Регистрация
Комплексные поставки электронных компонентов

Плавкие и электронные предохранители для защиты электрических цепей.


В статье описаны способы защиты цепей с помощью традиционных плавких и электронных предохранителей. Плавкие предохранители рассматриваются на примере продукции компании Bourns, а электронные предохранители - на примере устройств компаний Texas Instruments и STMicroelectronics.

SMD-ПРЕДОХРАНИТЕЛИ ДЛЯ ВЫСОКОНАДЕЖНЫХ КОМПАКТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Предохранители выпускаются в корпусах многих типов, например в широко распространенном стеклянном корпусе 3AG диаметром 6,35 мм и длиной 38,1 мм. Для каждого предохранителя и значения номинального тока производители предоставляют подробные графики, показывающие взаимосвязь между величиной тока перегрузки и суммарным временем, необходимым для плавления элемента предохранителя, после чего протекание тока через него прекращается. Эти графики определяют величину I2t - тепловую энергию, появляющуюся при протекании тока, которая выражается в единицах А2-с.

Предохранитель - не единственное защитное устройство, используемое разработчиками. Известны и другие пассивные устройства, которые обеспечивают защиту иного типа путем ограничения, блокировки, шунтирования, или «отвода» чрезмерных скачков тока либо напряжения. Например, к ним относятся динисторы (TISP) и TBU от Bourns. Однако ни один из этих компонентов однозначно не гарантирует необратимое отключение тока, как предохранитель. Они не заменяют функцию предохранителя, но могут использоваться в тех случаях, когда он не является подходящим вариантом защиты, или дополняют действие предохранителя, если это целесообразно. К другим хорошо известным устройствам защиты схем относятся:

- металлооксидный варистор (MOV);

- термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC);

- ограничитель бросков напряжения (TVS);

- газоразрядная трубка (GDT);

- полимерный самовосстанавливающийся PTC-предохранитель.

Как и предохранители, каждый из них играет свою роль в обеспечении защиты схемы, но плавкая перемычка для размыкания основной цепи по-прежнему применяется во многих системах, обеспечивая точность функционирования, мгновенное срабатывание и необратимость действий.

ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДРУГИХ ТИПОВ

Плавкие предохранители можно заменить блоками с подходящим держателем предохранителя или гнездом. Однако такая возможность замены пользователем часто не требуется и может оказаться нежелательной при эксплуатации многих изделий. Речь идет об изделиях с малым энергопотреблением, к которым относятся сотовые телефоны, телевизионные приставки, небольшие зарядные устройства, настенные AC/DC-адаптеры и игрушки; устройства среднего класса, включая электроинструменты, промышленные контроллеры, бытовые генераторы и даже более мощные системы, например зарядные устройства для электромобилей (EV). Рассмотрим случаи применения предохранителей.

- Предохранители разных номиналов могут потребоваться для защиты цепей большой схемы, в т. ч. с чувствительными трактами прохождения сигнала, а не всего изделия.

- К числу предохраняемых устройств относятся и миниатюрные герметичные изделия, например смартфоны, которым предохранитель требуется, в первую очередь, для защиты аккумулятора и схемы зарядки; при этом у конечного пользователя нет доступа к внутренним цепям.

- Пока не известна действительная причина перегоревшего предохранителя (сработавшего, например, в результате соединения шины питания с автомобильным шасси из-за неосторожных действий механика), его замена, по меньшей мере, является пустой тратой времени, а в худшем случае - рискованным делом. Например, если предохранитель является частью защитной схемы литиевой батареи и ее зарядной цепи, он представляет собой критический элемент безопасности. Необходимо сначала найти исходную причину перегорания предохранителя, а затем его заменить.

- Держатель предохранителя и его контакты ухудшают надежность устройства из-за коррозии, вибрации и других причин, вызванных неблагоприятными условиями эксплуатации.

- Наконец, существует проблема, обусловленная размером: у плавкого предохранителя, припаянного без держателя, меньше площадь основания и ниже профиль на печатной плате.

- Для использования миниатюрных предохранителей без держателей, например SMD-предохранителей, установленных на платы с высокой плотностью компонентов с помощью стандартного паяльного оборудования, следует вместо традиционного предохранителя с проволочной плавкой вставкой применять устройство, работающее по тому же принципу самонагрева, которое плавится, размыкая цепь.

