Zaloguj się
Wszystkie
31 października 2024
67
Wspomnieliśmy o przepięciach, ale ogólnie termin „przeciążenie elektryczne” (EOS – Electrical Over – Stress) jest używany do określenia sytuacji, w których układ lub urządzenie jest narażone na poziomy napięcia, prądu lub mocy, które powodują uszkodzenia. Wspomniane przeciążenia mogą wystąpić na wiele sposobów, od zwykłego nieprawidłowego podłączenia układu do złożonych problemów z zakłóceniami linii energetycznej w instalacjach przemysłowych. Komponenty nie muszą nawet znajdować się w układzie, aby ucierpieć z powodu przeciążeń – dobrze wiadomo, że wiele półprzewodników (zwłaszcza układów scalonych) może zostać uszkodzonych przez wyładowania elektrostatyczne (ESD) podczas transportu albo montażu. Na przykład ładunek zgromadzony w ludzkim ciele może przepłynąć na komponent, gdy ta osoba go dotknie, tym samym dostarczając wystarczającą ilość energii do jego zniszczenia.
Zabezpieczenia nadprądowe
Istnieje wiele komponentów zaprojektowanych specjalnie do ochrony przed przeciążeniami prądowymi. Najbardziej powszechnym z nich jest bezpiecznik. To urządzenie nadprądowe składa się z drutu lub paska przewodnika, który działa na zasadzie generowania ciepła przez przepływający prąd. Gdy prąd przekroczy określoną wartość znamionową, ciepło powoduje stopienie przewodnika, co przerywa obwód i chroni pozostałe elementy. Powoduje to rozwarcie obwodu i zatrzymanie przepływu prądu. Po przepaleniu bezpiecznika należy go wymienić, ale przede wszystkim należy najpierw zidentyfikować i usunąć przyczynę problemu.
Bezpieczniki są zazwyczaj stosowane w celach ochronnych i dla zapewnienia bezpieczeństwa, zwłaszcza w sytuacjach, gdy przeciążenia prądowe mogą spowodować uszkodzenie lub stanowić zagrożenie, którego nie da się łatwo ani tanio uniknąć za pomocą bardziej zaawansowanych obwodów ochronnych. Choć takie obwody mogą tymczasowo zapewniać ochronę, bezpieczniki często współpracują z innymi zabezpieczeniami, tworząc dodatkową warstwę ochrony na wypadek przeciążenia.
Bezpieczniki reagują na nadmierny przepływ prądu, ale mogą ulec przepaleniu, gdy są używane razem z zabezpieczeniem przepięciowym, które po aktywacji zwiększa przepływ prądu (co często się zdarza). Aby zabezpieczenie było skuteczne, bezpiecznik musi być umieszczony przed zabezpieczeniem przepięciowym, czyli bliżej wejścia lub źródła zasilania niż chroniony obwód.
Najbardziej oczywistym parametrem przy wyborze bezpiecznika jest prąd, przy którym zostanie on przepalony, ale konieczne jest również uwzględnienie czasu reakcji. Bezpieczniki mogą reagować zbyt wolno, aby chronić obwody w niektórych sytuacjach (zbyt wolne bywają nawet te o tzw. szybkim czasie reakcji) – z drugiej strony, niektóre układy pobierają wysokie prądy przez krótkie okresy w normalnych warunkach (np. silniki przy rozruchu) i mogą wymagać bezpieczników zwłocznych, które mogą tolerować wyższe prądy przez krótkie okresy. Bezpieczniki mają również maksymalne poziomy napięcia i prądu zwarciowego, przy których mogą być bezpiecznie używane. W sytuacjach, gdzie prąd przeciążeniowy może znacznie przekroczyć prąd roboczy, a ryzyko uszkodzeń spowodowanych nadmierną energią jest wysokie, warto zastosować bezpieczniki o wysokiej zdolności wyłączania (HRC – High Rupturing Capacity). Mają one bardziej zaawansowaną strukturę niż zwykłe bezpieczniki z prostym drutem w szklanej rurce. Bezpieczniki HRC są szczelnie zamknięte i zawierają wypełnienia (takie jak piasek krzemionkowy), które pomagają absorbować energię i zapobiegają powstawaniu łuku elektrycznego.
Ostrożność podczas stosowania elementów zabezpieczających
Jak omówimy później, wstawienie niestarannie dobranego lub przypadkowego elementu ochronnego do układu zmienia charakterystykę elektryczną układu, dodając pasożytniczą rezystancję, pojemność, indukcyjność oraz ewentualnie prąd upływu. W przypadku bezpieczników najważniejsza jest zazwyczaj rezystancja i indukcyjność. Często te efekty pasożytnicze są na tyle słabe, że nie mają istotnego wpływu na działanie układu. Jednak w przypadku układów przetwarzania sygnałów o wysokiej czułości, elementy ochronne mogą znacząco wpłynąć na ich parametry.
Alternatywą dla tradycyjnych bezpieczników, gdy ich wymiana jest trudna lub niewygodna, są elementy PTC (ang. Positive Temperature Coefficient), znane również jako bezpieczniki resetowalne lub polimerowe. Elementy te (PPTC) są wytwarzane z połączenia przewodzących cząsteczek i nieprzewodzącego polimeru. Przy wysokich prądach, które powodują nagrzewanie, polimer rozszerza się, co prowadzi do oddzielenia przewodzących cząsteczek i znacznego wzrostu rezystancji powyżej temperatury przełączania (lub wyłączania). Warto jednak pamiętać, że mimo wzrostu rezystancji, może nadal płynąć niewielki prąd upływu. W przypadku ceramicznych elementów PTC, rezystancja zmienia się w zależności od temperatury z powodu zmian właściwości granic ziaren materiału.
Symbol termistora PTC jest podobny do symbolu używanego ogólnie dla termistorów i warystorów (patrz dalej). Wszystkie te elementy wykazują zmienną charakterystykę rezystancji w odpowiedzi na zmieniające się warunki. Należy pamiętać, że symbole elementów termistorowych mogą nie mieć krótkich odcinków na obu końcach przekątnej, ponieważ nie jest to konsekwentnie stosowane.
Bezpieczniki resetowalne PTC są określane w kategoriach prądu podtrzymania i prądu zadziałania. Prąd podtrzymania to maksymalny prąd w normalnych warunkach pracy – zmienia się on w zależności od temperatury. Prąd zadziałania (wyzwolenia) to prąd, przy którym nastąpi wyzwolenie (w danej temperaturze). Pomiędzy prądem podtrzymania i wyzwolenia element może znajdować się w stanie wysokiej lub niskiej rezystancji. W procesie projektowania układu wybiera się PTC z prądem podtrzymania powyżej maksymalnego normalnego prądu roboczego i prądem wyzwalania na poziomie lub poniżej minimalnego prądu, przy którym wymagana jest ochrona. Jeśli urządzenie wyłączy się, to po usunięciu warunku wyzwalającego PTC ostygnie i po pewnym czasie powróci do stanu przewodzenia.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
