Восстанавливаемый предохранитель — Resettable fuse

«PPTC» перенаправляется сюда. Информацию о Тихоокеанском центре подготовки парамедиков см. Pacific Open Learning Health Net.

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка . Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: «Восстанавливаемый предохранитель» – Новости · газеты · книги · ученый · JSTOR (Январь 2022 г.)(Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Восстанавливаемые предохранители — устройства PolySwitch
А самовосстанавливающийся предохранитель

или же
полимерное устройство с положительным температурным коэффициентом
(
PPTC
) это пассивный электронный компонент используется для защиты от сверхток ошибки в электронные схемы. Устройство также известно как
многофункциональный
или же
полифуз
или же
полисвитч
. Они похожи по функциям на Термисторы PTC в определенных ситуациях, но работать с механическими изменениями вместо носитель заряда эффекты в полупроводники. Эти устройства были впервые обнаружены и описаны Джеральд Пирсон в Bell Labs в 1939 г. и описан в США патент #2,258,958.[1]

Операция

Полимерное устройство PTC состоит из непроводящего кристаллический органический полимер матрица, которая загружена черный карбон частицы[2] чтобы сделать его проводящим. В холодном состоянии полимер находится в кристаллическом состоянии, при этом углерод проникает в области между кристаллами, образуя множество проводящих цепей. Поскольку он проводящий («начальное сопротивление»),[3] он будет пропускать ток. Если через устройство будет пропущен слишком большой ток, оно начнет нагреваться. По мере нагрева устройства полимер будет расширяться, превращаясь из кристаллического в твердый. аморфный государственный.[4] Расширение разделяет частицы углерода и разрушает проводящие пути, в результате чего устройство нагревается быстрее и расширяется еще больше, что еще больше увеличивает сопротивление.[5] Это увеличение сопротивления существенно снижает ток в цепи. Через устройство все еще протекает небольшой ток (утечка), которого достаточно для поддержания температуры на уровне, который будет поддерживать его в состоянии высокого сопротивления. Ток утечки может варьироваться от менее ста мА при номинальном напряжении до нескольких сотен мА при более низких напряжениях. Можно сказать, что устройство имеет функцию фиксации.[6] Ток удержания — это максимальный ток, при котором устройство гарантированно не сработает. Ток отключения — это ток, при котором устройство гарантированно отключится.[7]

При отключении питания нагрев из-за тока утечки прекращается, и устройство PPTC охлаждается. Когда устройство охлаждается, оно восстанавливает свою первоначальную кристаллическую структуру и возвращается в состояние с низким сопротивлением, где оно может удерживать ток, указанный для устройства.[6] Это охлаждение обычно занимает несколько секунд, хотя сработавшее устройство будет сохранять немного более высокое сопротивление в течение нескольких часов, если только мощность в нем не будет слабее или часто используется, медленно приближаясь к начальному значению сопротивления. Сброс часто не происходит, даже если устранена только неисправность, при этом питание все еще подается, поскольку рабочий ток может быть выше тока удержания PPTC. Устройство может не вернуться к исходному значению сопротивления; он, скорее всего, стабилизируется при значительно более высоком сопротивлении (до 4-кратного начального значения). На то, чтобы устройство вернулось к значению сопротивления, аналогичному его первоначальному значению, если оно вообще вернется, могут потребоваться часы, дни, недели или даже годы.[8]

Устройство PPTC имеет текущий рейтинг и номинальное напряжение.[9]

Типы корпусов, габаритные и установочные размеры

Самовосстанавливающиеся предохранители выпускаются в нескольких типах корпусов:

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

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

Приложения

Эти устройства часто используются в блоках питания компьютеров, во многом из-за ПК 97 стандарт (который рекомендует герметичный ПК, который пользователь никогда не должен открывать) и в аэрокосмических / ядерных приложениях, где замена затруднена.[нужна цитата

