежности. Поэтому очень важно понять, является ли интеллектуальное поведение электронного предохранителя действительно необходимым или более критичным будет высокий уровень надежности.

Что такое усилитель тока?

Выбор усилителя тока (current sense amplifier или CSA) оказывается не таким простым, как может показаться с первого взгляда. Несмотря на название, в действительности усилитель тока фактически работает с напряжением. При этом на его выходе формируется напряжение, пропорциональное току, протекающему через шунтовой резистор. Тем не менее, многие производители используют термин «усилитель тока», что хорошо подходит в случае со схемой электронного предохранителя.

Чем усилитель тока отличается от обычного операционного усилителя?

Есть несколько важных отличий. Во-первых, усилитель тока по определению является дифференциальным усилителем (diff amp). Это связано с тем, что в большинстве схем шунтовой резистор не подключен к земле. Вместо этого он, как правило, располагается между источником питания и нагрузкой. Поэтому усилитель тока должен работать без привязки к земле, то есть измерять не синфазное, а дифференциальное напряжение.

Это единственное различие?

Нет. В отличие от обычных дифференциальных усилителей усилитель тока, должен обеспечивать работу с широким диапазоном синфазных напряжений. В качестве примера можно рассмотреть случай, когда шунтовой резистор включен последовательно с мощным электродвигателем с рабочим напряжением в несколько десятков вольт (или даже выше). Еще одним примером является схема защиты от КЗ батареи аккумуляторов с высоким суммарным напряжением.

Кроме того, усилитель тока должен гарантировать высокую точность измерений небольших дифференциальных напряжений даже при наличии высоких синфазных напряжений. Современные усилители тока способны выполнять измерения дифференциальных напряжений порядка 10…100 мВ в присутствии синфазных напряжений 50…100 В (а также отрицательных напряжений) без ухудшения точности или потери работоспособности.

Какие еще особенности есть у усилителей тока?

Усилитель тока должен обеспечивать высокую стабильность и точность усиления входного напряжения. Как уже было сказано, в большинстве случаев шунтовые резисторы имеют очень низкое собственное сопротивление. В результате, при протекании даже значительных токов, на них падает порядка 10…100 мВ. Это позволяет, с одной стороны, минимизировать падение напряжения питания, подаваемого на нагрузку, а с другой стороны — снизить уровень рассеиваемой мощности.

Однако столь низкое напряжение не подходит для большинства аналоговых схем из-за наличия шумов и помех. Таким образом, усилитель необходим для нормирования сигнала до приемлемого уровня, обычно 1…10 В. Для установки коэффициента усиления в схеме дифференциального усилителя используются точные и согласованные резисторы. Эти резисторы также должны иметь одинаковые температурные зависимости для того, чтобы любые колебания температуры оказывали минимальное влияние на точность. Другим важным требованием к усилителю тока является сверхнизкое входное напряжение смещения, которое должно быть во много раз меньше, чем измеряемое дифференциальное напряжение на шунтовом резисторе.

Какие еще преимущества есть у электронных предохранителей по сравнению с плавкими предохранителями?

Как и в случае с плавкими предохранителями, электронные предохранители включаются между источником питания и нагрузкой (рис. 4). При этом их функционал может быть гораздо шире. Интегральные электронные предохранители, такие, например, как TPS25925x от Texas Instruments, имеют целый ряд дополнительных функций и особенностей, в том числе программируемую пользователем защиту от просадки напряжения, защиту от перенапряжений, схему автоматического повторного включения, программируемое время включения, которое может быть установлено с помощью внешних компонентов (рис. 5). Возможность настройки времени включения оказывается полезной для осуществления контроля стартового тока при запуске и выполнении «горячей замены» модулей (рис. 6). Несмотря на сложную внутреннюю схему, электронные предохранители довольно просты в использовании и поставляются различными производителями, например, ST Microelectronics, Analog Devices, ON Semiconductor и т. д.

Рис. 4. Электронные предохранители просты в использовании. Как и в случае с плавкими предохранителями, они включаются между источником питания и нагрузкой

Рис. 5. Схема электронного предохранителя может включать множество различных блоков, которые добавляют такие функции, как программируемый порог тока отключения, задержка и скорость включения и т.д. Все это значительно расширяет функционал и универсальность электронных предохранителей по сравнению с традиционными плавкими предохранителями. 

Рис. 6. Электронные предохранители позволяют не только программировать значение тока отключения, но и обеспечивают быстрое отключение нагрузки, а также гистерезис тока при восстановлении после КЗ (слева). На рисунке справа: сверху представлена осциллограмма входного напряжения, под ним расположена осциллограмма выходного напряжения, а в самом низу помещена осциллограмма тока

Можно ли использовать электронный предохранитель совместно с обычным плавким предохранителем?

Да, это весьма популярная и распространенная схема. Электронный предохранитель действует как первый, быстрый и гибкий рубеж обороны. Плавкий предохранитель действует как второй и резервный механизм защиты, который гарантирует физическое размыкание цепи в случае катастрофических отказов, чего не может обеспечить электронный предохранитель. Это позволяет системе соответствовать требованиям различных нормативов и стандартов.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные особенности электронных плавких предохранителей, их функциональная схема, а также примеры реализации в виде ИС. В зависимости от требований конкретного приложения электронные предохранители могут использоваться автономно, либо совместно с традиционными плавкими предохранителями. Каждый из типов предохранителей имеет свои преимущества и недостатки, а совместно они способны обеспечить надежную и гибкую защиту от перегрузки по току.

Литература

1. EEWorld Online, Fuses for power protection, Part 1
2. EEWorld Online, Fuses for power protection, Part 2
3. EEWorld Online, Options for current sensing, Part 1
4. EEWorld Online, Load switches, Part 1: Basic role and principle

 

Электронный предохранитель на полевом транзисторе. Схема и описание

Электронный предохранитель являются действенным способ позволяющий защитить всевозможные электронные приборы от перегрузок по току.

В основном электронные предохранители обязаны соответствовать следующим требованиям: они должны быть экономичными, простыми и в то же время надежными и иметь малые размеры. Для воплощения всех перечисленных требований как нельзя, кстати, подходят полевые транзисторы высокой мощности.

Электрический паяльник с регулировкой температуры

Мощность: 60/80 Вт, температура: 200’C-450’C, высококачествен…

Принципиальная схема одного из вариантов подобного электронного предохранителя приводится в данной статье.

Описание работы электронного предохранителя

Данный электронный предохранитель подключается в разрыв цепи между источником питания и защищаемой нагрузкой. Схема обеспечивает защиту при напряжении 5…20 вольт при нагрузке, доходящей до 40 ампер.

На операционном усилителе LМ358 (DA1) построен компаратор, на вход 3 которого подается опорное напряжение со стабилизатора TL431 (DA2). Полевой транзистор VT1 воплощает сразу две функции: датчика тока и мощного электронного ключа. Как уже отмечалось выше, специфика электронного предохранителя заключается в применении сопротивления канала полевого транзистора в роле датчика тока.

 Ключевые характеристики используемого полевого транзистора

•  предельная мощность рассеивания — 110 Вт.
• сопротивление канала — 0,027 Ом.
• максимальное напряжение сток-исток — 55 В.
• предельный ток стока — 41 А.

Для активации предохранителя предназначена кнопка SA1 (без фиксации). При непродолжительном нажатии на ее, напряжение поступает на затвор полевого транзистора через сопротивление R4 и диод VD2. В результате этого транзистор подключает питание к  нагрузке.

Состояние на выходе операционного усилителя LМ358 связано с уровнем напряжения на его входе 2. Если ток, потребляемый нагрузкой, меньше установленного порога срабатывания электронного предохранителя, то напряжение на входе 2 компаратора будет ниже опорного напряжения на выводе 3. В результате на выходе 1 будет высокий уровень напряжения, который поддерживает транзистор в открытом состоянии.

Одновременно с ростом тока потребления, будет увеличиваться и напряжение на полевом транзисторе VT1. Когда данное напряжение превзойдет напряжение на сопротивлении R1, на выходе компаратора напряжение начнет снижаться, транзистор VT1 начнет закрываться с одновременным ростом напряжение на нем.

В связи с этим на выходе компаратора еще сильнее снижается напряжение, что в конечном итоге это приводит к мгновенному закрытию транзистора и обесточиванию нагрузки. Для повторной активации электронного предохранителя нужно повторно нажать кнопку SA1.

Профессиональный цифровой осциллограф

Количество каналов: 1, размер экрана: 2,4 дюйма, разрешен…

Необходимую величину тока срабатывания предохранителя подбирают подстроечным сопротивлением R1. В случае если контролируемое питание стабильно, то стабилизатор DA2 и сопротивление R3 можно убрать из схемы, установив на место R3 перемычку. Для надежного отключения контролируемой нагрузки при небольшом токе срабатывания (не более 1…1,5 ампер) надлежит повысить сопротивление датчика тока, подключив резистор около 0,1 Ом в электрическую цепь стока транзистора VT1 (точка «А» на схеме).

В схеме возможно использовать произвольный ОУ (DA1), который может работать при нулевом напряжении на обоих входах в режиме однополярного питания, а именно К1464УД1Р, КР1040УД1А, К1464УД1Т. Линейный стабилизатор DA2 может быть заменен на отечественный КР142ЕН19. Подстроечный резистор марки СПЗ-28, СПЗ-19а. Все постоянные резисторы С2-33, МЛТ. Не оксидный конденсатор С1 типа К10-17В

Источник: Радио, 6/2005

Как сделать электронный предохранитель своими руками

Было бы преступлением не упомянуть здесь плавкие предохранители. Как и другие типы предохранительных устройств они призваны защищать участок цепи от губительных перепадов питающего тока.

 

Плавкие предохранители

Отличительная особенность таких предохранителей — их очевидная простота. Устройство представляет собой не что иное, как участок проволоки небольшого диаметра. Последняя легко плавится при превышении силы тока сверх заданного порога.

Конечно, у такого метода защиты есть очевидный недостаток – время реакции (плавление проволоки не происходит мгновенно). То есть от кратковременных, но от этого не менее губительных, импульсов тока он не спасет. Зато он очень эффективен при коротких замыканиях в сети или при превышении допустимой нагрузки.

Принцип работы основывается на тепловой работе, которую совершает ток при прохождении через проводники (и напряжение здесь не имеет особого значения).

Расчет:

Сила тока = Максимально допустимая мощность цепи / Напряжение

То есть максимальная сила тока, которую должен выдерживать плавкий предохранитель в цепи питания 220 В при максимальной нагрузке в 3 кВт – около 15 А.

Ввиду того, что плавкость зависит от множества факторов (диаметр проволоки, теплоотводящая способность окружающей среды, материал, из которого изготовлена проволока, и т.п.), то чаще всего сгоревший элемент меняют согласно готовым расчетам из таблицы ниже (для наиболее популярных металлов).

Таблица 1

 

Предохранители на реле

Как и было сказано выше, плавкие предохранители имеют серьезный недостаток – время реакции. Кроме того, сгоревший элемент необходимо полностью менять (требуется замена проволоки или всего предохранителя).

В качестве альтернативы можно рассмотреть реле.

Один из примеров реализации такой схемы ниже.

Рис. 1. Схема реле

 

При коротком замыкании в питаемой цепи резко возрастает ток, вследствие чего составной транзистор (VT1 VT2) запирается и всё напряжение прикладывается к первому реле, которое, в результате срабатывания, размыкает второе реле и ток остается только на закрытом составном транзисторе.

Обозначенный блок рассчитан только на цепи, ток питания которых не превышает 1,6А, что может быть неудобно для разных задач.

Её можно немного переделать так.

Рис. 2. Переделанная схема реле

 

Номинал R4 не прописан специально, так как он требует расчета в зависимости от параметров питаемой цепи.

В качестве основы можно использовать готовые показатели в таблице ниже.

Таблица 2

R4, Ом	1,6	0,82	0,6	0,39	0,22
Сила тока срабатывания предохранителя, А	0,9	1,3	1,7	2,0	2,4

Обе приведенные схемы рассчитаны на работу только в цепях питания 12 В.

 

Электронные предохранители без реле

Если ваша схема питается током до 5 А и напряжением до 25 В, то вам определенно понравится схема ниже. Порог срабатывания может быть настроен подстроечным резистором, а время реакции можно задать с помощью конденсатора.

Рис. 3. Схема предохранителя без реле

 

Ввиду того, что под постоянной нагрузкой транзистор может греться, его лучше всего разместить на теплоотводе.

В качестве альтернативной реализации, но с тем же принципом.

Рис. 4. Схема предохранителя без реле

 

Еще более простой электронный предохранитель с минимумом деталей на схеме ниже.

Рис. 5. Схема электронного предохранителя с минимумом деталей

 

При возникновении короткого замыкания транзистор блокируется на непродолжительное время. Если блокировка будет снята, а короткое замыкание останется, то «предохранитель» снова сработает и так до тех пор, пока в питаемой цепи не будет устранена проблема. То есть такой предохранитель не требует включения или выключения. Единственный его недостаток – постоянное включение прямой нагрузки в цепи в виде резистора R3.

 

Электронный предохранитель для 220 В

Схемы электронных предохранителей, приведенные выше, могут работать только в цепях с постоянным питанием. Но что, если вам нужен быстродействующий предохранитель для защиты питания в цепях с переменным током 220 В?

Можно использовать схему блока защиты от перегрузок ниже.

Рис. 6. Схема блока защиты от перегрузок

 

Максимальный ток срабатывания этой схемы, выполненной на стабилизаторе 7906 – 2А.

T1 – транзистор TIC225M, а 

T2 — BTA12-600CW (замена не допустима).

В качестве более простых альтернатив для цепей с переменным током могут выступать следующие.

Рис. 7. Схемы для цепей с переменным током

 

Автор: RadioRadar

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

---

   Вам надоело менять предохранители каждый раз, когда они сгорают? Используйте электронный предохранитель постоянного тока, который будет защищать ваши устройства, подключенные к блоку питания. Этот «предохранитель» может быть восстановлен, просто отключив и снова включив его. Такой предохранитель использует N-канальный FET полевой транзистор как датчик тока. Также транзистор осуществляет отключение линии нагрузки по массе, когда ток превысит максимально допустимое значение.

Схема предохранителя

Печатная плата

   Ток отсечки (срабатывания) можно регулировать переменным резистором Р1 от 0 до 5 А. Данная схема может корректно работать с максимальным током нагрузки до 5 ампер. Не перегружайте её, если не хотите сжечь детали. На длительном высоком токе транзистор может становиться горячим, поэтому нужен небольшой радиатор.

   Теперь о конденсаторах в базовой цепи — С1 и С2 транзистора Т2. В зависимости от их ёмкости, меняется скорость срабатывания. Например с С1 будет отключаться медленно (пропуская кратковременные пики нагрузки), а С2 мгновенно. При настройке отрегулируйте резистор Р1 до тех пор, пока предохранитель не «перегорит».

   Сброс предохранителя прост: отключите его питание, и при повторной подаче напряжения схема готова защитить ваши приборы снова. Устройство подходит как приставка для любого источника питания постоянного тока (с переменным схема не заработает) на напряжение выхода до 25 В. При более высоком напряжении потребуется изменить номиналы некоторых резисторов и поставить транзисторы по мощнее. А для защиты самого БП можно сделать вот эту схему.

Поделитесь полезными схемами

---

ЗУ ДЛЯ АВТО    В отличие от другого зарядного устройства, данное усовершенствованное зарядное устройство обеспечивает автоматическое поддержание аккумуляторной батареи в рабочем состоянии не давая ей разряжаться ниже установленного уровня. Описанный цикл работы устройства позволяет использовать eгo для автоматической тренировки аккумуляторных батарей циклами «заряд — разряд» при подключении к нему параллельно аккумуляторной батарее разрядного резистора.

---

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК ДЛЯ ВХОДНОЙ ДВЕРИ    Электронные дверные замки для дома. Развитие высоких технологий уже прочно и надежно вошло в нашу жизнь, и захватила все ее сферы. Разработки в этой сфере проявляются в полную силу в окружающем мире, ведь в нашем мире практически невозможно встретить человека который бы не пользовался мобильными телефонами, компьютерами и другой оргтехникой.

---

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ    Элементы математической логики — логические элементы. Цифровые микросхемы предназначены для выполнения определенных логических действий над входными сигналами. Если, например, на выходе цифровой микросхемы должно появиться напряжение высокого уровня в том случае, если напряжение высокого уровня присутствует хотя бы на одном из выходов, то говорят, что данная микросхема выполняет логическую операцию ИЛИ.

---

ДАТЧИК ПРОТЕЧКИ ВОДЫ      Самодельный автономный микроконтроллерный датчик протечки воды для кухни и ванной. Использует батареи 9 вольт или адаптер питания.

---

РАДИОЖУК    Делаем небольшой ФМ передатчик для прослушки — радиожук. Сегодня представлю вашему вниманию конструкцию очень простого радиожука для повторения. Жучок не содержит дефицитные детали и может быть повторен даже начинающим радиолюбителем. Он имеет маленький размер и питается от литиевой таблетки с напряжением 3 вольт.