ШИРОКИЙ АССОРТИМЕНТ SMD-ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ

Стеклянные предохранители с держателем получили очень широкое применение, в основном, благодаря стоимости. Однако их можно использовать далеко не во всех приложениях, в первую очередь из-за крупных габаритов и дребезга контактов при вибрациях. У этих компонентов имеется достойная замена - SMD-предохранители от компании Bourns, которые представлены разными семействами и размерами. Эти предохранители, в которых используется комбинация материалов, технологий, методик и технологий производства, обеспечивают защитную функцию в широком диапазоне тока и рабочего напряжения. В ассортименте SMD-предохранителей SinglFuse компании Bourns используются семь технологий изготовления: тонкопленочное напыление, тонкопленочная печатная плата, многослойная керамика, ламинат с керамическими полостями, проволочный сердечник, керамическая трубка и керамический куб.

Разнообразие технологий и способов исполнения обеспечивает широкий ряд предложений по использованию предохранителей SinglFuse с большим диапазоном технических характеристик по таким ключевым параметрам как номинальный ток, номинальное напряжение, отключаемая мощность, тепловая энергия I2t и рабочая температура. кроме того, изделия SinglFuse соответствуют стандартам UL, TUV, VDE, а также отвечают требованиям UL 248 и IEC 60127, что упрощает возможность сертификации конечного изделия в целом. Для автомобильных приложений, которым требуются более полные технические характеристики и надежная работа в более широком диапазоне температуры, а также для приложений с жесткими условиями эксплуатации выпускаются предохранители, соответствующие стандарту AEC-Q200.

НЕБОЛЬШОЙ РАЗМЕР SMD-ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ - НЕ ПОМЕХА

Бывают ситуации, когда из-за небольшого размера компонентов, особенно в SMD-корпусах, их функции или характеристики оказываются ограниченными. Однако это не относится к устройствам SinglFuse, размеры корпусов которых начинаются с почти невидимого 0402 (1,0х0,5 мм) для малых токов и заканчиваются типоразмером 3812 (3,81x2,54 мм) устройств, рассчитанных на более высокую мощность; при этом они тоже имеют сравнительно малый размер.

За прошедшие годы поставщики предохранителей разработали специализированные версии устройств с плавкими вставками и уникальными характеристиками. С учетом этого обстоятельства устройства SinglFuse обеспечивают в т. ч.:

- высокое быстродействие;

- высокое быстродействие с повышенной точностью срабатывания: у них более жесткие допуски по ключевым характеристикам;

- срабатывание с задержкой, позволяющее справиться с кратковременным скачком тока, превышающим номинальный ток предохранителя;

- запаздывание, допускающее кратковременный скачок напряжения до перегорания;

- работу с большим пусковым током на случай чрезмерных пусковых токов.

Заметим, что особенности профилей временной зависимости тока для этих разных «индивидуальных характеристик» предохранителей определены в соответствующих технических описаниях и должны быть хорошо изучены разработчиком, чтобы наилучшим образом соответствовать применению.

ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ НОМИНАЛЬНОГО ТОКА

Разработчики могут использовать SMD-предохранители в широком диапазоне номинальных значений тока. Например, быстродействующий прецизионный SMD-предохранитель SF-2410FP0062T-2 помещен в керамическую трубку с площадью основания EIA 2410 (типоразмер 6125). Его длина: около 6 мм; размеры прямоугольного торца: 2,1х2,6 мм.

Нормируемое напряжение предохранителя: 125 В AC/DC; номинальный ток: 62 мА при типовом номинальном значении I2t равном 0,0012 А2-с. В сводной спецификации на предохранители этой серии указано, что предохранитель размыкается в течение пяти секунд при 200% номинального тока. Пользователи также имеют возможность ознакомиться с зависимостями преддугового времени предохранителя от тока (см. рис. 1) и временной характеристикой I2t (см. рис. 2) -ключевыми показателями времени срабатывания предохранителя. Следует также учесть падение напряжения IR на предохранителе с сопротивлением около 6 Ом при номинальном токе; оно не превышает 40 мВ.