] Еще одно применение таких устройств — защита аудио. музыкальные колонки, особенно твитеры, от повреждений при чрезмерном возбуждении: подключив резистор или лампочку параллельно устройству PPTC, можно разработать схему, которая ограничивает общий ток через высокочастотный динамик до безопасного значения, вместо того, чтобы отключать его, позволяя динамику продолжать работу без повреждений, когда усилитель мощности обеспечивает большую мощность, чем может выдержать твитер. Хотя предохранитель может также предложить аналогичную защиту, если предохранитель перегорел, твитер не сможет работать, пока предохранитель не будет заменен.[10]

Самовосстанавливающиеся предохранители SMD 1812

	0,1А	0,3А	30В	100А	0,8 Вт	1,5 сек (0.5А)	1,6 Ом	15 Ом
SMD1812P020TF	0,2А	0,4А	30В	100А	0,8 Вт	0,02 сек (8А)	0,8 Ом	5 Ом
SMD1812P050TF	0,5А	1А	15В	100А	0,8 Вт	0,15 сек (8А)	0,15 Ом	1 Ом
SMD1812P050TF/30	0,5А	1А	30В	100А	0,8 Вт	0,15 сек (8А)	0,15 Ом	1 Ом
SMD1812P075TF/24	0,75А	1,5А	24В	40А	0,8 Вт	0,2 сек (8А)	0,11 Ом	0,29 Ом
SMD1812P110TF/33	1,10А	1,95А	33В	20А	0,8 Вт	0,5 сек (8А)	0,06 Ом	0,20 Ом
SMD1812P125TF/16	1,25А	2,5А	15В	40А	0,8 Вт	0,4 сек (8А)	0,07 Ом	0,25 Ом
SMD1812P150TF/24	1,5А	3,0А	24В	20А	0,8 Вт	1,5 сек (8А)	0,04 Ом	0,12 Ом
SMD1812P200TF	2,0А	3,5А	8В	40А	0,8 Вт	2,00 сек (8А)	0,02 Ом	0,06 Ом

Цены в формате .pdf, .xls

Упаковка: В блистр-ленте на катушке диаметром 180 мм по 2000 штук самовосстанавливающихся предохранителей для поверхностного монтажа типоразмера 1812 (1812P010TS — 1812P050TG/S) и 1500 штук 1812P125TS, 1812P200TS.

Торговые наименования устройств

Эти устройства продаются разными компаниями под разными товарные знаки, включая Multifuse

(Bourns),[11]
PolySwitch
(TE подключение)[
нужна цитата
], и
Полифуз
(Littelfuse)[
нужна цитата
]. PolySwitch — самый ранний продукт этого типа[
нужна цитата
], будучи изобретенным в Raychem Corporation (теперь TE Connectivity) и представленный в начале 1980-х гг.[
нужна цитата
]. Благодаря общедоступности, инженеры-электронщики и техники[
ВОЗ?
] часто называют это устройство «многопозиционным переключателем» или «полифузором» в общем смысле, независимо от фактического бренда.[
нужна цитата
].

Самовосстанавливающиеся предохранители SMD 2920

	2,0А	4,0А	24В	40А	1,5 Вт	5,0 сек (8А)	0,05 Ом	0,125 Ом
SMD2920P250TF	2,5А	5,0A	15В	40А	1,5 Вт	5,0 сек (8А)	0,035 Ом	0,085 Ом
SMD2920P300TF/15	3,0А	5,0А	15В	40А	1,5 Вт	20,0 сек (8А)	0,015 Ом	0,048 Ом

Цены в формате .pdf, .xls

Упаковка: В блистр-ленте на катушке диаметром 180 мм по 2000 штук самовосстанавливающихся предохранителей для поверхностного монтажа типоразмера 2920.

Преимущества и недостатки

К достоинствам плавких предохранителей относятся:

• полная гарантия отключения аварийного участка цепи;
• стабильность технических характеристик защиты;
• можно применять для избирательности;
• быстродействие;
• безотказность;
• простота конструкции.

Основные недостатки:

• в трёхфазных сетях возможен перекос фаз;
• вероятность длительного горения дуги;
• влияние окружающей среды (температуры) на характеристики плавких вставок;
• сложность в настройках селективной защиты;
• необходимость замены вставки после каждого срабатывания защиты.