Tool Electric: Электронный предохранитель

Схема электронного предохранителя

  Электронный предохранитель полезная в быту штука, позволяет защитить питаемую аппаратуру от превышения допустимого тока и вовремя отключить её.
  Преимущества перед плавким предохранителем очевидны — не придётся разбирать корпус аппаратуры и руками менять плавкий предохранитель, да и вообще может нужного предохранителя не оказаться под рукой. Схема электронного предохранителя работает очень просто и базируется на операционном усилителе LM358 работающим в режиме компаратора, источнике опорного напряжения на TL431 и в качестве ключа мощный полевой транзистор, он же является датчиком тока (используется сопротивление его открытого канала). Работает устройство следующим образом. При подключении питания на выходе устройства отсутствует напряжение. Так как на выходе компаратора низкий уровень напряжения, светодиод горит, на затворе полевого транзистора так же отсутствует напряжение и он заперт. При кратковременном нажатии нефиксируемой кнопки SA1 напряжение поступает на затвор транзистора отпирая его и на источник стабилизированного напряжения TL431, схема входит в рабочий режим, в нагрузке появляется напряжение, светодиод не светит. С TL431 стабильное напряжение через делитель R1R2 поступает на неинвертирующий вход компаратора, а на инвертирующий вход поступает напряжение из стока полевого транзистора. Так как в качестве датчика тока используется открытый переход сток-исток полевого транзистора, а оно составляет примерно 0,027 Ом, то при возрастании тока через него напряжение на его переходе будет расти до определённого уровня, достаточного для срабатывания компаратора. При срабатывании компаратора затвор транзистора обесточивается, соответственно транзистор запирается и нагрузка обесточивается, загорается светодиод. Включается всё это дело повторным нажатием кнопки SA1. Ток срабатывания регулируется подстроечником R1. Понизить ток срабатывания возможно включением в разрыв цепи сток-нагрузка сопротивления с номиналом около 0,1 Ом. В схеме можно применять и другие мощные полевые транзисторы. В данном случае устройство будет работать с напряжениями от 5 до 30 Вольт с токами до 40 Ампер. Максимальное и минимальное рабочее напряжение зависит от максимального и минимального рабочего напряжения операционного усилителя (ОУ можно так же использовать другой, способный работать от однополярного источника питания) и транзистора, а коммутируемый ток будет зависеть от типа транзистора. Здесь применён полевой транзистор с низким уровнем напряжения отпирания на затворе, применение например популярного IRFZ44 или IRF3205 повысит минимальное напряжение питания устройства до 8-10 Вольт.

Все своими руками Регулируемый электронный предохранитель

Опубликовал admin | Дата 9 ноября, 2018

В статье рассматривается схема электронного предохранителя на большой ток нагрузки, до 30 ампер. В статье «Амперметр на микросхеме ACS712» была рассмотрена схема амперметра постоянного тока на основе модуля с микросхемой ACS712, в данной статье этот модуль будет использован в качестве датчика тока нагрузки для электронного предохранителя. Принципиальная схема электронного предохранителя показана на рисунке 1.

На схеме показан модуль, рассчитанный на ток нагрузки до пяти ампер. На AliExpress можно так же приобрести модули на ток 20 ампер и 30 ампер и использовать их в данной схеме. Но тогда транзистор VT1 IRL2505 следует заменить двумя такими же транзисторами. Хотя можно использовать и другие MOSFET. Напряжение питание данной схемы ограничено лишь максимальным напряжением питания микросхемы стабилизатора питания LM7805 – 35 вольт.

Работа схемы

После подачи напряжения на вход схемы появляется напряжение пять вольт на выходе стабилизатора напряжения питания микросхемы DA3 и модуля датчика тока DA2. На схеме нарисована микросхема одноименного модуля, а не сам модуль. Модуль имеет три вывода и конденсатор С2 находится на его плате. Появляется напряжение на выходе 7 микросхемы DA2 (Вывод Out модуля) примерно 2,5 В. Это напряжение подается на вход 2 компаратора, реализованного на операционном усилителе LM358N. На его инвертирующий вход, вывод 3 микросхемы DA3, подается опорное напряжение с резистивного регулируемого делителя R3 и R4. С помощью резистора R3 устанавливается порог срабатывания схемы по току. Это напряжение выставляется больше напряжения с выхода ACS712. Значит, при таком уровне напряжений на входах ОУ на его выходе будет присутствовать напряжение близкое к его напряжению питания. Это напряжение будет приложено к цепи светодиода оптрона U1. Вывод 1 DA3 — > вывод 1 U1 — > вывод 2 U1 — > гасящий резистор R2 — > общий провод. Светодиод оптрона засветится, что приведет к появлению открывающего для транзистора VT1 напряжения на его выходе в районе восьми вольт. Транзистор VT1 откроется и через модуль входное напряжение схемы практически полностью будет подано на ее выход. Диод VD1 будет закрыт положительным напряжением на его катоде, и ни какого влияния, в данном случае, оказывать на работу схемы компаратора не будет. В качестве этого диода можно использовать любой маломощный диод.

Модули датчиков тока, реализованных на микросхеме ACS712 и предназначенные для разных токов нагрузки в 5, 20 и тридцать ампер, имеют разные коэффициенты передачи преобразования ток – напряжение. Соответствующие коэффициенты составляют 185 мВ/А, 100 мВ/А и 66 мВ/A. Для пятиамперного датчика, указанного на схеме, выходное напряжение относительно 2,5 вольта, при токе 5А увеличится на 5 х 185 = 925мВ = 0,925 В. То есть общее выходное напряжение с датчика будет примерно 2,5 + 0,925 = 3,425 В. Пишу: примерно, потому, что у разных датчиков выходное напряжение при отсутствии тока нагрузки разное и не равно точно 2,5 вольта. И так, далее, когда напряжение на выходе датчика превысит установленное опорное напряжение на входе 3 микросхемы DA3, сработает компаратор и напряжение на его выходе будет практически равно нулю. Катод диода VD1 через внутренний выходной транзистор операционного усилителя будет подключен к общему проводу и зашунтирует собой на общий провод и опорное напряжение на неинвертирующем входе ОУ. Через открытый диод возникает положительная обратная связь. Возникает эффект «защелки». В таком положении компаратор может находиться сколь угодно долго. После снятия напряжения со светодиода оптрона пропадет и открывающее напряжение на затворе ключевого транзистора VT1. Транзистор закроется и обесточит нагрузку. Для восстановления работоспособности схемы необходимо снять с нее напряжение с последующей подачей.

Ключевые MOSFET транзисторы IRL2505 имеют очень маленькое сопротивление открытого канала, оно равно 0,008 Ом. Исходя из этого, при токе стока, равного десяти амперам, на кристалле транзистора выделится тепловая мощность, равная: P = I² • R = 100 • 0,008 = 0,8 Вт. Это говорит о том, что транзистор при данном токе может работать без дополнительного теплоотвода. Но я всегда советую ставить хоть небольшой теплоотвод в виде алюминиевой пластинки. Это убережет транзистор от теплового пробоя при аварийной ситуации.

На этом все. Успехов, удачи.

Скачать “Регулируемый-электронный-предохранитель” Регулируемый-электронный-предохранитель.rar – Загружено 584 раза – 128 КБ

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:2 571

мир электроники — Электронный предохранитель

Наборы начинающему радиолюбителю

материалы в категории

Очень часто бывает так что при сборке какого-то изделия или в ходе различных экспериментов, где-то в цепи возникает замыкание и из-за этого страдает источник питания. Причем в некоторых случаях даже плавкий предохранитель не спасает ситуацию- ведь на разогрев и перегорание нити в предохранителе требуется время.

Поэтому наиболее целесообразным выходом из положения может быть применение электронного предохранителя- устройства, следящего за перегрузкой на выходе и надежно отключающее питание в нагрузке в случае аварии.

Здесь представлена схема такого устройства, предложенное в виде готового набора (набор деталей и печатная плата).

Краткое описание и схема устройства:

Как и уже указывалось выше- данное устройство это электронный предохранитель. Причем он имеет ручную регулировку порога срабатывания- от 0,1 до 3 Ампер и может работать при напряжениях от 5 до 30 Вольт.

Схема электронного предохранителя

 

Источник питания подключается к контактам Х1, Х2, выход устройства- контакты Х3, Х4.
Устройство представляет собою элеткронный ключ (транзисторы VT1, VT2, VT3) и управляемый датчик тока (резисторы R2, R6, R4). Как только ток нагрузки превышает установленное значение, падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT3 приводит к его открытию и, как следствие, шунтированию эмиттерного перехода транзистора VT1. При этом, даже не смотря на «подпорку» через R1, напряжение на базе VT1 настолько мало, что ток через перестает течь.
Так как сам транзистор VT1 является «подпоркой» для мощного ключа VT2, цепь VT1-R5 оказывается разорванной, напряжение на базе VT2 оказывается ниже его порога срабатывания, и цепь оказывается обесточенной.

Перечень и номиналы деталей приводятся в таблице, внешний вид платы платы- на рисунке 2

Источник: Книга Собери сам- 65 электронных наборов серии Мастер-КИТ
Приобрести набор «Электронный предохранитель» можно здесь

Зачем нужен предохранитель? Часть 1 Часто задаваемые вопросы

Электронный предохранитель — мощный и универсальный инструмент в наборе разработчика, но его создание требует тщательного выбора основного усилителя; Варианты ИС решают проблему.

Традиционный плавкий предохранитель , рис. 1 , представляет собой недорогой, широко используемый, хорошо понятный, высоконадежный и простой в применении компонент защиты цепей. Он доступен в широком диапазоне номиналов, размеров, упаковок и других факторов.Однако проектировщики всегда ищут новые способы достижения целей проектирования — в данном случае защиту от сверхтоков, — особенно если новый способ добавляет дополнительные возможности или гибкость. В этом разделе часто задаваемых вопросов будет рассмотрен электронный предохранитель (обычно называемый электронным предохранителем или efuse) и характеристики усилителя с измерением тока (CSA), необходимые для его реализации.

Рис.1: Хорошо известный плавкий предохранитель I, доступный в огромном количестве физических размеров и типов корпусов, в зависимости от номинальных значений тока и требований к применению (Источник изображения: ElectricalTechnology.org)

В: Расскажите подробнее: каковы основные принципы использования традиционных предохранителей на термической основе?

A: Просто посмотрите предыдущие вопросы и ответы: (см. Ссылки 1 и 2 ниже ) .

В: Похоже, предохранители хорошо изучены, полностью приняты и могут выполнять свою работу; Итак, почему здесь есть какие-то проблемы?

A: Стандартный предохранитель имеет много достоинств, но три из них также могут рассматриваться как ограничения: он негибкий; он реагирует относительно медленно по сравнению с быстродействием и отказоустойчивостью современных схем; и он должен быть физически заменен, когда он активируется и размыкает цепь, которую он защищает.Кроме того, точность таких предохранителей при малых номинальных токах (в зоне 100 мА) не так высока, как хотелось бы большинству разработчиков. Электронные предохранители теперь используются в автомобилях, картах с возможностью горячей замены и многих плотно упакованных, чувствительных электрических устройствах.

В: Какая альтернатива?

A: Альтернативой является полностью электронный предохранитель, который не зависит от теплового нагрева и последующего обрыва цепи встроенного элемента.

В: Что нужно для изготовления предохранителя?

A: Требуется несколько аналоговых компонентов: прецизионный токоизмерительный резистор (см. Ссылка 3 ; усилитель с точными масштабирующими резисторами для захвата и повышения напряжения на этом резисторе; схема компаратора для «переключения» при заданной настройке. значение и полевой транзистор, чтобы разрешить / прервать путь прохождения тока в контролируемой линии, Рисунок 2 .Обратите внимание, что электронный предохранитель имеет много общего с контроллером горячей замены и переключателем нагрузки, см. Ссылки 4 и 5 .

Рис. 2: Напряжение на измерительном резисторе на переднем конце электронного предохранителя измеряется дифференциальным усилителем, для которого не требуется, чтобы ни один из его входов был привязан к земле. (Источник изображения: Analog Devices)

В: Как работает предохранитель?

A: контролируемый ток проходит через резистор датчика, а напряжение на этом резисторе измеряется и масштабируется усилителем.Поскольку номинал резистора известен, можно легко использовать аналоговую схему для установки порога тока, проходящего через нее, используя основной закон Ома: I = V / R, Рисунок 2 .

Если порог превышен, компаратор, который управляет полевым транзистором, отключает полевой транзистор, так что ток прерывается, Рисунок 3 . Время срабатывания составляет порядка микросекунд, что намного быстрее, чем у плавкого предохранителя, время срабатывания которого составляет десятки и сотни миллисекунд. Кроме того, поскольку отклик не зависит от тепловых постоянных времени, массы элемента и подобных соображений, тонкости секции плавкого предохранителя больше не являются проблемой.

Рис. 3. Полевой транзистор, включенный последовательно с линией питания и нагрузкой, используется для включения и выключения тока в электронном предохранителе; этот полевой транзистор должен иметь очень низкое сопротивление в открытом состоянии, чтобы не вызывать чрезмерного падения ИК-излучения или потери мощности. (Источник изображения: Texas Instruments)

Q: Что нужно знать о предохранителях?

A: Во-первых, резистор и схема масштабирования должны быть точными и иметь минимальный температурный дрейф. Обратите внимание, что как изменение температуры окружающей среды, так и неизбежный самонагрев резистора могут вызвать значительные ошибки.Кроме того, размер включения / выключения полевого транзистора должен соответствовать ситуации и может потребоваться собственный драйвер затвора, в зависимости от его номинального тока и напряжения.

Во-вторых, цепь, которая «отключается» от перегрузки по току, должна быть правильно спроектирована так, чтобы не было ложных срабатываний или отрицательных сигналов; обычно добавляется некоторый гистерезис для предотвращения дребезга. И, наконец, индикация перегрузки по току может быть через один базовый аналог, или разработчик может решить проявить «фантазию» и использовать АЦП и процессор, чтобы решить, превышен ли текущий порог, или использовать потенциометр с цифровым управлением, чтобы позволить порогу компаратора подняться. быть отрегулированным.

Однако такая сложность снижает простоту и надежность схемы. Поэтому очень важно понимать, предназначена ли максимальная токовая защита только для «улучшения» характеристик схемы и адаптивного поведения, или для критически важных функций безопасности для защиты других компонентов, источника питания или даже пользователя.

Часть 2 этого FAQ будет посвящена некоторым аспектам CSA, а также электронному предохранителю в форме IC, что избавит от необходимости разрабатывать и создавать свои собственные.

Список литературы

1. EEWorld Online, Предохранители для защиты электропитания, часть 1
2. EEWorld Online, Предохранители для защиты электропитания, часть 2
3. EEWorld Online, Параметры измерения тока, часть 1
4. EEWorld Online, Реле нагрузки, Часть 1: Основная роль и принцип
5. EEWorld Online, Переключатели нагрузки, Часть 2: Реализации и преимущества ИС
6. EEWorld Online, Программируемый электронный предохранитель, выдерживающий 4 А в диапазоне от 8 до 48 В.
7. EEWorld Online, Безопасные предохранители
8. Analog Devices, LTC1153 Электронный автоматический выключатель с автосбросом, техническое описание
9. ST Microelectronics, STEF01 Универсальный электронный предохранитель от 8 до 48 В, техническое описание
10. Texas Instruments, PS25925x, TPS25926x Простые переключатели с предохранителями 5 В / 12 В

Электронные предохранители обеспечивают улучшенную защиту цепи

Термопредохранители успешно используются более 150 лет в качестве основного устройства защиты цепей.Они эффективны, надежны, просты в использовании и имеют ряд значений и вариаций для достижения различных целей проектирования. Однако у них есть неизбежные недостатки для разработчиков, которым требуется чрезвычайно быстрое отключение тока, возможность самовосстановления, а также способность работать при относительно низких значениях тока. Для этих разработчиков электронные предохранители — часто обозначаемые как eFuse или e-Fuse — являются отличным решением, иногда заменяя, но обычно дополняя тепловой предохранитель.

Предохранители

eFuse основаны на простой концепции измерения тока путем измерения напряжения на известном резисторе и последующего отключения тока через полевой транзистор (FET), когда он превышает расчетный предел.EFuse предлагает функции, гибкость и функции, которые не могут обеспечить термические предохранители.

В этой статье описывается, как работают электронные предохранители. Затем будут рассмотрены особенности, дополнительные функции и эффективное использование этих предохранителей активной цепи. Попутно будут представлены примеры решений от Texas Instruments, Toshiba Electronic Devices and Storage и STMicroelectronics, а также будет описано их эффективное использование.

Как работают электронные предохранители?

Принцип действия обычного плавкого предохранителя прост, хорошо известен и надежен: когда ток, проходящий через плавкую вставку, превышает расчетное значение, этот элемент нагревается достаточно, чтобы расплавиться.Это прерывает текущий путь, и ток стремится к нулю. В зависимости от номинала и типа предохранителя, а также величины перегрузки по току термопредохранитель может среагировать и открыть путь тока от нескольких сотен миллисекунд до нескольких секунд. Конечно, как и в случае со всеми активными и пассивными компонентами, для этого полностью пассивного устройства, которое в принципе просто, доступно множество вариаций, тонкостей и оттенков работы.

Напротив, электронные предохранители работают по совершенно иному принципу.Они предоставляют некоторые из тех же функций, но также добавляют новые, другие функции и возможности. Основная концепция eFuse также проста: ток в нагрузке проходит через полевой транзистор и чувствительный резистор и контролируется с помощью напряжения на этом чувствительном резисторе. Когда оно превышает заданное значение, управляющая логика отключает полевой транзистор и прерывает прохождение тока (рисунок 1). Полевой транзистор, который включен последовательно с линией питания и нагрузкой, должен иметь очень низкое сопротивление в открытом состоянии, чтобы не вызывать чрезмерного падения сопротивления по току (IR) или потери мощности.

Рис. 1. В eFuse, когда ток от источника питания к нагрузке проходит через резистор считывания, он контролируется с помощью напряжения на этом резисторе; когда оно превышает установленное значение, управляющая логика отключает полевой транзистор, блокируя прохождение тока к нагрузке. (Источник изображения: Texas Instruments)

Может показаться, что eFuse — это просто более сложная активная версия классического пассивного теплового предохранителя. Хотя это правда, eFuse также предлагает некоторые уникальные атрибуты:

Скорость: Это быстродействующие устройства с временем отклика порядка микросекунд, некоторые из которых предназначены для обеспечения отклика наносекунд.Это важно для современных схем с относительно чувствительными ИС и пассивными компонентами.

Слаботочный режим: Электронные предохранители не только могут быть спроектированы для работы при малых токах (порядка 100 миллиампер (мА) или меньше), но они также хорошо работают при низких, однозначных напряжениях. На этих уровнях термические предохранители часто не могут быть снабжены достаточным током самонагрева, чтобы вызвать плавление их плавкой вставки.

Сбрасываемый: В зависимости от конкретной модели eFuse предлагает выбор: оставаться выключенным после активации (так называемый режим без фиксации) или возобновить нормальную работу, если текущая неисправность исчезнет (режим автоповтора).Последняя настройка особенно полезна в переходных ситуациях, связанных с пусковым током, когда нет «жесткого» отказа, например, когда плата подключена к шине с питанием. Это также полезно, если замена предохранителя будет сложной или дорогостоящей.