Рис. 1. В техописании SF-2410FP0062T-2 представлены графики зависимости преддугового времени предохранителя от тока, начиная с очень малых значений и заканчивая максимальным номинальным

Рис. 2. В техописании SF-2410FP0062T-2 также представлен критически важный профиль I2t аккумулированной тепловой энергии при разных значениях тока

Совершенно другие характеристики у плавкого предохранителя с задержкой срабатывания SF-1206S700. Это устройство, рассчитанное на рабочий ток 7 А, размыкается в течение пяти секунд при 250% от максимального номинального тока.

Предохранитель SF-1206S700, в котором используется корпус и технология, отличные от устройства SF-2410FP-T, выпускается в плоском корпусе 3216 (EIA 1206, 1,55x3,1 мм) высотой всего 0,6 мм благодаря тонкопленочной конструкции (см. рис. 3). Его сопротивление составляет лишь 7 мОм. Омическое падение напряжения - чуть менее 50 мВ при максимальном токе.

Рис. 3. Плавкий SMD-предохранитель с задержкой срабатывания SF-1206S700 в разрезе

Рис. 4. Поскольку предохранители с задержкой срабатывания часто испытывают воздействие повторяющихся циклов высокого пускового тока, в спецификации SF-1206S700 рассматривается влияние этих циклов на характеристику предохранителя

Хотя в техническом описании этого предохранителя представлены графики, схожие с графиками 62-мА устройства SF-2410FP-T, плавкому предохранителю SF-1206S700 также требуется характеристика отклонения параметров от номинальных значений I2t в зависимости от бросков тока при повторных циклах включения и выключения (см. рис. 4).

Характеристики плавких предохранителей мы рассмотрели на примере двух предохранителей производства компании Bourns. Разумеется, производственная линейка компании не ограничивается только ими - эта компания является мировым лидером по изготовлению плавких предохранителей, выпуская свыше 40 семейств этих компонентов. Скромный размер журнальной статьи не позволяет в подробностях перечислить все семейства, поэтому мы ограничимся сводной таблицей.

Рекомендуется на практике оценить работу предохранителей в зависимости от их типа, номиналов и размеров, хотя это и непростая задача. В отличие от активных компонентов (например, операционных усилителей) или пассивных компонентов (резисторов, индикаторов, конденсаторов), предохранитель является одноразовым устройством, которое можно полностью протестировать, лишь доведя его до саморазрушения. Таким образом, для оценки работы этих устройств рекомендуется иметь под рукой предохранители нескольких разных номиналов и типов.

Итак, несмотря на концептуальную простоту, плавкие предохранители представляют собой сложные пассивные электромеханические компоненты, изготовленные с использованием усовершенствованных тепловых режимов, передовых материалов и производственных технологий. По мере того как размеры схем и изделий сокращаются, что делает замену предохранителей пользователями все более непригодной, нецелесообразной и даже опасной, становится очевидной необходимость в использовании предохранителей для поверхностного монтажа, которые монтируются на платы так же, как и любые другие SMD-устройства. Кроме того, SMD-предохранители упрощают процесс сборки, производства и уменьшают восприимчивость изделий к вибрации и коррозии.

Далее мы рассмотрим принцип действия и особенности современных электронных предохранителей.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Выше были рассмотрены плавкие предохранители, они успешно применяются более 150 лет в качестве основного устройства защиты цепей. Однако у них имеются недостатки: в тех случаях, когда требуется очень быстро разорвать цепь, обеспечить самовосстановление, а также работу при относительно низких значениях тока. В таких случаях электронные предохранители (eFuse) являются отличным решением, которое иногда заменяет, но обычно дополняет плавкий предохранитель.

Работа электронных предохранителей основана на измерении падения напряжения на токочувствительном резисторе или шунте. Если это напряжение превышает заданный порог, отключается проходной MOSFET, и цепь разрывается. Плавкие предохранители не обладают теми особенностями, гибкостью и функциями, которые имеются у предохранителей eFuse.