Назначение и принцип действия

Основная задача плавких предохранителей – защита электрической сети и электрооборудования от сверхтоков, возникающих при коротком замыкании или в результате критических перегрузок. При этом они обеспечивают бесперебойную работу защищаемых цепей в номинальном режиме.

В отличие от автоматического выключателя, часто применяемого в электротехнике, плавкая вставка срабатывает только один раз, после чего он подлежит замене. Однако срабатывает такое устройство со стопроцентной вероятностью, в то время как автоматика после многократного отключения может подвести. Именно поэтому для защиты дорогостоящего оборудования используют плавкие вставки. Не отказываются от применения этих защитных устройств и в силовых цепях.

Устройство и принцип защиты

В конструкции плавкого предохранителя есть два основных элемента: корпус (держатель) с контактами и плавкую вставку (рисунок 1). Строго говоря, только сочетание этих элементов можно называть предохранителем. Очень часто деталь плавкой вставки (особенно если она заменяемая) называют плавким предохранителем. В данной статье мы тоже иногда будем придерживаться этой традиции.

Рис. 1. Конструкция плавкого предохранителя

Рабочим элементом вставки является проводник из меди или сплава металлов. Благодаря этому плавкому элементу происходят отключения цепи в критических ситуациях.

В качестве плавкого элемента может быть одна или несколько медных проволок, пластина либо фигурная деталь. Эти проводники помещаются в жаропрочный корпус: стеклянный, керамический (рис. 2) или пластиковый. В зависимости от назначения, пространство вокруг плавкого элемента может быть заполнено кварцевым песком или окружено легкоиспаряющимся веществом, предназначенным для гашения электрической дуги.

Рис. 2. Керамические плавкие вставки

При прохождении номинальных токов через проволоку вставки, она незначительно нагревается, не достигая температуры плавления. Но в режиме короткого замыкания резко возрастает величина тока, что приводит к плавлению вставок. Это приводит к разрыву цепи.

Нагревание предохранителя происходит также при перегрузках, то есть в результате превышения номинального напряжения на защищаемом участке цепи. При достижении рабочих напряжений величины, называемой током отключения, температура плавкого элемента возрастает до точки плавления и цепь разрывается. После восстановления параметров цепи плавкую вставку необходимо заменить.

Плавкие вставки имеют некую инерционность срабатывания. При КЗ задержка незаметна, так как в этом случае плавкий элемент нагревается молниеносно.

Иначе обстоит дело в случаях с перегрузками. Для достижения температуры плавления требуется больше времени. Поэтому, чтобы повысить скорость срабатывания, элементам вставок придают специальную форму и нагружают их силами упругости (один конец пластины соединяют с растянутой пружиной).

В некоторых моделях под действием пружины наружу выходит штифт, называемый индикатором срабатывания (рисунок 3). Он выступает в роли указателя срабатывания и свидетельствует о том, что вставку надо менять.

Рис. 3. Строение плавкой вставки

Цифрами на рисунке обозначено:

• I – патрон;
• 2 – плавкая пластина;
• 3 – шарики из олова;
• 4 – плавкая вставка;
• 5 – кварцевый песок;
• 6 – пружина;
• 7 – текстолитовая шайба;
• 8 – спусковой механизм указателя срабатывания;
• 9 – колпачок;
• 10 – ободок колпачка;
• 11 – указатель срабатывания;
• 12 – асбоцементная прокладка;
• 13 – цементная заливка.

В ряде случаев для увеличения скорости срабатывания используют вставки с параллельно натянутыми проволоками разных диаметров. Перегорание самой тонкой проволоки увеличивает нагрузку на остальные элементы, ускоряя их плавление.

С целью снижения перенапряжений в некоторых конструкциях вставок применяют проволоки с разными сечениями отдельных участков. При срабатывании такого предохранителя, первым перегорает участок с наименьшим сечением вставки. Если пары расплавленного металла спровоцируют в точке разрыва электрическую дугу, то перегорит участок с большим сечением.

Конструктивные особенности предохранителей можно узнать по их маркировке. К сожалению, время-токовые характеристики наносятся не на все типы изделий. Но модели, на которые нанесены буквенно-цифровые коды, можно легко классифицировать по их назначению.