Защита от обратного тока: eFuse может также обеспечивать защиту от обратного тока, чего не может сделать тепловой предохранитель. Обратные токи могут возникать, когда напряжение на выходе системы выше, чем на ее входе. Это может происходить, например, с набором резервных источников питания, подключенных параллельно.

Защита от перенапряжения: С некоторыми дополнительными схемами eFuse может также обеспечивать защиту от перенапряжения от скачков или индуктивных ударов, отключая полевой транзистор, когда входное напряжение превышает установленную точку срабатывания по перенапряжению, и оставаясь в состоянии ВЫКЛ до тех пор, пока это перенапряжение состояние сохраняется.

Защита от обратной полярности: eFuse может также обеспечить защиту от обратной полярности, быстро отключая ток, если источник подключен обратно.Примером может служить автомобильный аккумулятор, который на короткое время подключается обратно из-за случайного контакта кабеля.

Линейное изменение скорости нарастания: Некоторые усовершенствованные предохранители eFuse могут также обеспечивать определенное линейное нарастание скорости нарастания тока при понижении / включении питания путем управления переключением включения / выключения полевого транзистора проходного элемента, с помощью внешнего управления или с помощью фиксированных компонентов.

По этим причинам электронные предохранители являются привлекательным решением для управления током. Хотя в некоторых случаях они могут использоваться вместо тепловых предохранителей, они часто используются в паре.В такой конфигурации eFuse используется для локальной защиты с быстрым откликом для подсхемы или печатной платы, например, в системах с горячей заменой (горячей заменой), автомобильных приложениях, программируемых логических контроллерах (ПЛК) и управлении зарядкой / разрядкой аккумулятора. ; Дополнительный плавкий предохранитель обеспечивает защиту на уровне системы от серьезных отказов, когда требуется жесткое и постоянное отключение.

Таким образом, разработчик получает лучшее из обоих миров, со всеми возможностями eFuses плюс четкое, однозначное срабатывание теплового предохранителя.Это достигается без технических компромиссов или недостатков. Конечно, есть некоторые компромиссы, как и с любым дизайнерским решением. В данном случае это постепенное увеличение стоимости недвижимости и немного больший перечень материалов (BOM).

Выбор eFuse: функции и приложения

При выборе eFuse следует учитывать несколько основных параметров. Неудивительно, что главным соображением является текущий уровень срабатывания предохранителя. Обычно это значение составляет от менее 1 ампера (А) до примерно 10 А, а также максимальное напряжение, которое предохранитель может выдерживать на своих выводах.Для некоторых электронных предохранителей этот уровень тока является фиксированным, в то время как для других он может быть установлен пользователем с помощью внешнего резистора. Другие факторы выбора включают скорость отклика, ток покоя, размер (занимаемую площадь), а также количество и тип необходимых внешних вспомогательных компонентов, если таковые имеются. Кроме того, дизайнеры должны учитывать любые дополнительные функции и возможности, которые могут предлагать различные модели eFuse.

Например, ПЛК — это приложение, в котором электронные предохранители полезны в различных подсхемах, которые могут быть подвержены ошибкам ввода-вывода датчиков и неправильному подключению питания.Также наблюдаются скачки тока при подключении проводов или горячей замене плат. В этих 24-вольтовых приложениях часто используется электронный предохранитель, такой как Texas Instruments TPS26620. На рисунке 2 показано, что он установлен для предела 500 мА. Он работает в диапазоне от 4,5 до 60 вольт при токе до 80 мА с программируемым ограничением тока, перенапряжением, пониженным напряжением и защитой от обратной полярности. Микросхема также может контролировать пусковой ток и обеспечивать надежную защиту от обратного тока и неправильного подключения в полевых условиях как для модулей ввода-вывода ПЛК, так и для источников питания датчиков.

Рис. 2: Электронный предохранитель Texas Instruments TPS26620 показан настроенным на срабатывание при токе 500 мА в этом приложении ПЛК на 24 В постоянного тока. (Источник изображения: Texas Instruments)

Временные диаграммы на Рисунке 3 для Toshiba TCKE805, 18 В, 5 А eFuse, показывают, как один поставщик реализовал автоматический повтор попытки по сравнению с режимами с фиксацией. В режиме автоповтора (устанавливается выводом корпуса EN / UVLO) функция максимальной токовой защиты предотвращает повреждение eFuse и его нагрузки за счет снижения энергопотребления в случае неисправности.

Рис. 3. Toshiba TCKE805 18 В, 5 A eFuse использует последовательность циклов тестирования и повторения, чтобы оценить, безопасно ли восстановить ток. (Источник изображения: Toshiba)

Если выходной ток, установленный внешним резистором (R _LIM ), превышает значение предельного тока (I _LIM ) из-за ошибки нагрузки или короткого замыкания, выходной ток и выходное напряжение уменьшаются, тем самым ограничивая потребляемую мощность. ИС и нагрузкой. Когда выходной ток достигает заданного предельного значения и обнаруживается перегрузка по току, выходной ток ограничивается, так что не протекает ток, превышающий I _LIM .Если на этом этапе ситуация перегрузки по току не устранена, это фиксированное состояние сохраняется, и температура электронного предохранителя продолжает повышаться.

Когда температура eFuse достигает рабочей температуры функции теплового отключения, полевой МОП-транзистор eFuse выключается, полностью прекращая прохождение тока. Операция автоповтора пытается восстановить ток, останавливая ток, что снижает температуру и запускает тепловое отключение. Если температура снова повышается, цикл повторяется и останавливает работу до тех пор, пока не будет устранена ситуация перегрузки по току.

Напротив, режим защелки фиксирует выход до тех пор, пока eFuse не будет сброшен через вывод Enable (EN / UVLO) IC (рисунок 4).

Рис. 4. В режиме фиксации, в отличие от режима автоповтора, Toshiba eFuse не сбрасывается до тех пор, пока не будет направлен на это через контакт включения IC. (Источник изображения: Toshiba)

Некоторые предохранители eFuse могут быть настроены для решения проблем, связанных с измерением тока через резистор, таких как связанное падение ИК-излучения, которое снижает напряжение шины на выходной стороне.Например, STEF033AJR на 3,3 В от STMicroelectronics имеет номинальный максимальный ток и значения сопротивления полевого транзистора в открытом состоянии 3,6 А и 40 миллиом (мОм), соответственно, для корпуса DFN; 2,5 А и 25 мОм для флип-чипа. В обычном соединении, показанном на рис. 5, при более высоких значениях тока даже небольшое падение ИК-излучения около 15 милливольт (мВ) в шине питания из-за сопротивления включения может быть значительным и тревожным.

Рис. 5. При обычном подключении STEF033AJR резистор, который устанавливает предельное значение, R-lim, помещается между двумя обозначенными клеммами.(Источник изображения: STMicroelectronics)

Модифицировав обычное соединение, поместив резистор между положительным концевым соединением и соединением выходного напряжения (V _OUT / Source), реализует схему измерения Кельвина, которая компенсирует падение ИК-излучения (Рисунок 6).

Рисунок 6: Чтобы уменьшить влияние ИК-падения считывающего тока, отрицательная сторона ограничительного резистора подключена к выходу напряжения (V _OUT / Source). (Источник изображения: STMicroelectronics)

Обратите внимание, что хотя электронные предохранители являются полупроводниками и могут работать до однозначных напряжений, они не ограничиваются этой низкой областью.Например, предохранители семейства Texas Instruments TPS2662x рассчитаны на работу от 4,5 до 57 вольт.

eFuse: Сделать или купить?

В принципе, можно построить базовый электронный предохранитель из дискретных компонентов, используя пару полевых транзисторов, резистор и катушку индуктивности. Первые предохранители eFuse были построены таким образом, при этом индуктивность служила двум целям: фильтрации выходного постоянного тока, а также действовала как чувствительный резистор, используя сопротивление постоянного тока его обмоток.

Однако для усовершенствованного электронного предохранителя с более стабильными характеристиками, учитывающего характеристики его компонентов, а также реальные эксплуатационные соображения, требуется больше, чем несколько отдельных компонентов.Даже с дополнительными компонентами он может обеспечивать только базовую функциональность eFuse (рисунок 7).

Рисунок 7: eFuse с базовой функциональностью, использующей дискретные компоненты, должен предвидеть и преодолевать присущие им ограничения. (Источник изображения: Texas Instruments)

Реальность такова, что накопление активных и пассивных дискретных компонентов вскоре становится громоздким, подвержено колебаниям производительности от блока к блоку и имеет проблемы, связанные с начальным допуском, старением компонентов и дрейфом, вызванным температурой.Короче говоря, дискретное решение «сделай сам» имеет множество ограничений:

• Дискретные схемы обычно используют полевой МОП-транзистор с P-каналом в качестве проходного элемента, который дороже, чем полевой МОП-транзистор с N-каналом, с точки зрения достижения того же значения сопротивления во включенном состоянии (R _{DS (ON)} ).
• Дискретные решения неэффективны, поскольку они включают рассеивание мощности на диоде с соответствующим повышением температуры платы.
• В дискретных схемах сложно обеспечить адекватную тепловую защиту полевого транзистора проходного элемента.В результате, это критическое усовершенствование должно быть исключено, или проект должен быть существенно завышен, чтобы обеспечить подходящую безопасную рабочую область (SOA).
• Комплексная дискретная схема требует большого количества компонентов и значительного места на плате, а потребность в устойчивости и надежности схемы защиты добавляет дополнительные компоненты.
• Хотя скорость нарастания выходного напряжения в дискретных схемах регулируется с помощью компонентов резистора и конденсатора (RC), размеры этих компонентов необходимо подбирать с учетом характеристик затвора проходного полевого транзистора.

Даже если бы решение с дискретными компонентами было приемлемым, оно было бы ограничено в своих функциях по сравнению с решением IC. Последние могут включать в себя некоторые или все из множества дополнительных функций, упомянутых ранее, как показано на блок-схеме eFuse на рисунке 8. Кроме того, решение IC меньше по размеру, имеет более стабильную и полностью охарактеризованную производительность и предлагает «душевное спокойствие», которое не может предложить многокомпонентное решение, и делает это по более низкой цене. Обратите внимание, что в таблице данных TPS26620 есть несколько десятков графиков производительности и временных диаграмм, охватывающих множество рабочих условий, и все из которых было бы сложно создать при дискретном подходе к «изготовлению».

Рис. 8. Внешняя простота и внешний вид полнофункционального электронного предохранителя eFuse скрывают его внутреннюю сложность, которую было бы очень трудно воспроизвести с использованием дискретных компонентов. (Источник изображения: Texas Instruments)

Есть еще одна важная причина для покупки стандартной микросхемы eFuse вместо того, чтобы идти по отдельному пути: одобрение регулирующих органов. Многие предохранители — термические и электронные предохранители — используются для функций, связанных с безопасностью, чтобы предотвратить условия, при которых чрезмерный ток может вызвать перегрев компонентов и, возможно, возгорание или причинить вред пользователям.

Все обычные плавкие предохранители одобрены различными регулирующими органами и стандартами для обеспечения надежного отключения тока при надлежащем использовании. Однако получить такие же разрешения для дискретного решения будет очень сложно, отнимет много времени и, вероятно, даже невозможно.

Напротив, многие микросхемы eFuse уже одобрены. Например, предохранители серии TPS2662x признаны UL 2367 («Специальная полупроводниковая защита от сверхтоков») и сертифицированы по IEC 62368-1 (аудио / видео, информационное и коммуникационное оборудование — Часть 1: Требования безопасности).Они также соответствуют стандарту IEC 61000-4-5 («Электромагнитная совместимость (ЭМС) — Часть 4-5: Методы испытаний и измерений — Испытание на устойчивость к скачкам напряжения»). Чтобы получить такую ​​сертификацию, эти электронные предохранители проходят испытания на работоспособность в своей основной роли, а также в условиях, включающих минимальные и максимальные рабочие температуры, минимальные и максимальные температуры хранения и транспортировки, обширные испытания на ненормальные и долговечные испытания, а также термоциклирование.

Заключение

Предохранители

eFuse, в которых для отключения тока используется активная схема, а не плавкая перемычка, помогают разработчикам выполнять требования, которые включают быстрое отключение, самосброс и надежную работу в условиях низкого тока.Они также имеют различные функции защиты и регулируемую скорость нарастания. По сути, они являются ценным дополнением к инженерному набору компонентов защиты цепей и системы.

Как уже говорилось, электронные предохранители могут заменить обычные плавкие предохранители, хотя во многих случаях они обеспечивают локальную защиту и дополняются плавкими предохранителями. Как и почтенный термопредохранитель, многие из eFuse также сертифицированы для использования в функциях, связанных с безопасностью, что расширяет их универсальность и применимость.

Дополнительная литература

1. «МЭК 62368-1 на пути: новый стандарт безопасности для ИКТ и AV-оборудования»
2. «Правильный источник питания имеет решающее значение для соответствия новому стандарту IEC / UL IEC-62368 по безопасности потребительских товаров»
3. «Учебное пособие по предохранителям»
4. «Как выбрать и применить интеллектуальные технологии измерения и контроля тока (вместо предохранителей)»

Отказ от ответственности: Мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Электронный предохранитель для автоматических выключателей

Надежная защита цепи с функцией контроля вторичной цепи 24 В

• Модульная и выборочная защита в установках и оборудовании
• Надежная защита цепи позволяет уменьшить сечение проводов
• Быстрая замена с использованием инновационной технологии подключения
• Обнаружение причины срабатывания (через IO-Link)
• Измерение тока и напряжения в каждом канале (через IO-Link)

Безопасность на стороне 24 В
В отличие от первичной стороны 230 В, защитой цепи во вторичной цепи часто пренебрегают.Другая проблема заключается в том, что в случае отказа источника питания 24 В постоянного тока стандартные механические выключатели часто не срабатывают. Это может случиться, например, с длинными кабелями. Электронный предохранитель от ifm идеально контролирует электрическую цепь и, при необходимости, надежно отключается. Отдельные параллельные цепи можно выборочно отключать. Это позволяет уменьшить поперечные сечения проводов в цепи нагрузки импульсных источников питания. Система имеет модульную структуру и может быть идеально адаптирована к схемам оборудования и оборудования.Версия IO-Link также позволяет анализировать важные диагностические данные.

Модульная установка
Система имеет модульную структуру и состоит из модуля головки для подачи макс. 40 А. Модули предохранителей можно устанавливать рядом. Это делается с помощью простого механизма зажима, без перемычек, перемычек и т.п. Простой монтаж и минимальная сложность проводки экономят время и деньги. В стандартной версии пользователь может подключить до 10, а в версии IO-Link до 8 модулей безопасности к головному модулю.Каждый модуль имеет 2 канала. Всего до 20 каналов

Версии
Есть стандартная версия и версия IO-Link. В дополнение к механизму срабатывания модули оснащены светодиодом для сигнализации о срабатывании модуля, его активности и степени использования. С помощью кнопки можно активировать, деактивировать или настроить каждый канал. Модуль подачи имеет дополнительный общий выход для подачи предупреждающего сигнала в случае срабатывания модуля.

Больше прозрачности с IO-Link
Версия IO-Link имеет ту же функцию; однако есть дополнительная информация о каждом канале:

Передача к мастеру IO-Link:
• эффективный номинальный ток (циклический 1 байт)
• выходное напряжение (ациклическое)
• счетчик запуска (ациклический)
• текущее состояние устройства (циклический 1 байт):
— короткое замыкание
— перегрузка
— пониженное напряжение
— достигнут предел (80% IN)

Передача от мастера IO-Link:
• активация / деактивация
• сброс с запуском
• сброс счетчика запусков

Доступны модули фиксированных размеров 2A, 4A и 6A.Фиксированные значения тока предотвращают последующее неправильное использование, изменяя макс. текущая стоимость.

Электронные предохранители

Электронные предохранители

Elliott Sound Products

Электронные предохранители

Содержание

---

Введение

Предохранители использовались для защиты электрических и электронных цепей с самого начала использования электрического оборудования.В основном они делают довольно хорошую работу, но редко бывают достаточно быстрыми, чтобы защитить электронные компоненты, такие как транзисторы или полевые МОП-транзисторы, от серьезной перегрузки. Полупроводник почти всегда выходит из строя задолго до того, как сработает предохранитель, что в значительной степени является прекрасным примером закона Мерфи в действии. Много полезной информации можно найти в статье «Как применять устройства защиты цепей». Эта статья была опубликована еще в 2009 году и показывает большую часть того, что вам нужно знать о предохранителях и миниатюрных автоматических выключателях.

Автоматические выключатели (иногда) являются улучшением по сравнению с простым предохранителем, но обычно только в том случае, если у них есть магнитный отключающий механизм, который очень быстро срабатывает при сильной перегрузке. Все защитные системы приводят к некоторым потерям в цепи, а сопротивление различных предохранителей показано в статье и в следующем разделе. Сюда входит сопротивление в холодном состоянии (25 ° C) и при номинальном токе. Предохранители ниже 3,15 А рассеивают около 1,6 Вт при полном номинальном токе, а предохранители более высокого номинала рассеивают до 2.5Вт. Это означает, что они довольно сильно нагреваются при постоянном использовании с расчетным номинальным током, но в большинстве цепей это случается редко.

Многие цепи потребляют значительный «пусковой» ток (при первом включении питания), когда трансформаторы переходят в установившееся состояние и / или когда конденсаторы фильтра заряжаются до своего рабочего напряжения. Из-за этого часто необходимо использовать плавкий предохранитель с задержкой срабатывания или предохранитель, который рассчитан на то, чтобы выдерживать ток, намного превышающий нормальный, в течение короткого периода времени.Как и у всех предохранителей, если ток лишь незначительно превышает номинал предохранителя, может пройти много времени, прежде чем он «перегорит» из-за размыкания цепи. Нереально ожидать, что предохранитель выйдет из строя, если ток (скажем) всего в 1,1 раза больше номинального значения (1,1 А для предохранителя 1 А). Как правило, следует ожидать, что любой предохранитель выйдет из строя в течение 1-2 минут при токе, превышающем номинальное значение в 1,5 раза.