Мы рассмотрим принцип работы электронных предохранителей, их особенности, дополнительные функции и эффективное использование в т. ч. на примерах решений от компаний Texas Instruments, Toshiba Electronic Devices and Storage и STMicroelectronics.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

Принцип действия обычного плавкого предохранителя прост, хорошо известен и надежен: когда ток, проходящий через плавкую вставку, превышает заданное значение, этот элемент разогревается до такой степени, что расплавляется. В результате токовый тракт размыкается. В зависимости от номинала и типа предохранителя, а также от величины тока перегрузки плавкий предохранитель может среагировать и разомкнуть токовый тракт за время в пределах от нескольких сотен миллисекунд до нескольких секунд. Как и в случае со всеми активными и пассивными компонентами, известно немало вариаций, приемов и тонкостей эксплуатации этого полностью пассивного устройства.

Таблица. Плавкие предохранители компании Bourns

Типоразмер Технология Тип предохранителя Время срабатывания Нормируемый ток срабатывания Нормируемое напряжение Диапазон рабочей температуры
0402...2923 ...3812 тонкопленочное напыление; тонкопленочная печатная плата; многослойная керамика; ламинат с керамическими полостями; проволочный сердечник; керамическая трубка и керамический куб быстродействующие; быстродействующие прецизионные; сильноточные с задержкой срабатывания; срабатывающие с задержкой; высоковольтные и сильноточные 1-120 с в зависимости от тока 0,4-60 А 24-250 В DC или 65-600 В АС -20...105°С; -55...90°С; -55...125°С

Электронные предохранители работают по совершенно иному принципу. К некоторым из прежних функций они добавляют новые. основной принцип работы eFuse тоже прост: ток, проходящий в сторону нагрузки через полевой транзистор и токочувствительный резистор, контролируется с помощью напряжения на этом резисторе. Когда ток превышает заданное значение, управляющая логика выключает полевой транзистор и прерывает ток (см. рис. 5). Полевой транзистор, который включен последовательно с линией питания и нагрузкой, должен иметь очень малое сопротивление открытого канала во избежание чрезмерного падения напряжения (IR) или потери мощности.

На первый взгляд, может сложиться впечатление, что eFuse является более сложной активной версией классического плавкого предохранителя - пассивного элемента. Однако у eFuse имеются некоторые уникальные особенности. Рассмотрим их.

Скорость. Время реакции этих быстродействующих устройств составляет несколько микросекунд, а у некоторых из них исчисляется наносекундами. Такие возможности востребованы в современных схемах с относительно чувствительными ИС и пассивными компонентами.

Работа при малых токах. Электронные предохранители могут работать не только при малых токах (около 100 мА или меньше), но и при низких напряжениях, исчисляемых одной цифрой. На этих уровнях вставка плавких предохранителей часто не плавится.

Восстановление. В зависимости от конкретной модели электронный предохранитель может остаться выключенным после активации (в т. н. режиме фиксации) или возобновить нормальную работу, если текущая ошибка исправлена (режим автоповтора). Последняя настройка особенно полезна в переходных процессах, связанных с пусковым током, когда «жесткий» отказ отсутствует, что происходит, например, если плата подключена к питаемой шине. Эта возможность также полезна в тех случаях, когда замена предохранителя является сложной или дорогостоящей.

Защита от обратного тока. Электронный предохранитель также обеспечивает защиту от обратного тока, на что не способен плавкий предохранитель. Обратные токи возникают, когда напряжение на выходе системы выше, чем на ее входе. Так происходит, например, когда резервные источники питания подключены параллельно.

Защита от перенапряжения. С некоторыми дополнительными схемами eFuse обеспечивает защиту от перенапряжения, возникающего при скачках тока или индуктивных выбросах: полевой транзистор отключается, когда входное напряжение превышает установленное значение срабатывания по перенапряжению и остается выключенным, пока сохраняется состояние перенапряжения.

Рис. 5. При протекании тока от источника питания к нагрузке через предохранитель eFuse ток контролируется по напряжению на резисторе. Если оно превышает установленное значение, управляющая логика отключает полевой транзистор, блокируя прохождение тока к нагрузке

Защита от обратной полярности. Электронный предохранитель обеспечивает также защиту от обратной полярности, быстро отключая ток в случае неправильной полярности на входе. Подобное может произойти, например, при явно выраженном колебательном переходном процессе или при ошибочном подключении источника питания.