Сменная плавкая вставка

Обычно предполагается, что предохранители являются заменяемыми частями и должны устанавливаться с соответствующим гнездом. Эта взаимозаменяемость теперь не нужна и даже может быть нежелательной. Особенно в устройствах с низким энергопотреблением, такими как сотовые телефоны, зарядные устройства, сменные адаптеры и электронные игрушки, а также распространенный вариант для устройств средней мощности, включая электроинструменты, промышленные контроллеры и более мощные схемы — автомобильные зарядки. В устройствах могут потребоваться предохранители с разными номиналами для защиты различных цепей, в том числе с чувствительными путями прохождения сигнала.

С точки зрения безопасности, предохранитель не следует заменять, если не известна действительная причина его выхода из строя. В большинстве случаев перегоревший предохранитель означает, что электроника навсегда вышла из строя, и замена ее является пустой тратой времени. Например, если предохранитель является частью схемы защиты литиевой батареи и ее цепи зарядки, он является одним и тем же критическим компонентом этой функции. Поэтому важно найти причину «перегорания» предохранителя, а не просто заменить его вслепую.

Держатель предохранителя и его контакты увеличивают опасения по поводу надежности защиты от сверхтоков из-за коррозии, вибрации и других факторов окружающей среды. Так что возникает проблема размера: ведь предохранитель, припаянный к печатной плате без обода, будет меньше по размеру и его будет легче интегрировать.

Проблема с заниманием места на плате решается SMD версиями. Их тоже можно собирать автоматически в типичном процессе SMT, поэтому неудивительно что они набирают популярность. Но для того, чтобы использовать их правильно, надо выйти за рамки традиционных проволочных предохранителей.

Широкий ассортимент предохранителей SMD решит задачи современного радиодизайна. Например одна из компаний разработала семейство предохранителей SinglFuse SMD, которые доступны в широком диапазоне рабочих токов и напряжений. Ассортимент включает семь различных решений: с напыленным тонкослойным металлическим слоем, с тонкослойной пластиной, многослойной керамикой, керамическим ламинатом, проволочным сердечником, керамической трубкой и кубом.

Предохранитель может быть небольшим герметичным SMD-компонентом

Технология, используемая для производства, связана с электрическими параметрами этих элементов, такими как номинальный ток, номинальное напряжение, отключающая способность, интеграл I2t и диапазон рабочих температур. Версии совместимые с AEC-Q200, доступны для автомобильных устройств, где требуются расширенные спецификации и надежная работа при широких температурах, что является одним из многих требований отрасли.

Виды и устройство

В зависимости от решаемых задач классификация предохранителей может быть следующей (рисунок 5):

• ножевые предохранители;
• слаботочные плавкие вставки;
• вилочные предохранители;
• кварцевые;
• пробочного типа
• газогенерирующие.

Рис. 5. Виды плавких предохранителей

Существуют также самовосстанавливающиеся предохранители, инерционные и откидывающиеся (рис. 6). Изделия инерционного типа предназначены для защиты электромоторов, которые при запуске создают большие нагрузки. Плавкие элементы нагреваются, но не перегорают. После того, как двигатель запустится, инерционный предохранитель переходит в режим ожидания.

Откидывающиеся вставки применяют в защите линий электропередач. В аварийных ситуациях плавкий элемент размыкает цепь. Под действием высокой температуры вставка удлиняется, в результате чего происходит давление на спусковой механизм, который отбрасывает предохранитель из его гнезда. Таким образом, обеспечивается надёжное отключение аварийного участка.

Рис. 6. Откидывающиеся плавкие предохранители

Устройство самовосстанавливающегося предохранителя отличается от других типов электрических аппаратов. Рабочим элементом изделия является полимер с положительным температурным коэффициентом расширения. Полимер содержит углеродистые включения, которые проводят ток.

При нагревании углеродные связи разрываются, в результате чего растёт электрическое сопротивление. При достижении температуры плавления полимера сопротивление стремится к бесконечности, то есть, цепь размыкается. При остывании возобновляется электропроводность полимера. Предохранитель самовосстанавливается.