Это вполне нормально для оборудования с большой тепловой массой, такого как трансформатор или двигатель, но неадекватно для защиты транзистора, который уже работает на пике мощности (поэтому температура кристалла находится на максимально допустимой или близкой к ней).В результате большая часть электронного оборудования, в котором используется «защита» плавкими предохранителями, на самом деле вообще не защищена. Предохранители только гарантируют, что серьезная неисправность не вызовет дополнительных серьезных повреждений, включая возможность возгорания.

Введите электронный предохранитель (или электронный предохранитель). Их можно настроить на срабатывание при очень специфическом токе, и если он будет превышен (даже на несколько миллиампер), электронный предохранитель отключит нагрузку. В идеале он останется «открытым», даже если питание будет отключено и повторно включено, но для этого требуется резервная батарея, что очень редко.Доступны ИС с электронными предохранителями (часто с множеством дополнительных функций), но большинство из них доступны только в корпусах SMD (устройство для поверхностного монтажа).

Идея этой статьи состоит в том, чтобы показать несколько вариантов, которые можно использовать при (почти) любом напряжении и токе и с довольно хорошо определенным током отключения. Некоторые из них намного лучше других в этом отношении, и использование резистивного «детектора тока» более надежно, чем использование R _DS-on полевого МОП-транзистора. Это обычно используется в специализированных ИС с электронными предохранителями, но они имеют температурную компенсацию для обеспечения предсказуемых результатов.

Несмотря на очень точные пороги обнаружения, доступные для электронных предохранителей, «традиционный» проволочный предохранитель далек от «мертвой» технологии. Они по-прежнему являются наиболее экономичным вариантом, когда необходимо снизить риск возгорания (или дальнейшего разрушения электроники), но необходимо понимать их ограничения. Вот почему существуют такие проекты, как схема защиты громкоговорителей ESP Project 33. Хотя пара электронных предохранителей может легко обнаружить неисправность и отключить нагрузку, если ток превышает заданный предел, это непростая альтернатива.

Схемы, показанные здесь, предназначены для предоставления примеров и относятся к строительным проектам , а не . Существует бесчисленное множество других схем (включая множество специализированных ИС), которые можно использовать, но не все из них полезны для DIY (некоторые из них вообще не полезны, IMO). Электронный предохранитель, который требует, чтобы вы нажали кнопку, чтобы включить цепь, бесполезен, и вдвойне, если у него нет механизма отключения. Существует одна очень распространенная схема (она повсюду в сети), которая использует это, и она была намеренно исключена, потому что это не очень хорошая идея (и многие люди, которые ее создали, обнаружили, что она не работает).Электронный предохранитель должен быть активен при включении питания, а в случае срабатывания он должен оставаться таковым до сброса при включении питания. Если неисправность все еще существует, он отключится снова.

Электронные предохранители могут быть жизнеспособной альтернативой термомагнитному выключателю. Они намного быстрее и могут быть установлены на точный верхний предел, который может быть намного ниже любого, предлагаемого автоматическими выключателями. Например, если вашей цепи требуется 100 мА, но даже 120 мА указывает на неисправность, электронный предохранитель (например, установленный на 110 мА) является единственным вариантом.Никакой проволочный предохранитель или автоматический выключатель не обеспечивает такой же уровень точности и скорости.

---

1.0 Технические характеристики предохранителей для проводов

Поскольку они широко используются (и таблица будет упоминаться несколько раз в этой статье), я включил эту таблицу, которая показана в статье «Как применять устройства защиты цепей». Это полезная справочная таблица, и некоторые значения можно напрямую перенести на «эквивалентный» электронный предохранитель.

Падение номинального тока 90 % Текущий 2,000 м мВ6 м

Номинальный ток А	Ток прерывания А (макс.)	Сопротивление, Ом 0A Номинальное значение A		Падение напряжения при Номинальный ток
0.315	35A при 250 В перем. Тока	880 м	4,13	1,300 V	1,6
0,4		277 м	3,00
			1,6	1.000 В	1,6
0,63		190 м	1,03	650 мВ	1,6
0,8		120,3 м	300,140 м	30017 9036
1,0		96,4 м	200 м	200 мВ	1,6
1,25		70,1 м	160 м	200 мВ	1,6	1,6	1,6 903	119 м	190 мВ	1,6
2,0		41,6 м	89,5 м	170 мВ	1,6
2,5		903 6817 м	170 мВ	1,6
3,15		22,4 м	47,6 м	150 мВ	2,5
4,0		40A при 250 В перем. мВ	2,5
5,0	50 A при 250 В перем. тока	13,7 м	26,0 м	130 мВ	2,5
6,3	63A	130 мВ	2,5

Таблица 1 — Технические характеристики предохранителей для типичных электронных приложений

Приведенная выше таблица адаптирована из таблицы данных Littelfuse (предохранители с осевым выводом и картриджем 5 × 20 мм> быстродействующие> серия 217) для быстродействующих стеклянных предохранителей. Я показал значения, которые, скорее всего, будут использоваться в типичных электронных проектах, но полная таблица содержит гораздо больше информации и охватывает предохранители от 32 мА до 15 А. Я добавил столбец, который показывает сопротивление при максимальном токе (предполагается, что медный провод), и выяснилось, что температура плавкого провода составляет около 300 ° C при полном номинальном токе.

---

2.0 E-Fuse Принцип работы

Хотя существует множество различных топологий, основные принципы обычно очень похожи. Нам нужен способ определения фактического протекания тока, и если он превышает заданный порог, нагрузку следует отключать с задержкой, максимально близкой к нулю. Могут быть включены дополнительные схемы, чтобы позволить очень короткие отклонения от заданного значения (аналогично предохранителю с задержкой (медленным срабатыванием)), или в некоторых случаях предохранитель предназначен для ограничения тока до предварительно установленного максимума на несколько миллисекунд.Если состояние перегрузки по току сохраняется дольше запрограммированного максимума, предохранитель отключает нагрузку от источника питания. Это особенность некоторых микросхем электронных предохранителей.

По большей части эта статья будет сосредоточена на дискретных схемах, а не на продуктах «COTS» (коммерческие готовые продукты). В основном это связано с тем, что внутренняя схема коммерческих ИС очень сложна, и большинство из них не рассчитано на высокое напряжение, хотя есть исключения. Поскольку практически все эти микросхемы представляют собой SMD-детали, с ними сложно экспериментировать, потому что макетные платы и схемы «наращивания» обычно невозможны без использования печатной платы, разработанной для конкретного устройства.Некоторые даже используют корпуса LCC (безвыводные держатели микросхем), и они плохо сочетаются с и любыми методами конструирования экспериментатора .

Самым очевидным требованием является способ контроля тока. Хотя использование резистора кажется плохой идеей, помните, что предохранители тоже имеют сопротивление — иначе провод не смог бы нагреться и расплавиться! (См. Таблицу 1.) Сопротивление должно быть как можно меньшим, но есть ограничения — если оно слишком низкое, напряжение на резисторе будет слишком низким, чтобы быть полезным для чего-либо.Точно так же, если оно слишком велико, падение напряжения может быть чрезмерным. Если мы стремимся к падению напряжения 100 мВ при номинальном токе, это не нарушит большинство цепей, и этого достаточно, чтобы получить надежное обнаружение. На самом деле это меньше, чем у большинства проводных предохранителей, так что это неплохой компромисс.

Как только напряжение на детекторе (например, трансформатор тока, пояс Роговского (здесь не рассматривается), резистор или сопротивление канала полевого МОП-транзистора) превышает заданное значение, цепь должна отключать нагрузку, и, что не менее важно, , а не , повторно подключите его, когда ток нагрузки упадет до нуля.Это происходит, когда нагрузка отключена, поэтому требуется защелка для отключения цепи. К сожалению (и в отличие от традиционного проволочного предохранителя), схема повторно подключит нагрузку, если питание будет отключено (выключите и снова включите). Если неисправность все еще существует, она снова выключится почти мгновенно, но это может привести к дальнейшему повреждению. В отличие от проволочного предохранителя, пользователь не может заменить предохранитель с более высоким номиналом, что обеспечивает защиту, недоступную иным образом. Не особенно сложно получить время выключения менее 10 мкс при перегрузке всего на 10%, чего не может достичь ни один предохранитель на проводе.Однако здесь есть некоторые предостережения! Все схемы требуют некоторого времени для стабилизации условий, и в некоторых случаях схема может быть не в состоянии выключить вообще , если неисправность возникает до того, как схема будет готова.

Существует бесчисленное множество различных способов настройки предохранителя. В сети показано много схем, и (как всегда) некоторые из них хороши, а некоторые совершенно бесполезны. Если вы не построите (или не смоделируете) результаты, очень сложно понять, будет ли работать конкретная схема или нет.Во всех электронных схемах существует множество взаимозависимостей, и если что-то пойдет не так, это может привести к нежелательным последствиям (обратите внимание на осторожное преуменьшение!). Если ваша схема полагается только на электронный предохранитель без резервного источника питания, вы можете сделать положение намного хуже, чем было бы, если бы вы просто остались с проволочным предохранителем в первую очередь.

Электронный предохранитель — это не то же самое, что ограничитель тока. Некоторые ИС с электронными предохранителями объединяют в себе две функции, а несколько цепей, которые претендуют на роль электронных предохранителей, являются ограничителями тока, а не предохранителями , а не .Ограничитель тока — это совсем другое применение, и хотя он может уберечь часть электроники от кратковременных проблем, схема ограничения тока часто подвергается очень сильному рассеянию, если в нагрузке возникает короткое замыкание. Ограничение тока здесь не рассматривается, потому что это , а не эквивалент предохранителя (электронного или другого).

---

3.0 Методы обнаружения

Как указано выше, резистор является надежным и универсальным детектором. Однако есть некоторые методы, которые могут стать неожиданностью, например, герконовый переключатель, показанный ниже.Я наугад выбрал геркон из коробки, которую приобрел за бесценок, и намотал 10 витков телефонного / звонкового провода вокруг середины. Он срабатывает при почти точно 2А, и результат воспроизводится на 100%. Это имеет то преимущество, что в цепи очень мало сопротивления (для более высокого тока будет использоваться провод более толстого сечения), но есть небольшая задержка, потому что это механический контакт. Поскольку (по крайней мере, с переключателем, который я тестировал) для работы требуется 20 ампер-витков (2 А, 10 витков), его можно настроить практически на любой ток, который вам нравится.Однако все, что превышает 20А, будет проблемой, поскольку это подразумевает менее одного поворота. Размещение катушки вдоль корпуса переключателя обеспечит некоторый контроль над током отключения.

Рисунок 1 — Детектор тока геркон

Преимущество этого метода состоит в том, что схема электронного предохранителя изолирована от контролируемого источника напряжения, хотя нам все еще необходимо предоставить механизм для отключения питания. После отключения он также должен оставаться выключенным до тех пор, пока цепь не будет сброшена или питание не будет отключено и снова не включено.Методы прерывания питания описаны ниже. Эта информация предоставлена ​​скорее ради интереса, чем любое предположение о том, что геркон является идеальным методом обнаружения. Как всегда, это зависит от приложения, и оптимальный метод обнаружения меняется соответственно. Во время поиска я видел только одну схему, в которой использовалось герконовое реле, но она полностью отличается от схемы, показанной ниже.

Резистор прост, но вам нужно убедиться, что он имеет соответствующий размер, как по значению, так и по рассеиваемой мощности.В идеале резистор должен иметь «нагрузку» (падение напряжения) не более 100 мВ, но это тоже зависит от области применения. Резистор 100 мОм (0,1 Ом) падает на 100 мВ при токе 1 А и рассеивает 100 мВт. Это меньше, чем предохранитель на 1 А при полном токе (нагрузка 200 мВ, рассеиваемая мощность 200 мВт). Резистор подходит для переменного или постоянного тока, но для переменного тока требуется двухполупериодное выпрямление, что является проблемой при очень низких напряжениях. Это также усложняет схему.

Лучшим вариантом для электронных предохранителей переменного тока является трансформатор тока (информацию о них см. В разделе «Трансформаторы»).Поскольку выходной импеданс трансформатора тока очень высок, выпрямление может быть выполнено с помощью четырех слаботочных диодов (например, 1N4148) с очень небольшой потерей точности, что значительно упрощает остальную схему. Отключение нагрузок переменного тока более проблематично, и в идеале вы захотите отключить в момент , когда возникнет состояние перегрузки. Если сетевой выключатель представляет собой TRIAC, он не отключится, пока форма сигнала сети не пройдет через ноль, что может позволить полупериоду значительно превысить предел.Допускаются очень короткие импульсы сильного тока, но если они выходят за пределы используемого TRIAC, он выйдет из строя — короткое замыкание!

Например, TRIAC BT139F-600 может выдерживать ток в установившемся режиме 16A RMS и может выдерживать до 145A за один цикл при 50 Гц. Вы можете (обычно) ожидать, что полное короткое замыкание в сети будет в пределах этого предела, но это зависит от схемы, импеданса сетевой проводки и т. Д. Если вы ожидаете, что длительный (или пиковый) ток будет выше, вы: Мне понадобится более мощный TRIAC (например,г. BTA25, 25А, 600В, 250А пик). Также можно использовать реле MOSFET, но это более дорогой вариант. Большинство цепей переменного тока защищены автоматическими выключателями (в идеале термомагнитного типа), а электронный предохранитель будет использоваться только для особо чувствительных цепей (но вам все равно понадобится предохранитель или автоматический выключатель в случае внутреннего отказа).

Альтернативная схема обнаружения — использование датчика Холла. Они бывают двух версий, наиболее распространенная из которых чувствительна к магнитному полю, перпендикулярному плоскости корпуса ИС.Существуют также «планарные» версии, которые можно просто разместить над дорожкой на печатной плате, и они чувствительны к магнитному полю, параллельному корпусу ИС. Большинство из них рассчитаны на большие токи, хотя «обычные» датчики с магнитной цепью (железные, ферритовые и т. Д.) Могут использоваться для точного обнаружения малых токов. Пример показан в Проекте 139 (Монитор тока сети). Эти датчики могут использоваться с переменным или постоянным током, в отличие от трансформатора тока, который работает только с переменным током.

Хотя эти датчики являются отличным вариантом для очень высоких токов или там, где допустимо небольшое падение напряжения на предохранителе или его полное отсутствие, здесь этот вариант не рассматривается.Это связано с тем, что датчики, как правило, довольно специализированы, а некоторые из них слишком дороги. Кроме того, все еще существует потребность в схеме переключения, которая почти всегда вызывает небольшое падение напряжения. Исключением является реле, но это делает систему электромеханической, что едва ли дает ей право называться «электронный предохранитель». В таких случаях лучшим вариантом может быть термомагнитный выключатель.

---

4.0 Меры предосторожности

В зависимости от используемой цепи могут потребоваться некоторые весьма специфические меры предосторожности.Например, если схема с фиксацией требует сброса при включении питания (POR), чтобы убедиться, что она находится в надлежащем состоянии для запуска, важно, чтобы питание от сети не могло быть подано до завершения POR. Это критично, потому что схема может быть нестабильной, если ей приказывают выключиться, пока присутствует сигнал POR. Подобные вещи могут привести к тому, что в противном случае надежная цепь создаст много проблем, и важно рассматривать каждую возможность, какой бы маловероятной она ни казалась. Некоторые потенциальные проблемы нелегко решить с помощью моделирования или стендовых тестов, если вы не знаете о возможности в первую очередь.Например, одна схема, которую я видел в сети, срабатывает только тогда, когда ток впервые превышает пороговое значение. Если этот момент пропущен (по какой-либо причине, включая упомянутую проблему POR), цепь неактивна, и ваша «защищенная» схема сгорает.

Для особо чувствительных приложений может потребоваться вспомогательный «всегда включенный» источник питания для электронного предохранителя. Он выключится, если сетевой шнур отсоединен, но останется включенным, когда устройство будет подключено к сети (независимо от сетевого выключателя).Конечно, используемая схема должна быть защищена сама по себе, чтобы отказ не привел к отказу вспомогательного источника питания. Это почти всегда будет проволочный предохранитель или, возможно, плавкий резистор. Также важно убедиться, что основная цепь не может быть включена, если вспомогательный источник не работает нормально.

Настоятельно рекомендуется использовать проволочный предохранитель в качестве «аварийного резервного питания», потому что всегда существует вероятность того, что неисправность может произойти в самом электронном предохранителе. Коммутационное устройство может выйти из строя и, будучи (обычно) полупроводником, выйдет из строя короткое замыкание.Полагаться на неисправность проводов, соединяющих кристаллы, — не лучший подход, так как это сильно варьируется и в некоторых случаях может потребоваться гораздо больший ток, чем может обеспечить источник напряжения.

К настоящему времени должно быть очевидно, что электронные предохранители не так просты, как кажется. Есть немало, которые полагаются на SCR (кремниевые выпрямители) или TRIAC (двунаправленные переключатели переменного тока), но и с ними тоже есть проблемы. После включения SCR его можно снова выключить, только уменьшив ток до уровня ниже необходимого для поддержания проводимости (удерживающий ток).У большинства также есть минимальный ток для включения (и оставления включенным), называемый током фиксации. Если они не продуманы должным образом, схема может работать некорректно или вообще не работать.

Хотя использование резистора для измерения тока несколько «старая шляпа», это намного надежнее, чем (например) измерение падения напряжения на полевом МОП-транзисторе, когда он включен. Это может быть нормально внутри ИС, где может применяться температурная компенсация, но в дискретной схеме R _DS-on изменяется в зависимости от температуры, которая сама по себе является функцией тока нагрузки.В идеале полевой МОП-транзистор должен иметь минимально возможное значение R _DS-на , чтобы минимизировать потери мощности (и нагрев полевого МОП-транзистора), но это значительно усложняет отслеживание крошечного падения напряжения на устройстве, когда оно питает цепь.

Выбор переключателя очень важен. Преимущество реле в том, что они чрезвычайно надежны и обеспечивают полную изоляцию коммутируемой цепи от электроники, но они не подходят для постоянного высокого напряжения. Для большинства это означает что-либо более 30 В постоянного тока с током более пары ампер.При более высоком напряжении или токе существует риск того, что между контактами просто возникнет дуга постоянного тока. Реле также довольно медленные (по сравнению с электронными переключателями). Если вы хотите использовать реле в качестве переключателя, я предлагаю вам также прочитать статьи о реле, выборе и использовании (это статья из двух частей). Для постоянного тока предпочтительнее использовать полевые МОП-транзисторы для непрерывного тока до 50 А или около того, но радиатор необходим. SCR и TRIAC подходят для приложений с сильным током переменного тока, но им также нужен радиатор.Все, что требует радиатора, начинает становиться довольно большим (в зависимости от силы тока).