Изменение скорости нарастания напряжения. Некоторые усовершенствованные предохранители eFuse обеспечивают определенную скорость нарастания тока при выключении/включении питания, контролируя включе-ние/выключение полевого транзистора в выходном каскаде.

По этим причинам электронные предохранители являются достаточно привлекательным решением для управления током. Хотя в некоторых случаях они могут использоваться вместо плавких предохранителей, и те, и другие часто применяются в паре. В такой конфигурации электронный предохранитель с малым временем срабатывания используется для локальной защиты цепей или печатной платы, например в системах с горячей заменой, в автомобильных приложениях, программируемых логических контроллерах (ПЛК) и для управлении зарядкой/разрядкой аккумулятора, а дополнительный плавкий предохранитель обеспечивает защиту на уровне системы от серьезных отказов, когда требуется жесткое и необратимое отключение.

Таким образом, разработчик получает возможность воспользоваться достоинствами обоих устройств, не идя на большие компромиссы. Недостаток такого решения заключается только в уменьшении свободного пространства на печатной плате и незначительном увеличении списка материалов (BOM).

ВЫБОР eFuse: ФУНКЦИИ И ПРИЛОЖЕНИЯ

При выборе электронного предохранителя следует учитывать несколько основных параметров. В первую очередь, уровень тока, при котором предохранитель срабатывает. Обычно это значение меняется в диапазоне значений от сотен мА до примерно 10 А. Кроме того, в расчет принимается максимальное напряжение между выводами предохранителя, которое предохранитель способен выдержать. У одних электронных предохранителей это значение является фиксированным, у других оно задается пользователем с помощью внешнего резистора. Учитывается также скорость срабатывания, ток покоя, размер (занимаемая площадь), количество и тип внешних вспомогательных компонентов. кроме того, разработчики должны принять во внимание любые дополнительные функции и особенности, которые имеются у электронных предохранителей разных типов.

Рис. 6. Электронный предохранитель Texas Instruments TPS26620 срабатывает при токе 500 мА в приложении с ПЛК на 24 В DC

Рис. 7. Электронный предохранитель TCKE805 на 18 В/5 А от Toshiba использует последовательность циклов «проверка и повторение», чтобы оценить, можно ли безопасно восстановить протекание тока

Рис. 8. В режиме защелкивания, в отличие от режима автоповтора, электронный предохранитель от Toshiba не сбрасывается до тех пор, пока не сработает вывод Enable

Например, в приложениях с ПЛК электронные предохранители применяются в цепях, где возможно неправильное подключение датчиков и питания. Предохранители также защищают от скачков тока при подключении проводов или горячей замене плат. В таких 24-В приложениях часто используется, например, электронный предохранитель TPS26620 от Texas Instruments (см. рис. 6), программируемый порог срабатывания которого по току задан равным 500 мА. Предохранитель работает в диапазоне напряжения 4,5-60 В при токе до 80 мА. Устройство обеспечивает защиту от перенапряжения, пониженного напряжения и от обратной полярности. Эта микросхема также управляет пусковым током, надежно защищает от обратного тока, а также от неправильного подключения в полевых условиях выводы модулей ПЛК и источников питания датчиков.

Временные диаграммы электронного предохранителя TCKE805 от Toshiba, рассчитанного на 18 В/5 А, иллюстрируют функцию автоматического повтора (см. рис. 7) в сравнении с режимом защелкивания. В режиме автоповтора (который устанавливается с помощью вывода EN/UVLO) защита от перегрузки по току предотвращает повреждение предохранителя и его нагрузки путем сокращения энергопотребления при отказе.

Если выходной ток, заданный внешним резистором Rlim, превышает предельное значение ILIM из-за отклонения нагрузки или короткого замыкания, выходной ток и выходное напряжение уменьшаются, ограничивая мощность, которую потребляет ИС и нагрузка. Когда выходной ток достигает заданного предельного значения и обнаруживается перегрузка по току, он ограничивается величиной ILIM. Если перегрузка по току не устранена на данном этапе, состояние ограничения сохраняется, и температура электронного предохранителя продолжает расти.