В следующих схемах я указал источник питания 12 В. Это не всегда важно, но гарантирует отсутствие взаимодействия между защищаемой схемой и источником питания, используемым для схемы электронного предохранителя. В результате любая из цепей постоянного тока может использоваться с любой полярностью основного источника питания при соблюдении полярности переключателя. Беспотенциальный источник питания 12 В гарантирует отсутствие конфликтов полярности, которые при определенных условиях могут вызвать короткое замыкание.Простым решением для плавающего источника питания является миниатюрный изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный. Они описаны далее в следующем разделе.

Поскольку электронные предохранители обычно имеют очень высокую скорость, в следующей схеме не должно быть больших конденсаторов, которые необходимо заряжать. Хотя типичное время нарастания постоянного тока составляет около 4-5 мс, если оно обеспечивается трансформатором и выпрямителем на частоте сети, некоторые схемы могут иметь гораздо более быстрое время нарастания. Ток заряда конденсатора определяется емкостью, временем нарастания приложенного напряжения и любым последовательным сопротивлением.К последним относятся динамическое сопротивление диода, сопротивление обмотки трансформатора и даже сопротивление сети (от включенного устройства обратно к электростанции). В странах с напряжением 230 В ожидается, что сопротивление / импеданс сети будет около 0,8–1 Ом или 0,2–0,25 Ом для розеток на 120 В). Чтобы дать вам представление, конденсатор емкостью 1000 мкФ, заряжаемый от источника с напряжением 50 В, временем нарастания 2,5 мс и импедансом источника 1 Ом, будет давать пик 18 А при зарядке. Это приведет к отключению всех схем, показанных ниже, хотя схему «с задержкой срабатывания», показанную на Рисунке 4, можно настроить для работы с током заряда конденсатора.

Если время нарастания увеличивается до 5 мс, пиковый ток составляет 10 А. Этого все еще более чем достаточно для отключения показанных цепей. Вы должны либо минимизировать емкость на стороне нагрузки электронного предохранителя, либо увеличить время нарастания, либо использовать систему задержки, чтобы гарантировать, что мгновенные высокие пиковые токи не отключат цепь. Это, скорее, противоречит цели очень быстрого электронного предохранителя. Некоторые схемы более поддаются применению задержки, чем другие. Это легко со схемой на рис. 3 (см. Рис. 4), но сложнее (и менее предсказуемо) со схемами, показанными на рис. 5, 6 и 7.

---

5.0 Примеры схем

В этом разделе я сосредоточился на схемах, которые я смог смоделировать или испытать на стенде, и которым можно доверять, чтобы они работали надежно. Это сократило количество возможных примеров до нескольких. Есть еще кое-что, что может работать , но без физических частей или моделей симулятора это невозможно узнать наверняка. Если я не могу гарантировать, что схема выполняет то, что от нее ожидается, она не будет опубликована — существует слишком много примеров схем, которые не будут работать так, как заявлено, и я не собираюсь добавлять их числа.Совершенно очевидно, что некоторые схемы, называемые «электронными предохранителями», являются не более чем ограничителями тока — это не одно и то же!

Примечание. Описанные цепи представляют собой предохранители , и , а не ограничители тока . Ни один из них не подходит для обеспечения фиксированного ограниченного тока.

Я показываю примеры электронных предохранителей как переменного, так и постоянного тока, но для переменного тока единственным датчиком, который я бы серьезно рассмотрел, является трансформатор тока. Есть микросхемы, которые могут определять ток, но большинство из них доступно только в SMD-корпусах, и они не рассматриваются подробно.В идеале, если вы создаете электронный предохранитель, у вас должна быть возможность отремонтировать его, если что-то пойдет не так, а у многих деталей SMD очень короткий цикл продаж. ИС, которую вы покупаете сегодня, может быть недоступна всего через несколько лет. Мои статьи охватывают более 20 лет, и я не буду предлагать ничего, что устарело или может стать таковым в обозримом будущем. Есть несколько поставщиков микросхем детекторов тока, но трансформаторы тока существуют уже более 100 лет и сейчас более распространены, чем когда-либо прежде.

Для примеров я основываю схему на токе срабатывания около 5 А (переменный или постоянный ток).Довольно легко адаптировать любую конструкцию для более высокого или более низкого тока, обычно с заменой резистора. Обратите внимание, что для большинства конструкций требуется отдельный источник питания, поскольку это обеспечивает более стабильную работу. Тем не менее, это также неудобно, хотя хорошим вариантом является Mornsun B1212S-1W или аналогичный (подобные крошечные блоки питания, среди прочего, производятся Murata и Traco Power). Это миниатюрные преобразователи постоянного тока в постоянный с номинальным входом 12 В и изолированным выходом 12 В.Изоляции не обязательно достаточно для сетевого напряжения, но она подходит для любой схемы, питаемой от вторичной обмотки трансформатора. Хотя в спецификациях указано, что напряжение изоляции составляет 1 кВ, это испытательное напряжение — источники питания не должны работать с перепадом напряжения, близким к этому. Я использовал эти принадлежности в некоторых «специальных» проектах, и я всегда держу их под рукой, потому что они очень полезны. Они могут быть всего 12 × 6 × 10 мм (длина × ширина × высота в миллиметрах) и могут быть приобретены всего за 2 австралийских доллара.По 20 штук.

Рисунок 2 — Принцип действия электронного предохранителя постоянного тока

Основы показаны выше. Вам необходимо контролировать ток, подходящую схему для обнаружения перегрузки по току и выключатель для отключения нагрузки от источника питания. Детектор показан как резистивный шунт, но вы можете использовать датчик Холла, трансформатор тока (только для переменного тока) или даже герконовый переключатель, как показано на рисунке 1. Цепь управления должна защелкнуться, чтобы переключатель не замкнулся снова, пока питание выключено.Многие схемы электронных предохранителей, которые вы можете увидеть, имеют кнопку «сброса», но она не включена ни в приведенный выше, ни в какие-либо другие примеры. Иногда это хорошая идея, но в большинстве случаев это не так. Вы также увидите, что в комплекте есть предохранитель — он предназначен для обеспечения отказоустойчивости. Если электронный предохранитель не сработает, у вас все еще есть некоторая защита от катастрофического отказа и / или пожара.

Источник постоянного тока, который питает детектор и схему защелки, обычно должен быть плавающим (не относящимся к земле / земле), поскольку он обычно подключается к защищенному источнику питания, который сам может или не может быть привязан к земле или какому-либо другому напряжению.Путем включения источника постоянного тока его можно подключить к любому другому источнику напряжения, не опасаясь возникновения короткого замыкания или других проблем. Небольшие преобразователи постоянного тока в постоянный доступны по цене менее 10 австралийских долларов каждый, а один «главный» источник питания 12 В может обеспечить питание любого количества преобразователей постоянного тока в постоянный. В большинстве случаев детектору потребуется всего несколько миллиампер, а преобразователь мощностью 1 Вт, 12 В может обеспечить ток 80 мА. Маловероятно, что когда-нибудь понадобится больше. Во всех следующих примерах показано только плавающее питание — преобразователь постоянного тока в постоянный не входит.

В основном коммутационным устройством будет полевой МОП-транзистор для постоянного тока или триак для переменного тока. Могут быть ситуации, когда предпочтительнее использовать IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) или тиристоры с обратной связью, но это не относится к схемам, в которых ток составляет всего несколько ампер. Даже если электронный предохранитель используется для защиты усилителя мощности (например), средний ток обычно довольно низкий. Обратите внимание, что если в какой-либо цепи используются шины питания с двойной полярностью, должен быть установлен механизм, чтобы при срабатывании одной цепи автоматически отключалась другая.Схемы с двумя рельсами обычно плохо работают, если один источник питания отсутствует, а другой остается.

---

5.1 Цепи постоянного тока

Вероятно, это наиболее распространенное требование, но они все же могут создавать некоторые «интересные» проблемы. Из них нельзя упускать из виду обеспечение надежного сброса при включении питания (POR). Схемы, которые выглядят хорошо (и моделируют точно так, как ожидалось) могут быть очень обманчивыми, и это область, которой уделяется мало внимания в большинстве схем с фиксацией, которые вы увидите.Как отмечалось ранее, в идеале, само собой разумеется, будет использоваться схема с фиксацией, поскольку схемы, которые могут «автоматически» перезагружаться, могут причинить больше повреждений. Это не обязательно проблема, и это зависит от приложения. Также важно поддерживать как можно более низкую рассеиваемую мощность, поскольку это снижает потери мощности и (надеюсь) означает, что вам не нужно добавлять радиатор к коммутационному устройству. При высоких токах почти всегда будет необходимость в радиаторе, но он должен быть как можно меньше, иначе схема будет неудобной для включения в конструкцию.

Рисунок 3 — Электронный предохранитель постоянного тока с фиксацией

На рисунке 3 показан электронный предохранитель, который имеет все необходимые меры безопасности для надежной работы. U2C и U2D образуют защелку «установка-сброс», которая инициализируется зарядкой C1 при подаче питания (сброс при включении). Беспотенциальный источник питания 12 В должен включаться достаточно быстро (в пределах 5 мс до полного напряжения), чтобы обеспечить срабатывание сброса, в противном случае схема может не включить нагрузку. Пока POR активен, Q1 включен, чтобы гарантировать отсутствие тока нагрузки до тех пор, пока схема не будет готова к работе.Нагрузка может быть как с положительной, так и с отрицательной стороны переключающего полевого МОП-транзистора, и единственное, что важно, — это правильная полярность.

Если ток нагрузки превышает предварительно установленный максимум (установленный с помощью VR1), выходной сигнал U1A превысит порог для U2A, который устанавливает защелку и отключает питание (Q1 закорачивает питание затвора на источник MOSFET). Для нагрузки 5 А R1 (измерение тока) может быть всего 25 мОм, а для срабатывания U2A U1A требуется усиление около 50. LM358 используется потому, что они дешевы, легко доступны, очень устойчивы к проблемам с напряжением питания и могут нормально работать с обоими входами при отрицательном напряжении питания (или даже немного ниже).Они не особенно быстрые, но моделирование показывает, что цепь отключится (отключит питание) в течение 10 мкс — даже если ток меньше чем на 10% превышает пороговое значение.

Хотя схема может выглядеть довольно сложной, есть только две недорогие ИС и небольшое количество других деталей. MOSFET выбирается в зависимости от напряжения питания, используемого для нагрузки. IRF540N показан только в качестве примера, и поскольку он имеет низкий R _DS-on , рассеиваемая мощность составляет всего 1,1 Вт при полном токе (5 А).Существует множество полевых МОП-транзисторов, которые могут работать с гораздо более высоким напряжением или током, поэтому их необходимо выбирать в соответствии с приложением. Аналогичным образом, для более низких токов R1 должно быть более высоким значением, чтобы гарантировать, что U1A не требует слишком большого усиления (я бы рекомендовал максимум 50). Ток, потребляемый схемой от плавающего источника питания 12 В, будет составлять около 1 мА или около того, когда нагрузка включена, и возрастает примерно до 6,5 мА при отключении (потому что Q1 должен сбросить напряжение затвора до нуля).

Рисунок 4 — Электронный предохранитель постоянного тока с фиксацией постоянного тока с замедленным срабатыванием

Приведенная выше конфигурация имеет еще одну полезную функцию.Если вы включите цепь резистора / конденсатора до U2A, комбинация R9 и конденсатора (C3) обеспечит характеристику «медленного срабатывания». Конденсатор будет интегрировать постоянный ток, поэтому он может выдерживать высокий пиковый ток при условии, что среднее значение ниже тока срабатывания. С R9 на 10 кОм вы можете использовать 33 мкФ или более, что позволит обеспечить до 10 А в течение одной секунды (менее 100 мс при 10 мкФ). Устойчивая перегрузка в двести миллиампер (на основе отключения на 5 А) отключит питание чуть более чем за одну секунду при 33 мкФ для C3.Никакой проволочный предохранитель или автоматический выключатель не могут сравниться с этим. Большинство других показанных схем также не могут соответствовать этому — в большинстве случаев работа в режиме замедленного действия невозможна.

Вы можете регулировать время задержки в широком диапазоне. Значения R9 и C3 можно увеличить, чтобы получить более длительную задержку, но убедитесь, что C3 является конденсатором с низкой утечкой и не подвергается воздействию какого-либо источника тепла. Это увеличит утечку и, возможно, отрицательно повлияет на время. Электронный предохранитель, который не может выполнять свою работу, хуже, чем бесполезный.

Рисунок 5 — Простой электронный предохранитель постоянного тока (не рекомендуется)

Схема, показанная выше, появляется на нескольких веб-сайтах, и ее происхождение неизвестно. Он был изменен, чтобы удалить избыточный светодиодный индикатор (IMO), и он использует резистор считывания, а также сопротивление канала полевого МОП-транзистора для установки тока. Использование R _DS-on может сэкономить дополнительную часть (R1), но точка срабатывания изменяется в зависимости от температуры MOSFET. Когда ток приближается к точке срабатывания (около 4,9 А, как показано), рассеивание MOSFET начинает увеличиваться из-за падения напряжения затвора.Поскольку детектор представляет собой всего лишь транзистор, у него нет четко определенного состояния включения / выключения, поскольку ток нагрузки приближается к максимуму, транзистор начинает включаться, снимая напряжение на затворе. После срабатывания он не перезапустится, пока напряжение нагрузки не упадет почти до нуля. D1 используется для «смещения» напряжения база-эмиттер Q1. Некоторые части схемы чувствительны к температуре, а именно Q1, Q2 и D1, поэтому ожидать точного отключения по току в широком диапазоне температур нереально.

Как только ток увеличится достаточно, чтобы включить Q1, Q2 выключится, так что база Q1 получит больше тока, отключив Q2 дальше.Это простой контур положительной обратной связи, который гарантирует, что Q2 полностью отключится, а Q1 получит базовый ток от положительного напряжения источника. Если напряжение слишком высокое, могут быть превышены пределы базового тока Q1, поэтому может потребоваться увеличение значения R4. Схема сбрасывается простым выключением и повторным включением основного источника питания.

Цепь фиксируется, но простое поддержание питания +12 В не приведет к отключению цепи. Я включил его, потому что он есть на нескольких сайтах, но насколько подробный анализ был проведен, неизвестно.Как и в предыдущей схеме, нагрузка может быть в положительной или отрицательной выходной цепи, и важна только полярность (и напряжение питания). Кроме того, как и в схеме на рис. 3, полевой МОП-транзистор необходимо выбирать в зависимости от напряжения питания и тока нагрузки. Хотя схема проста, она также имеет высокую рассеиваемую мощность, особенно когда она близка к току отключения. Если установить значение около 5 А, как показано, это обеспечит очень хорошую защиту для цепи, которая обычно потребляет максимум до 3 А. Он очень быстро отключается при неисправности (5 А или более).

Проблемы в схеме на Рисунке 5 ожидаются. Простая схема часто будет иметь худшие характеристики, если более сложная схема спроектирована правильно. Просто потому, что в схеме используется много деталей, , а не , автоматически означает, что она будет работать «лучше» (она может вообще не работать). Самая большая проблема с показанной простой схемой — это рассеяние мощности, которое не только нагревает схему, но и вызывает более высокое, чем обычно, падение напряжения последовательно с нагрузкой.Рассеивание MOSFET увеличивается намного больше, если вы опускаете R1 и полагаетесь только на R _DS-on MOSFET (как показано в других версиях в сети). R3 нельзя существенно уменьшить, так как он будет пропускать слишком большой ток на базу Q1 и рассеивать значительную мощность. При питании 100 В R3 рассеивает почти 1,5 Вт и пропускает 14 мА. Они уменьшаются при более низких напряжениях.

Альтернативой, которая решает некоторые из проблем с рис. 5, является использование SCR для отключения напряжения затвора MOSFET.Хотя существуют тиристоры с очень низким током (например, серия BT169), для срабатывания большинства из них требуется напряжение затвора около 800 мВ. Эту проблему можно решить, используя дискретный тиристор, состоящий из пары маломощных транзисторов (см. Приложение). Однако стандартный слаботочный тиристор по-прежнему будет работать, хотя получить четко определенный ток отсечки непросто.

Рисунок 6 — Электронный предохранитель постоянного тока SCR

В отличие от версии, показанной на Рисунке 5, после срабатывания полевой МОП-транзистор остается выключенным до тех пор, пока присутствует вспомогательное питание 12 В.SCR требуется около 6 мА, чтобы он оставался включенным после срабатывания. Схема также не полагается на сопротивление полевого МОП-транзистора, а только на сопротивление токового шунта. Как только SCR срабатывает, ему не требуется напряжение от основного источника питания. Обратите внимание, что полевой МОП-транзистор должен быть «стандартного» типа, а не должен быть совместимым по логике с (включен с напряжением 5 В). SCR не может снизить напряжение до уровня ниже 1,7 В, что может обеспечить достаточное напряжение затвора, чтобы вызвать протекание тока в полевом МОП-транзисторе, если это тип с низким порогом (совместимый с логикой).SCR чувствительны к температуре, поэтому, если он станет горячим, ток обнаружения упадет. В большинстве цепей это вряд ли вызовет проблемы.

Детектор герконового переключателя, показанный ниже, также может использоваться с вышеуказанной схемой (только постоянный ток). Необходимо внести еще несколько изменений. Замените резистор считывания катушкой герконового переключателя и включите последовательный резистор затвора 1 кОм.

Следующая схема очень адаптируема, и вы можете делать вещи, которые в противном случае были бы невозможны или нецелесообразны. Детектор (геркон и сенсорная катушка) и реле не обязательно должны быть частью одной цепи — геркон может определять постоянный ток, используя реле для отключения переменного тока.Это делает его очень универсальным. Несмотря на то, что существуют способы, которыми другие показанные схемы могут быть подключены аналогичным образом, следующая версия является самой простой для адаптации.

Рисунок 7 — Электронный предохранитель постоянного тока с детектором геркон

В приведенном выше электронном предохранителе используется геркон с сенсорной катушкой, что минимизирует падение напряжения на сенсорной цепи. Это не регулируется, кроме как путем изменения количества оборотов вокруг язычкового переключателя. Как отмечалось выше, переключатель, который я тестировал, реагировал на 20A / T (ампер-витки), поэтому десять витков обеспечивали обнаружение при 2A.Нагрузка и ее питание должны быть постоянным током, чтобы предотвратить вибрацию язычка и возможную усталость металла. При условии, что клеммы герконового переключателя находятся на расстоянии не менее 5 мм от катушки, цепь будет безопасна при напряжении, производимом от сети. Переменный ток через измерительную катушку составляет , не рекомендуется , потому что, если ток достаточно высок, язычок будет постоянно вибрировать.

Нормальный режим работы начинается при включении источника питания 12 В, который приводит в действие реле (RL1), замыкая контакты и обеспечивая питание цепи переменным током.Если ток нагрузки превышает предел, определяемый количеством оборотов геркона, он замыкается, и SCR1 замыкает подачу питания на Q1, выключая его (и реле). Хотя источник питания 12 В показан как плавающий, это не имеет значения, потому что и вход (детектор), и выход (реле) изолированы.

R1 обеспечивает достаточный ток фиксации и удержания для BT169 SCR, в то время как R2 и R3 образуют делитель напряжения, чтобы гарантировать, что Q1 отключится при включении SCR. R4 обеспечивает ток затвора для тиристора, и его более чем достаточно, чтобы обеспечить его надежное включение.Я включил это, потому что это интересно, и потому что это одна из немногих конфигураций электронных предохранителей, которые могут использовать разные источники считывания и управления.

Хотя герконовый переключатель, который я тестировал, требовал 20 А / Т, ваш, скорее всего, будет другим. Как только вы узнаете, сколько ампер-витков необходимо, легко рассчитать количество витков, необходимых для любого заданного тока. Например, переключателю, который я использовал, потребуется 40 витков для ответа на 500 мА, 20 витков на 1 А или 5 витков на 4 А. Герконовый переключатель можно использовать и со многими другими цепями, но он , а не , будет работать с версией, показанной на рис. 5, потому что для этой схемы необходимо наличие основного источника питания, чтобы она могла защелкнуться.

Наконец, в этом разделе показана коммерческая ИС, разработанная для приложений «горячей замены», где требуется контроль над всем. Это не конкретная рекомендация, но она включена для демонстрации того, что доступно в настоящее время. Есть много других устройств от разных производителей, но этот привлек мое внимание как одно из самых гениальных и эффективных устройств, с которыми мне приходилось сталкиваться. Это , только доступны в SMD-корпусах.

Рис. 8. Электронный предохранитель постоянного тока TPS2663x IC

В TPS2663x есть почти все звонки и свистки, о которых вы не думаете, а затем добавляет несколько дополнительных функций.Он в первую очередь разработан для плат с «горячей заменой» в цифровых системах, а также имеет схему возбуждения для внешнего N-канального MOSFET для защиты от обратной полярности (это не входит в приведенное выше). Каждый параметр может быть запрограммирован с помощью резисторов или конденсатора (который контролирует скорость изменения напряжения ΔV / ΔT (dV / dT) во времени). Он работает при напряжении питания от 4,5 В до 60 В, а ограничение по току может быть установлено от 600 мА до 6 А. TI описывает его как «промышленный электронный предохранитель с ограничением мощности на 60 В, 6 А с защитой от перенапряжения».Его можно настроить на автоматический повторный запуск или отключение после обнаружения перегрузки. Также предусмотрена защита от повышенного и пониженного напряжения.

Это было включено, чтобы вы могли видеть, что электронные предохранители теперь являются основным требованием и имеют возможности, выходящие далеко за рамки всего описанного здесь. Однако за это приходится платить. Показанная ИС очень сложна и доступна в LCC (безвыводных держателях микросхем) и в «традиционном» SMD-корпусе. Оба включают радиатор, который необходим, когда он находится в режиме ограничения тока.На момент написания оценочный модуль был доступен по цене 99 долларов США, а стоимость самой ИС немного превышала 9,00 австралийских долларов за разовые партии. Таблица содержит бесчисленное количество формул, позволяющих пользователю программировать различные функции. Если вам нужно узнать больше, посмотрите таблицу (и нет, я не буду отвечать на вопросы по этому поводу — просто чтобы вас не спрашивали).

---

5.2 Цепи переменного тока

Электронные предохранители переменного тока встречаются реже, чем версии для постоянного тока. Хотя в сети существует несколько примеров, некоторые из них лучше всего охарактеризовать как непродуманные, а другие просто не будут работать должным образом.Нет никакого смысла публиковать схему, которая не выполняет то, что заявлено. В некоторых случаях небольшое изменение может иметь решающее значение, но большинство людей не знают, что изменить и почему. Цепи переменного тока также сложны, потому что многие обычные нагрузки имеют высокий пусковой ток. Поскольку электронные предохранители работают очень быстро, первая половина цикла может привести к срабатыванию предохранителя и отключению нагрузки, даже если все в порядке.

Это одна из причин, почему предохранители (в оборудовании) и автоматические выключатели (в распределительном щите) остаются популярными — плавкий предохранитель с задержкой срабатывания может легко справиться с пусковым током, но сработает, если возникнет неисправность.Автоматические выключатели (термомагнитные) доступны с так называемой «кривой D», которая по сути является задержкой. Истинный ток короткого замыкания отключит выключатель, а нагрузки в профиле D-кривой — нет. Электронные предохранители обычно не дают большой свободы действий, поэтому они сработают в момент, когда ток превысит пороговое значение. Я покажу только несколько типов переменного тока, в одном из которых используется трансформатор тока, а в другом — шунтирующий резистор.

Автоматические выключатели распределительного щита почти всегда являются термомагнитными.Небольшая перегрузка приводит к изгибу биметаллической ленты при нагревании, и если перегрузка сохраняется, биметаллическая полоса отключает прерыватель, размыкая контакты. При сильной перегрузке магнитная цепь срабатывает почти мгновенно и размыкает контакты. Поскольку ток короткого замыкания может быть очень высоким, на контактах возникает дуга, которая рассеивается с помощью системы гашения дуги — обычно это серия плоских металлических полос, установленных в изоляционном материале, которые разбивают дугу на более мелкие сегменты, которые больше легко гаснет.Это называется дугогасительной камерой. В промышленных автоматических выключателях часто используются альтернативные методы, позволяющие выдерживать более высокое напряжение и ток.

Большинство электронных предохранителей переменного тока рассчитаны на работу, если сила тока лишь незначительно превышает требуемое значение. Поскольку короткое замыкание почти неизбежно приведет к повреждению или отказу, важно убедиться, что электронный предохранитель всегда является только вторичной системой , при этом система в целом защищена от катастрофического повреждения предохранителем или термомагнитным выключателем.Полагаться только на электронные схемы неразумно (в крайнем случае).

Рисунок 9 — Электронный предохранитель переменного тока с трансформатором тока

Как и в версии для постоянного тока, показанной на рисунке 3, U2B используется для блокировки выхода до тех пор, пока не будет завершен сброс при включении питания. Если этого не сделать, первый цикл может легко превысить пороговое значение, но не будет обнаружен. Потенциал установки тока (VR1) может позволить сердечнику трансформатора тока насыщаться, но это не повлияет на способность схемы надежно определять ток.MOC3020 — это специальный драйвер TRIAC, обеспечивающий изоляцию около 7,5 кВ между входом (диод) и выходом (фото-TRIAC). Они существуют у нас много-много лет и до сих пор доступны по цене менее 1 австралийского доллара каждая. TRIAC выбирается в зависимости от требуемого напряжения и тока. Распространенным устройством является BT139F-600E (TO-220, полная упаковка — изолятор не требуется). Они рассчитаны на напряжение 600 В при среднеквадратичном значении до 16 А. Вам может потребоваться дополнительная схема, если нагрузка сильно индуктивна, и в таблице данных MOC3020 показано, что необходимо.

Эта схема может быть адаптирована для характеристики медленного срабатывания с помощью схемы временной задержки, показанной на рисунке 4. Как показано здесь, схема реагирует на пиковый ток, а добавление цепи дистанционного управления означает, что она реагирует на среднее значение. Временная задержка может быть выбрана в соответствии с вашим приложением и требует тщательного тестирования, чтобы убедиться, что она может допускать пусковой ток, но работает должным образом с нормальной нагрузкой переменного тока.

Что касается трансформатора тока, то его сложно превзойти AC-1005, трансформатор 5 А, коэффициент передачи 1: 1000.Он способен работать при токе до 60 А, и я использовал их во многих проектах. Конечно, есть и другие, в том числе маленькие (18 x 10 x 18 мм) от eBay, которые так же дешевы, как чипы. Я их протестировал, и они отлично работают. Чувствительность любого трансформатора тока можно повысить, намотав два или более витков через центр. Например, использование двух витков увеличивает чувствительность вдвое. В сочетании с подстроечным регулятором текущей настройки это дает очень широкий диапазон срабатывания.

Рисунок 10 — Электронный предохранитель переменного тока с переключателем MOSFET

Цепь, показанная на рисунке 10, приведена в первую очередь для демонстрации другого варианта, но абсолютно не рекомендуется для сети.Все схемы (включая источник питания 12 В) будут находиться под напряжением сети, поэтому цепь может быть смертельной, если прикоснуться к какой-либо части, когда она подключена к сети. Просто убедиться, что источник питания 12 В изолирован в соответствии с требованиями к полной изоляции сети, сложно, поэтому я рекомендую не связываться с этим. Однако его можно безопасно использовать при более низких напряжениях, например, во вторичной обмотке сетевого трансформатора. Диодный мост и MOSFET должны выдерживать полный ток нагрузки и пиковое напряжение.

Нет никаких условий для действия с задержкой, поэтому, если ток нагрузки превышает ток отключения, он отключится. Экскурсия должна быть очень короткой (менее 1 миллисекунды более чем достаточно), поэтому она не может справиться с пусковым током при зарядке конденсаторов. Ни один из электронных предохранителей переменного тока не рекомендуется, если у вас нет определенных требований к переключателю, который работает при относительно низком токе, и вы точно знаете, как ваша нагрузка ведет себя при приложении переменного тока.

Наконец, я закончу это другой версией извещателя, показанной в начале — герконом и силовым реле.Он подходит для низкого напряжения, особенно в автомобильной или морской отрасли. Как только геркон замыкается, срабатывает SCR1, который соединяет нижнюю часть катушки реле с землей. D1 поглощает противо-ЭДС катушки реле при отключении питания. Разница между этой версией и версией, показанной на рисунке 7, заключается в том, что реле обычно не находится под напряжением, а для нагрузки используются нормально замкнутые контакты.

Пока есть питание, схема готова к работе. Это может быть полезно для схемы, находящейся в непрерывном режиме ожидания, поскольку схема триггера потребляет нулевую мощность, если не обнаружена неисправность.Это часто особенно важно для оборудования с батарейным питанием, где постоянный разряд приведет к разрядке батареи. После срабатывания он потребляет питание, и в идеале он также должен быть подключен к какой-либо сигнализации, которая предупредит вас о неисправности. К сожалению, у вас нет подтверждения, что схема работает, потому что она не потребляет питание, если не сработала. Однако это очень простая схема, и в ней мало что может пойти не так. Было бы неплохо добавить тестовую кнопку, выбрав R2, чтобы нарисовать около 1.В 5 раз больше нормальной нагрузки. Кнопка должна выдерживать ток!

Рис. 11 — Электромеханический предохранитель язычкового переключателя с защелкой SCR

Сенсорная катушка просто наматывается на внешнюю часть геркон, как показано на рисунке 1. Для используемого язычкового переключателя необходимо определить количество оборотов. . Имея только герконовый переключатель, стандартное реле, которое может обрабатывать напряжение и ток, тиристор, конденсатор, резистор и диод, у вас есть электромеханический предохранитель с фиксацией.Это будет намного более предсказуемо, чем проволочный предохранитель, и сработает почти мгновенно, если возникнет проблема. Я ожидал, что такая компоновка будет полезна там, где все может работать от батареи 12 В. Разделение двух секций постоянного тока не требуется, если они имеют одинаковое напряжение. Работа на 24 В вполне нормальная — используйте реле 24 В и увеличьте значение R1 до 1,8 кОм.

Когда ток нагрузки вызывает замыкание геркона, срабатывает SCR1, который подает питание на RL1. Контакты отключают нагрузку.Поскольку герконовое реле срабатывает почти сразу после прекращения протекания тока, требуется SCR1 для обеспечения фиксации RL1. Вы должны тщательно протестировать это, так как важно убедиться, что работа будет на 100% надежной. Использование нормально замкнутого релейного контакта далеко не идеально, но это единственный способ добиться нулевого рассеяния, когда система находится в режиме ожидания. Предохранитель резервного провода необходим!

Та же самая базовая схема может использоваться с переключателем MOSFET (затвор потребляет нулевой ток покоя), и это может быть предпочтительнее.SCR просто снижает напряжение затвора примерно до 1,8 В, что выключает его. Затвор требует питающего резистора от источника + Ve (1,8 кОм подходит для 12 В) и стабилитрона 15 В для заземления, чтобы защитить его от скачков напряжения. При срабатывании схема потребляет только 6 мА, чего достаточно для того, чтобы тиристор зафиксировался и оставался включенным. Кнопка тестирования настоятельно рекомендуется, если вы используете полупроводниковый переключатель.

---

6.0 Цепи лома

Хотя технически это не электронный предохранитель, так называемая цепь лома обеспечивает почти мгновенное срабатывание проволочного предохранителя.Эти схемы получили свое название по аналогии с падением лома на пару проводов, что почти полностью приведет к короткому замыканию. Они существуют почти так же давно, как электроника, но стали доступными, как только стали доступны сильноточные тиристоры. Одна из первых схем транзисторных усилителей, которые я построил, имела схему защиты ломом, но первоначальный разработчик (который останется безымянным) не смог провести надлежащие испытания. Когда сработала схема лома, она закоротила (одиночный) источник питания, поэтому конденсатор связи динамика должен был разрядиться через выходной транзистор с обратным смещением.Результаты были предсказуемы — усилитель взорвался, убитый собственной «защитной» схемой.

Хотя мне удалось заставить усилитель работать должным образом, конструкция была небезупречна и в другом месте, и от нее быстро отказались. Именно с этого я начал заниматься дизайном усилителей, и с тех пор я не останавливался. Однако это не умаляет того факта, что схемы с ломом могут быть чрезвычайно полезными. Если вы используете лом, вы должны убедиться, что остальная часть цепи защищена от самого лома.Это не всегда так просто, как может показаться.

Защита ломом часто встречается в источниках питания, которые должны работать со сложной и дорогой схемой, которая не выдерживает значительного перенапряжения. Например, процессор и вспомогательные ИС могут работать при напряжении 5 В, но с абсолютным максимумом 7 В (например, типичным для TTL). Напряжение срабатывания лома может быть установлено равным 5,5 В, поэтому, если регулятор источника питания выходит из строя и пытается обеспечить более высокое напряжение, цепь лома срабатывает и защищает схему.

Рисунок 12 — Выключатель лома

Выше показана базовая система лома с использованием SCR. Схема управления (показанная в виде блока) может срабатывать при любом событии, которое подвергает риску защищенную схему. Это может включать опасное перенапряжение, перегрузку по току или любой другой фактор риска, который может существовать. Схема с ломом жестока и абсолютно неумолима, поэтому эту технику следует использовать только там, где первостепенным требованием является защита нагрузочного оборудования. Одним из примеров этого является защита акустической системы от неисправности усилителя.При случайном срабатывании лом, скорее всего, вызовет дополнительное повреждение усилителя, но это можно считать «тривиальным» по сравнению с защитой акустической системы. Есть один (и только один) проект, который использует эту технику, а именно Project 120.

Резистор, помеченный как R _LIM , не является обязательным и может быть необходим для ограничения пикового тока до чего-то, что может быть не особенно разумным, но по крайней мере, не деструктивно. Будет использоваться очень прочный резистор с проволочной обмоткой, который должен, , выдерживать пиковый ток без размыкания цепи.Типичные значения будут находиться в диапазоне от 0,1 Ом до 1 Ом для цепей высокого напряжения. Например, при 1 Ом и питании 100 В пиковый ток ограничен 100 А. Благодаря испытаниям я знаю, что многие резисторы типа «цементные» блоки не могут выдерживать такой большой ток (они разрываются, иногда раскалывая керамический корпус!), Поэтому потребуется что-то, предназначенное для этой цели.

SCR должен быть в состоянии выдерживать нормальное рабочее напряжение (с некоторым запасом для учета переходных процессов) и пиковую пропускную способность по току, которая зависит от источника питания и номинала предохранителя.Для сильноточных приложений следует использовать предохранитель типа HRC (высокая разрывная способность), так как может потребоваться прерывание значительного тока. В предохранителях HRC используется керамическая трубка вместо стекла, и они содержат песок или керамический порошок, который гасит дугу намного быстрее, чем обычный стеклянный предохранитель. Может быть поучительно увидеть стеклянный предохранитель, который перегорел в результате короткого замыкания в сети — внутренняя часть стекла покрыта металлической пленкой, которая образуется при испарении проволоки предохранителя при возникновении дуги. Иногда стекло разбивается из-за локального нагрева.Предохранители HRC остаются целыми даже после самого серьезного короткого замыкания.

В целом, я бы не советовал эту технику для общего использования, потому что она — это , такая жестокая и неумолимая. Однако обсуждение электронных предохранителей не будет полным без его включения. Лом может не быть предохранителем сам по себе, но он предназначен для защиты оборудования от внешних проблем. К ним могут относиться скачки высокого напряжения в линии переменного тока, которые могут повредить оборудование, если их не поймать быстро, а лом можно спроектировать так, чтобы он действительно работал очень быстро.SCR, такой как CS45-08, рассчитан на мгновенный ток более 500 А и пиковое значение 800 В с временем включения 1 кВ / мкс. Они стоят менее 10,00 австралийских долларов каждый, так что вы получите отличную защиту за эти деньги. Самая сложная часть находится в безобидной маленькой коробке с надписью «Detection & Control Circuits». Что внутри этого поля, зависит от приложения.