Как только температура электронного предохранителя достигает рабочей температуры функции тепловой защиты, ключ MOSFET размыкается, полностью прекращая прохождение тока. Функция автоповтора предусматривает возможность повторного замыкания цепи после того, как температура предохранителя уменьшится и тепловая защита не будет препятствовать замыканию цепи. Если температура снова повышается, цикл повторяется, и работа останавливается, пока не устранится перегрузка по току.

Напротив, в режиме защелкивания выходное напряжение ограничивается до тех пор, пока не произойдет сброс электронного предохранителя с помощью вывода Enable (EN/UVLO) микросхемы (см. рис. 8).

Некоторые электронные предохранители можно настроить на решение задачи по измерению тока через резистор, вызывающего падение напряжения IR, из-за которого снижается напряжение шины на вторичной стороне. например, у предохранителя STEF033AJR на 3,3 в от STMicroelectronics номинальный максимальный ток и значение сопротивления транзистора в открытом состоянии в случае использования корпуса DFN равны 3,6 А и 40 мом. У предохранителя в корпусе Flip-Chip эти же параметры составляют 2,5 а и 25 мом. В стандартной схеме подключения на рисунке 9 при более высоком токе даже небольшое падение напряжения IR около 15 мв в питающей шине из-за сопротивления открытого канала может оказаться значительным и нежелательным.

Модификация стандартной схемы подключения путем установки резистора между выводом I-lim+ и контактом выходного напряжения (VOUT/Source) представляет собой схему измерения кельвина, которая компенсирует падение напряжения IR (см. рис. 10).

Заметим, что хотя электронные предохранители являются полупроводниками и могут работать при напряжениях в несколько вольт, они не ограничиваются исключительно этим диапазоном. например, предохранители семейства TPS2662x от Texas Instruments рассчитаны на работу в диапазоне 4,5-57 В.

ЭЛЕКТРОННЫМ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ: СДЕЛАТЬ ИЛИ КУПИТЬ?

В принципе, можно построить базовый электронный предохранитель из дискретных компонентов, используя два полевых транзистора, резистор и катушку индуктивности. Самые первые предохранители eFuse были изготовлены именно так. В них индуктивность выполняла две функции: фильтрацию выходного постоянного тока и функцию измерительного резистора с помощью сопротивления его обмоток по постоянному току.

Рис. 9. В стандартной схеме включения предохранителя STEF033AJR резистор, который устанавливает предельное значение R-lim, установлен между двумя указанными клеммами

Рис. 10. Чтобы уменьшить влияние падения напряжения IR при измерении тока вывод ограничительного резистора с меньшим напряжением подключен к выводу выходного напряжения VOUT/Source

Однако современному электронному предохранителю для более стабильной работы, которая требует учета характеристик его компонентов, а также реализации ряда функций необходимо больше, чем несколько отдельных компонентов. Даже с дополнительными элементами он обеспечивает только базовую функциональность (см. рис. 11).

На практике увеличение числа активных и пассивных дискретных компонентов вскоре становится нецелесообразным: следует принять во внимание вариации рабочих характеристик между блоками и проблемы, связанные с исходным допуском, старением компонентов и температурным дрейфом. Короче говоря, у самостоятельно изготовленного дискретного решения - множество ограничений. остановимся на некоторых из них.

- В дискретных схемах обычно используется P-канальный MOSFET в качестве выходного каскада, который дороже N-канального MOSFET при том же сопротивлении открытого канала RDS(ON).

- Дискретные решения неэффективны, т. к. в них мощность рассеивается на диоде, что приводит к повышению температуры платы.

- В дискретных цепях трудно обеспечить адекватную тепловую защиту. Таким образом, следует отказаться от многокомпонентного решения. В противном случае схему придется существенно увеличить, чтобы обеспечить подходящую безопасную рабочую область (SOA).

- Полноценной дискретной схеме необходимо большое количество компонентов и значительное место на плате, а обеспечение устойчивости и надежной защитной схемы требует дополнительных компонентов.

- Хотя скорость изменения выходного напряжения в дискретных схемах регулируется с помощью резистора и конденсатора, их размеры необходимо подбирать с учетом характеристики затвора выходного полевого транзистора.