Доступно бесчисленное множество SCR, и обязательно найдется тот, который подходит для вашего приложения. Важно понимать техническое описание и конкретные ограничения, применимые ко всем тиристорам.В частности, ток затвора должен поддерживаться до тех пор, пока не будет достигнут номинальный ток удержания. Это редко является проблемой в цепях с ломом.

Если ваше приложение — AC, вы будете использовать TRIAC, и есть дополнительные соображения. В частности, обратите внимание на полярность запускающего импульса. Рекомендация состоит в том, что если вы можете обеспечить только один импульс запуска с одной полярностью, он должен быть отрицательным , так как это позволяет избежать потенциально проблемного квадранта «3 ⁺ », где MT2 отрицательный, а вентиль положительный.(Терминология TRIAC относится к «MT1» (на стороне затвора устройства), а MT2 — «MT» означает «главный терминал». Оставшийся терминал — это затвор. Они показаны на рисунке 9.) Дальнейшее обсуждение этого вопроса выходит за рамки данной статьи. Цепи с ломом переменного тока встречаются относительно редко.

---

7.0 ± Цепи питания

Если оборудование питается от двух источников питания, они обычно раздражаются, если одна шина питания исчезает, а другая остается. Это зависит от самой схемы, но обычно схема усилителя мощности «переходит в постоянный ток», если пропадает одна шина питания.Постоянный ток может легко повредить динамики, отсюда и необходимость в таких проектах, как Project 33. С электронным предохранителем обычно можно организовать схему так, чтобы, если один источник потребляет ток больше номинального и срабатывает, он отключит противоположную полярность (или даже другое напряжение той же полярности, если оба необходимы для нормальной работы).

Рисунок 13 — Взаимная муфта с двойным питанием

В показанной схеме есть две оптопары, U1 и U2. Выходные стороны каждого подключаются к источнику питания с противоположной полярностью .Если один из тиристоров срабатывает, он активирует оптопару, и выход отключает другой источник питания. Неважно, какой из них сработает первым, оба сработают в течение нескольких миллисекунд друг от друга. Обратите внимание, что отрицательный источник питания не может совместно использовать вспомогательный источник питания 12 В — он должен быть отдельным от источника питания, используемого для цепи положительного электронного предохранителя.

Хотя вышеупомянутое показано с использованием схемы на Рисунке 6, тот же принцип может быть применен к большинству других схем. Отрицательные соединения питания могут выглядеть «странно», но помните, что N-канальный MOSFET не заботится о внешней полярности, а только о том, что его сток должен быть более положительным, чем его исток.При соблюдении полярности напряжения схема работает должным образом.

---

Приложение

Там, где показаны (слаботочные) тиристоры, нет реальной причины, по которой вы не можете использовать «дискретную» версию, используя один NPN и один PNP транзистор и резистор плюс диод (или два резистора). Схема, показанная ниже, почти идентична «настоящему» SCR. Однако у него есть одна важная (и потенциально полезная) функция — его можно отключить от , подав отрицательное напряжение затвора.Это не работает со стандартными тиристорами — после включения единственный способ выключить их снова — уменьшить ток ниже удерживающего тока тиристора. Импульс выключения должен быть значительно больше, чем импульс включения устройства. Для включения требуется всего около 1 мА, но для выключения с указанными значениями требуется около 5 мА. Более высокий анодный ток означает, что для его выключения требуется больший ток. Хотя это мало интересно, возможность выключить его не особо полезна. Этот тип устройства известен как тиристор GTO (выключение затвора), и он доступен в виде единого компонента (хотя и не особенно распространен).

Рисунок 14 — Схемы SCR и дискретных SCR, двухтранзисторные бистабильные

В дискретной схеме SCR D1 используется для преобразования верхнего транзистора в токовое зеркало, что снижает напряжение включения, а также базу ток как в первом, так и во втором квартале. Вы можете использовать другой резистор 1 кОм вместо D1, но схема также не работает, так как базовый ток на обоих транзисторах намного больше (как минимум в пять раз). Схема работает как регенеративный усилитель с обратной связью.Как только один из транзисторов начинает проводить, он подает базовый ток на другой и очень быстро включается. Как показано на модели, время включения не превышает 200 нс, что довольно быстро по любым стандартам. При тестировании на верстаке это время упало до чуть более 8 нс, а цепь срабатывала от омметра (при проверке его выход был ниже 1 мА).

Дискретный SCR включен по двум причинам. Во-первых, он довольно хорошо демонстрирует внутреннюю структуру SCR, плюс дискретный SCR предоставляет экспериментатору простой способ поиграть со схемой, чтобы увидеть, как она работает.Его также можно использовать, если у вас нет на складе маломощных тиристоров, но это , а не , рассчитанный на работу более нескольких миллиампер. Я бы предположил, что все, что больше 100 мА, является «авантюрным», в основном потому, что оно приближает базовые схемы к их пределам тока. Настоящий SCR и его дискретный аналог аналогичны по характеристикам при низком токе. Оба требуют входного тока на выводе затвора (G), и оба требуют определенного удерживающего тока.

Дискретная версия более чувствительна, но может работать с меньшими напряжением и током, чем показанный BT169A.D1 можно заменить другим резистором 1 кОм, но это заставляет ток базы быть намного выше, чем в показанной версии. Он также будет иметь более высокое напряжение насыщения («включено») примерно на 100 мВ при 12 мА или 750 мВ при 100 мА. Имейте в виду, что дискретный тиристор очень чувствителен к , и простое подключение источника питания часто вызывает его срабатывание. Время нарастания приложенного постоянного тока следует контролировать, чтобы предотвратить ложное срабатывание, или использовать конденсатор 10 нФ параллельно с самим «SCR».

Другой альтернативой является схема с двумя транзисторами-защелками (бистабильная).Это полезно везде, где вам нужно зафиксировать условие (например, перегрузку по текущему «событию»). Стандартный подход заключается в подключении конденсатора от источника питания к базе одного транзистора, что вызывает сброс. Это устанавливает схему в известное состояние при подаче питания, и она будет оставаться в этом состоянии до тех пор, пока импульс не будет подан на клемму ‘G’ (фактически ‘триггер’, но я использовал ту же терминологию, что и в других схемах) . К сожалению, конденсатор также снижает скорость переключения, но обычно незначительно.

Эта схема существует еще до появления первых транзисторов (с использованием ламп / вакуумных ламп) и может использоваться для замены пары перекрестно соединенных вентилей NAND, показанных на рисунках 3, 4 и 7. Несмотря на свою простоту, она будет занимать больше места на печатной плате, чем микросхема, и, вероятно, также будет стоить дороже. Однако это важный строительный блок в электронике. В логической терминологии это называется защелкой «установка / сброс» (или просто S / R) (она же «триггер»). Это одна из «семейства» так называемых схем мультивибратора.Два других — нестабильный (отсутствие стабильных состояний, осциллятор) и моностабильный (одно стабильное состояние, обычно использовавшееся в качестве таймера).

---

Выводы

В схемах, показанных выше, совершенно сознательно указаны детали со сквозным отверстием везде, где это возможно, и используются хорошо зарекомендовавшие себя детали, которые существуют уже давно. Как большой сторонник создания вещей, которые можно отремонтировать, если что-то пойдет не так, я избегаю деталей SMD, потому что большинству людей с ними очень трудно работать, и они усложняют работу над конечным продуктом в будущем, если он когда-либо понадобится починить.Идея «выбросить и купить новую» мне не нравится, и я твердо верю, что если что-то еще способно выполнять свою работу, это следует исправить, если когда-нибудь что-то выйдет из строя.

Все показанные схемы будут работать так, как заявлено, даже если они не предназначены для набора проектов. Идея состоит в том, чтобы показать начинающим конструкторам их варианты и стимулировать размышления о том, как функционирует схема. Не все схемы были построены и протестированы, но все они были успешно смоделированы и функционируют так, как задумано в симуляторе.Конечно, «реальная жизнь» может вызвать некоторые потенциальные сбои, но они были устранены там, где возможно неправильное поведение.

Каждая показанная схема имеет части, которые можно смешивать и подбирать для соответствия применению. Например, трансформатор тока может управлять операционным усилителем с выходом, используемым для запуска небольшого тиристора. Точно так же вы можете использовать операционный усилитель и схему защелки CMOS 4093 (рисунки 3, 4 и 7), где показан SCR. Когда операционные усилители используются с одним источником питания, я предлагаю LM358, потому что он доступен практически везде, имеет малую мощность, он может работать с входами при отрицательном напряжении питания, а выходное напряжение может достигать (почти) нуля вольт.Большинство операционных усилителей не могут. Есть и другие альтернативы LM358, но, скорее всего, они будут менее доступными и более дорогими.

В большинстве случаев электронные предохранители не требуются. Хотя это метод, который может быть применен к особенно чувствительным системам, в области аудио он редко необходим. Электронный предохранитель, использующий герконовое реле или трансформатор тока, может показаться простым способом обнаружения избыточного выходного тока усилителя мощности (указывающего на короткое замыкание или импеданс нагрузки ниже оптимального), но герконовое реле не будет реагировать на высокие частоты, и трансформатор тока не реагирует на неисправность постоянного тока.Конечно, вы можете использовать и то, и другое, и дополнительное сопротивление на выходе динамика не повлияет на выходное сопротивление усилителя.

Однако музыка динамична, и сопротивление громкоговорителя редко является «простой» нагрузкой. Схемы защиты усилителя (например, ограничители VI) с большей вероятностью защитят усилитель от недружественной нагрузки, но и у них есть свои проблемы.

Очевидно, что если вам нужен действительно хороший электронный предохранитель, это непростая задача. Существует множество различных интегральных схем с электронными предохранителями, предназначенных для защиты чувствительного оборудования, хотя я показал только один пример.Я не могу охватить их все, так как их так много. Показанный пример дает представление о возможностях, которых ожидают пользователи.

Показанные схемы «сделай сам» также являются лишь примерами. Я показал полевые МОП-транзисторы в большинстве случаев, но вы также можете использовать IGBT или биполярные транзисторы для переключения постоянного тока. В большинстве случаев TRIAC — это самый простой способ переключить переменный ток, но они не выключатся в середине полупериода, только , когда ток упадет ниже удерживающего тока. Хотя это может привести к очень высокому пиковому току короткого замыкания, оно кратковременное и (вероятно) не вызовет дальнейших повреждений.Для переключения переменного тока может быть хорошим вариантом реле MOSFET (см. Проект 198), но я не рекомендую использовать его с сетевым напряжением.

Во всех случаях переключающее устройство должно выбираться в зависимости от напряжения и тока, которыми нужно управлять. Подходящие устройства легко доступны, многие из которых способны работать с очень высоким напряжением или током. Ожидание высокого напряжения и высокого тока обычно означает, что коммутационное устройство будет дорогим, но это не часто является требованием для проектов DIY.Хорошая особенность электронных предохранителей (помимо четко определенного тока отсечки) заключается в том, что они намного быстрее, чем проволочные предохранители, и могут работать даже при очень низких токах. Хотя предохранитель на 10 мА не является обычным требованием, это легко сделать с электроникой, но гораздо сложнее с предохранителем на проводе (попробуйте купить предохранитель на 10 мА — они существуют, но цена, вероятно, вас отпугнет).

Преимущества электронных предохранителей заключаются в том, что они намного быстрее, чем проволочные предохранители, и могут быстро срабатывать даже при небольшой перегрузке.Недостатки — большая стоимость и сложность, поэтому они не будут экономичным предложением ни для чего, кроме самых требовательных приложений. Хотя уровень защиты намного выше, чем может обеспечить проволочный предохранитель, в большинстве случаев проволочный предохранитель по-прежнему важен просто потому, что в электронном предохранителе используются электронные компоненты, которые могут выйти из строя. Все цепи (кроме рисунка 8) показаны с проволочными предохранителями, которые действуют как последний резерв на случай возникновения неисправности в электронном предохранителе. Было бы (IMO) крайне неразумно упускать их, потому что вы можете вообще остаться без защиты.

---

Ссылки

Я не ссылался ни на одну из схем, которые нашел в сети. Хотя есть пара, кажущаяся хорошо продуманной, большинство из них представляют собой пеструю смесь постоянно срыгиваемых цепей неизвестного происхождения, а в некоторых случаях просто не работают.

---

---

Основной указатель
Указатель статей

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2020.Воспроизведение или переиздание любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Журнал изменений: Страница опубликована в феврале 2020 г.

Обзор рынков и технологий электрических и электронных предохранителей — Блог пассивных компонентов

Компания TTI Market Eye опубликовала обзор рынков электрических и электронных предохранителей, автором которого является Деннис Зогби, Paumanok Inc.

Введение

Предохранитель

A — это устройство защиты электрической или электронной цепи, которое защищает цепь от перегрузки по току путем плавления или размыкания ее проводящего элемента, когда через него протекает чрезмерный ток. Некоторые предохранители являются одноразовыми или одноразовыми; другие — конструкции многоразового использования. Это важное различие на рынке инженеров-проектировщиков.

Суммарная долларовая стоимость всех предохранителей, электрических и электронных, составит около 2 долларов.2 миллиарда мировых доходов к 2020 году. В то время как на многих рынках предохранителей наблюдается рост на рынках электроники, промышленности и транспорта, переход на аккумуляторные электромобили окажет наибольшее влияние на стоимость предохранителей, поскольку требования переходят от традиционных конструкций лезвий к более прочным деталям с более высокой управление напряжением в суровых условиях.

Компоненты предохранителей по типу

В области электронных предохранителей используются конфигурации, как правило, миниатюрные и микропредохранители, которые содержат цилиндрические или квадратные корпуса с наконечниками на концах, выводами или выводами.Эти компоненты имеют номинал от нескольких миллиампер до десятков ампер с диапазоном напряжения от нескольких вольт до 500 вольт.

Автомобильные предохранители могут считаться подмножеством бизнес-сегмента электронных микропредохранителей в зависимости от их рабочих параметров. Кроме того, из-за их уникальной конфигурации (например, конструкции блейд-серверов) и операционной среды мы можем рассматривать их как отдельный сегмент рынка. Этот рынок также уступает место потребности в промышленных предохранителях для защиты от высоких напряжений на рынке аккумуляторных электромобилей, особенно для приложений в системе управления аккумулятором (BMS).

Промышленные предохранители большего типа, предназначенные для работы с чрезвычайно высокими токами при высоком напряжении, также доступны и также считаются отдельным рынком из-за связанных каналов и клиентской базы; они приносят значительную прибыль поставщикам предохранителей во всем мире. Предохранители промышленного класса также находятся в центре внимания из-за их использования для защиты систем электрических шин высокого напряжения на электротранспорте.

Сочетание высокого напряжения и высокой надежности, необходимых для электротранспорта, позволило создать ценный и быстрорастущий подсегмент мировых рынков промышленных предохранителей.

Элементы электрических и электронных предохранителей по технологиям

В конечном счете, существует два основных вида технологии предохранителей: одноэлементные предохранители и предохранители с витой парой.

В одноэлементных предохранителях используется металлический провод внутри подходящего корпуса, обычно из стекла или керамики. Металлическая проволока — плавкий элемент; этот элемент реагирует на повышенную температуру. Предохранитель становится частью цепи и подвергается воздействию тока, протекающего по цепи.В случае перегрузки по току предохранитель быстро реагирует на повышение температуры. Этот процесс приводит к разрыву цепи и защищает чувствительную электронику на выходе.

Предохранители для элементов витой пары, с другой стороны, производятся с использованием двух металлических проводов, состоящих из разных металлических элементов из разных материалов, скрученных вместе, так что они становятся составным элементом. Проволока двух типов имеет разные температурные коэффициенты и точки плавления. Предохранители с витой парой используются в конструкциях предохранителей со средней выдержкой времени, поскольку они медленнее реагируют на событие перегрузки по сравнению с одноэлементными предохранителями.Это увеличивает надежность и чувствительность предохранителя и создает более точную реакцию.

Обзор предохранителей по конфигурации

Плавкие предохранители для поверхностного монтажа (толстая и тонкая пленка)

Эти конструкции приносят значительную прибыль поставщикам предохранителей в виде литых микросхем, твердой керамической матрицы и тонкопленочных конструкций для поверхностного монтажа. В конструкциях с твердой матрицей или «толстой пленкой» плавкая вставка заключена в керамический наполнитель, который помещается в корпус предохранителя — полностью закрытый для внешних элементов и впаянный в цепь, требующую измерения сверхтока.

Предохранители для поверхностного монтажа представляют собой один из самых быстрорастущих сегментов производства сверхминиатюрных предохранителей и обычно приобретаются в корпусах с номиналом 63 В постоянного тока, но могут быть найдены и до 125 В постоянного тока. Предохранители SMD теперь доступны со стандартными посадочными местами от сверхмалых 0402 до очень больших 6125.

Сверхминиатюрные предохранители используются в телекоммуникационных приложениях, персональных компьютерах, бытовой технике, импульсных источниках питания, модулях ввода / вывода, игровых консолях и медицинской электронике.

Технология толстопленочных керамических предохранителей уступила место технологии тонкопленочных предохранителей для поверхностного монтажа, которая является более чувствительной и предлагает инженеру-конструктору сверхмалую площадь основания 0402 в корпусе.

Рис. 1: Типы и варианты плавких предохранителей для литых, толстопленочных и тонкопленочных чипов

Источник: Составлено автором с сайтов компаний

Миниатюрные предохранители со стеклянным картриджем

Плавкие предохранители с аксиальным свинцовым стеклом обычно продаются в размерах 5×20 мм и 6.Следы 3×32 мм. Они популярны, потому что они могут быть легко заменены конечным пользователем при использовании вместе со стандартными, высокотемпературными, ударопрочными держателями предохранителей из термопласта. Сердечник предохранителя может быть стеклянным или керамическим, с торцевыми крышками из никелированной латуни.

Номинальное напряжение предохранителей стеклянных картриджей варьируется, но обычно находится в диапазоне 250 В постоянного тока; но также широко используются изделия с более высоким напряжением в диапазоне 350, 440 и 500 В постоянного тока. Типичная номинальная допустимая токовая нагрузка миниатюрных картриджных предохранителей находится в диапазоне от 32 мА до 16.Диапазон 00A.