Рис. 11. Электронный предохранитель на дискретных компонентах обладает лишь базовой функциональностью

Рис. 12. Внешняя простота и внешний вид полнофункционального электронного предохранителя скрывают его внутреннюю сложность и те функции, которые было бы очень трудно реализовать с помощью дискретных компонентов

Даже если бы решение с дискретными компонентами оказалось приемлемым, его функциональные возможности были бы ограничены по сравнению с решением на основе ИС. Электронные предохранители предоставляют некоторые или все из множества упомянутых дополнительных функций (см. рис. 12). Кроме того, решение на основе ИС меньше по размеру, имеет более стабильные и полностью определенные характеристики, удобно в использовании и стоит меньше многокомпонентного решения. Заметим, что в техническом описании TPS26620 имеется несколько десятков графиков рабочих характеристик и временных диаграмм, описывающих множество условий эксплуатации. Эти характеристики было бы сложно реализовать с помощью дискретного решения.

Имеется еще одна важная причина для приобретения стандартной ИС eFuse вместо использования дискретной схемы: разрешение контрольно-надзорных органов. Многие предохранители - плавкие и электронные - используются для обеспечения безопасности, чтобы предотвратить условия, при которых чрезмерный ток может вызвать перегрев компонентов и, возможно, пожар или причинить вред пользователям.

Применение всех плавких предохранителей допускается регулирующими органами и стандартами для обеспечения надежного отключения тока при соблюдении правильных условий эксплуатации. Однако было бы очень сложно и, вероятно, даже невозможно получить такие же разрешения для дискретного решения.

В то же время, многие микросхемы eFuse уже получили соответствующие разрешения. Например, предохранители серии TPS2662x отвечают требованиям стандарта UL 2367 (Special-purpose Solid-state Overcurrent Protector) и сертифицированы в соответствии с IEC 62368-1 (отечественный аналог: ГОСТ IEC 62368-1-2014. Аудио-, видеоаппаратура, оборудование информационных технологий и техники связи. 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 выбросу напряжения). Чтобы получить такую сертификацию, электронные предохранители испытываются на выполнение базовых функций, а также в условиях эксплуатации при минимальной и максимальной рабочей температуре, минимальной и максимальной температуре хранения и транспортировки. Кроме того, выполняются испытания в непредусмотренных условиях эксплуатации на износостойкость, а также термоциклирование.

Таким образом, электронные предохранители, в которых для отключения тока используется активная схема, а не плавкая перемычка, отвечают требованиям к быстрому отключению, самовосстановлению и обеспечению надежной работы в условиях низкого тока. Они оснащены функциями защиты, а также позволяют регулировать скорость нарастания выходного напряжения. Электронные предохранители являются ценным дополнением к набору компонентов для защиты цепей и системы. Многие электронные предохранители сертифицированы для обеспечения функций безопасности, что расширяет их универсальность и применимость.

ЛИТЕРАТУРА

1. Bourns. SinglFuse SMD Fuses//www.bourns.com/products/circuit-protection/singlfuse-smd-fuses.

Опубликовано в журнале "Электронные Компоненты" №3, 2021 г.

Код товара производителя Производитель Описание U макс. I макс. t сраб.
SF-1206F200-2 Bourns Предохранитель 63В, 2А, Fast 63 В 2 А Fast
SF-1206S400-2 Bourns Предохранитель 32В, 4А, Slow Blow 32 В 4 А Slow Blow
SF-3812F3000T-2 Bourns Предохранитель 250В, 30А, Fast 250 В 30 А Fast
SF-1206F300-2 Bourns Предохранитель 32В, 3А, Fast 32 В 3 А Fast
SF-1206F150-2 Bourns Предохранитель 63В, 1.5А, Fast 63 В 1.5 А Fast
SF-3812TM125T-2 Bourns Предохранитель 250В, 1.25А, Slow Blow 250 В 1.25 А Slow Blow
SF-3812TM200T-2 Bourns Предохранитель 250В, 2А, Slow Blow 250 В 2 А Slow Blow
SF-1206S100-2 Bourns Предохранитель 63В, 1А, Slow Blow 63 В 1 А Slow Blow

Производители

Вернуться в раздел