Миниатюрные предохранители со стеклянным картриджем обычно используются в импульсном режиме и других источниках питания; осветительные балласты, бытовая аудио- и видеотехника; бытовая техника; медицинское электронное оборудование; средства измерения и промышленные средства контроля.

Рисунок 2: Предохранители со стеклянным и керамическим картриджем по типу и применению

Источник: Составлено автором с сайтов компаний

Микропредохранители с осевыми и радиальными выводами

Микропредохранители с осевыми и радиальными выводами содержат плавкие элементы, залитые в термопласт или алюминиевый корпус.Эти конструкции обычно используются в суровых условиях и проверены на соответствие стандартам mil-spec на устойчивость к ударам, вибрации, влаге и коррозии.

Плавкие предохранители с осевыми и радиальными выводами можно рассматривать как унаследованные и / или изготовленные по индивидуальному заказу с момента разработки предохранителей с твердой матрицей. Эти предохранители с осевыми и радиальными выводами обычно находят свое применение на специализированных рынках для защиты, контрольно-измерительной аппаратуры, энергетики, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и специальных лабораторных приборов.

Автомобильные предохранители и ленточные предохранители

Предохранители, используемые в автомобильных электронных узлах, представляют собой плавкие предохранители или ленточные предохранители, необходимые для работы в низковольтных и сильноточных приложениях на рынке массовых седанов и легких грузовиков ДВС (двигатели внутреннего сгорания) (классы от 3 до 7).

Производители автомобильных электронных узлов стандартизировали эти предохранители на малые, средние и большие категории. Эти устройства обычно продаются с номиналами 32 В постоянного тока, 80 В постоянного тока и 125 В постоянного тока. Токовая нагрузка этих предохранителей обычно находится в диапазоне от 500 мА до 50 А для плавких предохранителей; От 40А до 300А для ленточных предохранителей. Стандартный автомобиль с ДВС имеет в среднем 35 лопастных предохранителей и в среднем 15 ленточных предохранителей.

Автомобильные предохранители используются в автомобильных электронных узлах, таких как платы ABS, блоки управления двигателем, аудиосистемы, навигационные системы, системы безопасности и другие связанные автомобильные электронные узлы.Однако из-за низковольтных и сильноточных характеристик этих устройств они также используются в телекоммуникационном оборудовании, кабельном телевидении, компьютерах, бытовых приборах и резервных источниках питания.

Предохранители автомобильного класса требуются для защиты отдельных автомобильных принадлежностей (через блок предохранителей), аккумуляторов и генераторов переменного тока. В следующей таблице показаны различные типы автомобильных предохранителей. Автоматические предохранители будут различаться в зависимости от типа, конфигурации, напряжения, силы тока и рабочих характеристик, как показано и обсуждается ниже.

Рисунок 3: Варианты автомобильных предохранителей в зависимости от типа

Источник: Составлено автором с сайтов компаний

Предохранители для электромобилей

Один из наиболее быстрорастущих сегментов мирового рынка предохранителей — это промышленные предохранители, используемые для защиты аккумуляторных модулей в аккумуляторных электромобилях (BEV). Многие из этих конструкций являются ответвлениями защиты от постоянного тока для вилочных погрузчиков; предохранители для BEV рассчитаны на 500 В постоянного тока и до 150 ампер.

Силовые предохранители промышленного класса Плавкие предохранители

используются в приложениях с высоким током и высоким напряжением, обычно от 400 В до 1000 В постоянного тока в центрах нагрузки, щитах, распределительных щитах, шинопроводах, цепях фидера, неиндуктивных нагрузках и схемах HID освещения. Меньшие физические вариации также используются в промышленных двигателях и контроллерах двигателей (большой рынок). Это одноразовые предохранители, которые быстродействующие и сконструированы так, чтобы выдерживать серьезные перегрузки по току для защиты чувствительного оборудования, связанного с питанием.

В приведенной ниже таблице показаны различные типы промышленных предохранителей. Это значительный рыночный сегмент, и варианты предохранителей в значительной степени основаны на увеличивающихся уровнях силы тока и более требовательных применениях конечных продуктов в инфраструктуре передачи и распределения электроэнергии.

Читатель может определить из приведенной ниже таблицы различные области применения конечных продуктов, для которых требуются промышленные предохранители. Например, мы отмечаем, что предохранители требуются по всей цепи питания — особенно для защиты двигателей, автоматических выключателей, трансформаторов, счетчиков, соленоидов, скоростных приводов и балластов освещения

Рисунок 4: Конфигурации промышленных предохранителей и примеры применения

Источник: Paumanok Publications, Inc.Обратите внимание, что даже несмотря на то, что UL перечисляет четырнадцать вариантов промышленных предохранителей; большинство производителей поставляют шесть вариантов, включая класс L, класс RK1 и RK5, класс J, класс CC, класс T, а затем дополнительные предохранители.

Полимерные самовосстанавливающиеся предохранители PTC

Полимерные самовосстанавливающиеся предохранители с ПТК изготовлены из проводящих частиц, например углерода, рассеянных в полимерной матрице. При нормальных условиях эксплуатации выделяется небольшое количество тепла I2R, и проводящие частицы остаются в тесном контакте.Когда возникает перегрузка по току, полимер нагревается выше своей температуры перехода, и полимерная матрица расширяется, в результате чего проводящие частицы теряют контакт, что резко увеличивает сопротивление устройства. Термисторы PPTC являются наиболее быстрорастущей частью мирового производства предохранителей из-за их низкой цены и самовосстанавливаемого характера.

В следующей таблице показаны конкретные применения восстанавливаемых предохранителей PPTC по сегментам рынка конечного использования и конкретным приложениям продуктов в каждом сегменте. Компоненты PPTC ориентированы на конкретные рынки, на которых много лет доминируют твердые предохранители.

Рисунок 5: Применение в телекоммуникационных, компьютерных, промышленных, бытовых, автомобильных, бытовых и специальных сферах для полимерных самовосстанавливающихся предохранителей PTC

Источник: Составлено автором по материалам компании

избранный источник изображения: Schurter

Источник: TTI Market Eye, Пауманок

Что такое электрические предохранители и почему они имеют значение?

Клинт Демеритт 22 марта 2021 г.

Электрические предохранители являются неотъемлемой частью почти всех электрических цепей в наших домах, транспортных средствах, бытовых приборах и компонентах, которые мы используем каждый день.Но что такое предохранители? Как они функционируют и какова их цель? Давайте разберемся.

Почему важна защита электрических цепей

Защита электрических цепей важна, потому что она определяет проблему и устраняет ее до того, как она вызовет гораздо более серьезную проблему.

Например, устройство защиты электрической цепи может предотвратить потерю мощности. Но он также может предотвратить пожар, вмешавшись перед серьезной электрической неисправностью. Поэтому защита электрических цепей важна, чтобы помочь нам безопасно жить с электрическими устройствами и соединениями.

Неправильный предохранитель может вызвать электрический пожар.

Защита электрической цепи также защищает электрооборудование от повреждений. Чрезмерный ток или тепло могут повредить или разрушить дорогостоящее оборудование в домах и на предприятиях. Ремонт или замена может стоить значительных денег.

Защита электрической цепи также может предотвратить вспышку дуги от короткого замыкания. Вспышка дуги возникает, когда электрические проводники расположены близко друг к другу и через них протекают токи короткого замыкания.Это может произойти, например, когда вы прикоснетесь испытательным щупом не к той поверхности, либо получите пыль или коррозию электрических проводов. Тепло от вспышки дуги может привести к пожару или взрыву, которые могут вызвать повреждение или даже смерть.

Сварщик намеренно создает вспышку электрической дуги и должен использовать надежные средства защиты кожи и глаз. Короткое замыкание может вызвать дугу того же типа и очень опасно. Без предохранителя дуга может поддержать и вызвать серьезные травмы.

Защита электрических цепей является необходимостью, когда мы используем электричество для нормальной и безопасной работы каждый день.

Что такое электрический предохранитель?

Электрический предохранитель — это тонкий проводник, предназначенный для размыкания цепи путем плавления или разделения, если неисправность вызывает прохождение чрезмерного тока. Предохранитель — это слабое место, намеренно помещенное в цепь, поэтому предохранитель приносится в жертву, если что-то выходит из строя.

Панель предохранителей в автомобиле обычно находится рядом с батареями, чтобы защитить остальные провода в автомобиле.

Если сильный ток возникает из-за короткого замыкания или перегрузки цепи, провод внутри электрического предохранителя плавится.Это разрывает цепь, и ток перестает течь. Электрический предохранитель, по сути, прекращает свою жизнь, чтобы остановить ток электричества.

Эти предохранители защищают электрическую цепь и считаются сгоревшими или перегоревшими. У некоторых предохранителей есть прозрачное пластиковое окошко, через которое можно увидеть, исправны ли они.

Что такое автоматический выключатель?

Автоматический выключатель действует аналогично предохранителю, но представляет собой выключатель, который размыкается, чтобы предотвратить прохождение электричества в случае неисправности. Когда срабатывает автоматический выключатель, внутренний переключатель размыкается, и электрический ток перестает течь.

Автоматический выключатель не такой чувствительный, как электрический предохранитель. Но он не жертвует собой как средство защиты, которое предлагает. Вместо этого вы можете сбросить автоматический выключатель после его срабатывания.

Обычно мы видим автоматические выключатели в доме и знаем, что они могут сработать.

Автоматические выключатели дороже электрических предохранителей и более склонны к отказу. Хотя и предохранители, и автоматические выключатели существуют для защиты электрических цепей, прерывая поток электричества, люди используют их в разных ситуациях и средах.

Где следует использовать предохранители?

Предохранители

просты в использовании и срабатывают быстрее, чем автоматический выключатель. В электрических системах используются предохранители рядом с источниками энергии, такими как батареи, солнечные панели или соединения с сетью.

Это предохранитель на соединении аккумулятора в автомобиле, называемый конечным предохранителем. Он больше, чем все другие предохранители в автомобиле, и сгорает только для защиты основных больших проводов от короткого замыкания. Меньшие провода все еще нуждаются в предохранителях.

Другой распространенный вариант использования — слишком большой предохранитель на входе.Например, у вас может быть большой предохранитель на батарее и предохранитель меньшего размера на маленьких проводах, идущих от распределительной панели. В случае неисправности или срабатывания предохранитель меньшего размера срабатывает первым, оставляя остальную цепь в рабочем состоянии. Этот метод проектирования называется согласованием схемы.

Люди также регулярно используют предохранители в чувствительных схемах, потому что они быстро реагируют и могут защитить чувствительные электронные устройства.

Выбор электрического предохранителя правильного размера

Выбор правильного размера электрического предохранителя важен, потому что предохранитель меньшего размера может остановить работу цепей, отключив питание при малых токах.Предохранитель увеличенного размера может пропускать слишком большой ток. Это лишает смысла использование электрического предохранителя в качестве предохранительного устройства и позволяет перегруженной цепи нагреваться до такой степени, что это вызывает пожар.

Чтобы выбрать электрический предохранитель подходящего размера для конкретного применения, нам необходимо рассчитать максимальный ток, который цепь, которую мы запитываем, будет постоянно потреблять. (Максимальная сила тока, которую потребляет устройство, к которому мы подключены.)

Как только мы это сделаем, нам нужно выбрать электрический предохранитель, который на 125% больше, чем максимальный ток, который ожидается протекать через цепь.

Например, мы знаем, что использование 12-вольтового инвертора мощностью 3000 Вт потребляет максимум 250 ампер, потому что ватт / вольт = ампер, поэтому 3000 Вт / 12 В = 250 ампер.

Итак, умножим 250 ампер на 1,25 = предохранитель на 325 ампер. В зависимости от ваших расчетов вы выберете следующий доступный размер.

Мы также можем выбрать размер предохранителя по сечению провода в цепи или по емкости цепи. В этом случае мы должны выбрать размер предохранителя для защиты провода в соответствии с номиналом провода.

Правильно установленные электрические предохранители защитят нас на случай, если что-то пойдет не так

Цепь с правильным предохранителем не перегреется в случае перегрузки из-за сгорания предохранителя. Предохранитель существует как защитный механизм, чтобы остановить прохождение тока, так что при неисправности не будет возможности вызвать чрезмерное нагревание или взрыв.

Поскольку такой результат не является тем, что вам нужно в электрической системе, предохранители очень важны в установке вашей системы! Поэтому важно не экономить на этом важном оборудовании.Прочтите, чтобы узнать, почему вы должны инвестировать в предохранители для своей системы.

Хотите узнать больше об электрических системах и литиевых батареях?

Мы знаем, что строительство или модернизация электрической системы может быть сложной задачей, поэтому мы здесь, чтобы помочь. Наши специалисты по продажам и обслуживанию клиентов из Рино, штат Невада, готовы ответить на ваши вопросы по телефону (855) 292-2831!

Также присоединяйтесь к нам в Facebook, Instagram и YouTube, чтобы узнать больше о том, как системы с литиевыми батареями могут способствовать вашему образу жизни, увидеть, как другие построили свои системы, и обрести уверенность, чтобы выйти на рынок и остаться там.

Присоединяйтесь к нашему списку контактов

Подпишитесь сейчас на новости и обновления в свой почтовый ящик.

Основы eFuse (электронных предохранителей) для печатной платы

ОБЗОР

eFuse, или электронный предохранитель, представляет собой интегральную схему, которая может заменить обычные предохранители или другие защитные устройства, такие как повторно устанавливаемые полимерные предохранители.В отличие от обычных средств защиты цепей, eFuse предлагает гораздо более быстрое и точное вмешательство, не требуя замены после срабатывания. Это самое большое преимущество eFuse перед обычными предохранителями. Их можно использовать для защиты системы / устройства / печатной платы от перенапряжения, короткого замыкания, пусковых токов и событий обратной полярности.

Как работает eFuse?

Хотя и тепловые предохранители, и электронные предохранители содержат слово «предохранитель», их принципы работы совершенно разные.Принцип обычного плавкого предохранителя заключается в том, что если ток становится слишком большим, ток нагревает его плавкую вставку за счет рассеяния I2R и расплавляет ее. Скорость этого плавления и открытия пути тока зависит от того, сколько избыточного тока течет и как долго. В то время как в eFuse ток к нагрузке проходит через полевой транзистор, в то время как специальный датчик тока измеряет этот ток, отслеживая напряжение на измерительном резисторе. Когда измеренное напряжение превышает пороговое значение, полевой транзистор выключается и ток прекращается (незначительный ток утечки полевого транзистора все еще может протекать) или ограничивает выходной ток безопасным значением, определяемым пользователем.Если состояние аномальной перегрузки сохраняется, устройство переходит в разомкнутое состояние, отключая нагрузку от источника питания. Обычно предел тока перегрузки может быть запрограммирован с помощью внешнего резистора.

Блок-схема типичной ИС eFuse приведена ниже:

TPS259271DRCR и TPS26631PWPR от texas instruments, NIS5820MT1TXG от ON semiconductor, STEF01FTR от STMicroelectronics, TCKE800NL от Toshibuse Semiconductor, некоторые из популярных на рынке Toshibuse Semiconductor.

Преимущества

• Значение защиты от перегрузки по току довольно точное и в зависимости от eFuse устанавливается пользователем с помощью внешних резисторов; это более точно, чем тепловые предохранители.
• Нет необходимости заменять предохранители после неисправности. В отличие от базовой плавкой перемычки, стандартный eFuse может автоматически восстанавливать ток после исчезновения состояния перегрузки.
• Снижение затрат и миниатюризация: за счет использования eFuse в качестве единого пакета для различных функций защиты, таких как функция защиты от перенапряжения, функция подавления пускового тока, защита от перегрева и т. Д.
• Очень быстрая защита от короткого замыкания: сверхбыстрая защита от короткого замыкания обеспечивает базовую функцию плавкого предохранителя за миллисекунды или даже микросекунды, намного быстрее, чем тепловой предохранитель.
• Он также может предотвратить приложение чрезмерного напряжения к нагрузке, ограничивая выходы для мгновенного повышения напряжения.

Приложения

Некоторые потенциальные приложения eFuse включают:

• Приложения, требующие защиты от перегрузки по току: Когда происходит событие перегрузки по току, защита цепи ниже по потоку от чрезмерного тока важна для предотвращения любого потенциального повреждения цепи или огонь.Электронные предохранители — одна из лучших альтернатив для этой работы.
• Контроль пускового тока: Пусковой ток — это мгновенный высокий входной ток, потребляемый источником питания или электрооборудованием при включении. Например, это состояние возникает из-за высоких начальных токов, необходимых для зарядки конденсаторов и катушек индуктивности. Пусковые токи представляют собой серьезную проблему, особенно в системах питания постоянного тока. Этот большой бросок тока вызывает провал напряжения, который может повлиять на работу других подключенных нагрузок.Эту проблему можно решить с помощью eFuses.
• Защита от короткого замыкания: eFuse может быть заменен обычными предохранителями и способен быстрее реагировать на короткое замыкание на выходе и отключать цепь.
• Защита от обратного тока: Обратные токи могут протекать через систему, когда напряжение на выходе выше, чем на входе. Последовательный диод может блокировать обратные токи, но приводит к значительным потерям мощности в системе, что может снизить общую эффективность системы.В этом контексте eFuse является более эффективным вариантом, а также предлагает гибкость в текущей поддержке.

• Защита от перенапряжения: Переходные процессы напряжения или индуктивное переключение могут вызвать перенапряжение в системе, которое длится от нескольких сотен микросекунд до нескольких миллисекунд. Электронный предохранитель с отсечкой выходного напряжения защищает чувствительные к напряжению цепи от перенапряжения, отключая внутренний полевой транзистор.
• Защита входа от обратной полярности: Стандартным решением для защиты от обратной полярности является использование либо блокирующего диода, либо комбинации предохранителя и TVS-диода, где предохранитель сгорает и защищает нагрузку от обратной полярности.Но после неисправности предохранитель требует замены. В качестве альтернативы eFuse предлагает более эффективное и гибкое решение для условий обратной полярности, используя свой внутренний полевой транзистор для блокировки обратного пути тока.