SMD предохранители

Предохранитель с термической активацией срабатывания (то есть перегорание) исторически является самой старой защитой электрических цепей от перегрузки. Он до сих пор широко используется, потому что его работа понятна, надежна и одобрена юридическими стандартами обеспечения безопасности. Но с увеличением сложности устройств и постоянной миниатюризацией, конструкторам нужна альтернатива обычному плавкому предохранителю, чтобы сделать устройство меньше, проще в установке и более безопасным.

Помимо классических предохранителей, сегодня в распоряжении разработчиков РЭА есть и SMD-версии. В них используются различные технологии, обеспечивающие производство предохранителей с заданными параметрами и характеристиками срабатывания, такими как быстрый, медленный или замедленный.

Традиционному предохранителю с термически активируемым плавким элементом уже 150 лет, и он является наиболее известным типом защиты электрики. Он надежен и работает на основе простого принципа действия. Срабатывание достигается путем необратимого разрыва цепи протекания тока, когда ток превышает значение, указанное в конструкции предохранителя.

Такой предохранитель состоит из тонкой металлической проволоки (самого предохранителя), диаметр, материал, форма и система сборки которой точно спроектированы. Когда ток через предохранитель превышает установленный предел и продолжает течь в течение достаточно долгого времени, проволока нагревается и расплавляется, разрывая цепь. Тепловыделение является прямым следствием протекания большого тока через сопротивление плавкой вставки.

Предохранители доступны во многих типах корпусов, например, в популярной маленькой вставке из стеклянной трубки 3AG диаметром 6,35 мм и длиной 32 мм. Для каждого типа предохранителя и его номинального тока производители предоставляют подробные графики, показывающие взаимосвязь между значением максимального тока и временем, необходимым для расплавления предохранителя и, таким образом, прекращения протекания тока. Это называется рейтингом I2t (интеграл Джоуля), который указывает доступную тепловую энергию в результате протекания тока и измеряется в ампер-2-секундах (A2s). И чем сильнее перегрузка в цепи, тем меньше время отключения.

Предохранитель — не единственная защита цепи, используемая в конструкциях. Существуют и другие пассивные компоненты, которые обеспечивают другие формы защиты путем ограничения тока, блокировки, шунтирования или отсечения пиков тока или напряжения. Но ни один из них не может обеспечить полного и необратимого отключения тока в цепи, как плавкая вставка. Такие элементы не заменяют предохранитель, а используются когда традиционное решение не подходит, или в качестве дополнения. К другим хорошо известным схемам защиты относятся:

• Металлооксидные варисторы (MOV),
• Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC),
• Диоды подавления переходных процессов (TVS),
• Разрядные элементы (GDT),
• Восстанавливаемые полимерные предохранители (PTC),
• Тепловые предохранители (срабатывают при перегреве).

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.

Малый размер SMD и большие возможности

Обычно компоненты в маленьком корпусе имеют некоторые функциональные ограничения по сравнению с большими традиционными версиями. Но это не относится к семейству SinglFuse — эти элементы доступны в почти невидимых корпусах от 0402 (1 х 0,5 мм) для низких номинальных токов, до 3812 (3,8 х 2,5 мм), способных выдерживать большие нагрузки.

Помимо размера, SinglFuse доступны с различными характеристиками отклика, включая:

• предохранитель быстродействующий,
• быстродействующий точный — с более жестким допуском ключевых характеристик,
• медленный — не реагирует на кратковременный импульсный ток, превышающий значение номинального тока,
• с задержкой — переносит кратковременную перегрузку по току до фактического срабатывания,
• для цепей с высоким пусковым током.

Например Bourns SF-2410FP0062T-2 — быстродействующий прецизионный предохранитель в версии SMD. Он рассчитан на работу при 125 В переменного / постоянного тока и имеет номинальный ток 62 мА при типовом значении I2t 0,0012 A2с.

Предохранитель размыкается через 5 секунд при 200% номинального тока, а на графиках далее показаны основные индикаторы времени срабатывания предохранителя. Также стоит помнить о падении напряжения I · R на проводе предохранителя из-за его ненулевого сопротивления, составляющего около 6 Ом. Для номинального тока это падение составляет максимум 40 мВ.

Совершенно другой профиль обеспечивает инерционный предохранитель SF-1206S700 с номинальным током 7 А, который должен сгореть в течение 5 секунд при 250% максимального номинального тока.

SF-1206S700 использует технологию, отличную от SF-2410FP-T, и производится в плоском корпусе 3216 (EIA 1206, 1,55 х 3,1 мм) с высотой всего 0,6 мм. Его сопротивление всего 7 мОм обеспечивает небольшое падение напряжения, чуть менее 50 мВ при максимальном токе. Предохранители с выдержкой времени часто подвергаются повторяющимся циклам высокого пускового тока при включении питания, в техническом паспорте SF-1206S700 объясняется влияние этих циклов на характеристики компонентов.

Справочник по планарным предохранителям

Далее приводится сборник таблиц данных на SMD предохранители от разных производителей.

Таблица с характеристиками самовосстанавливающихся SMD предохранителей:

Таблица с характеристиками плавких SMD предохранителей:

В общем существует явная потребность в предохранителях для поверхностного монтажа, которые упрощают процесс сборки и производства, снижают подверженность конструкции вибрации и коррозии, поскольку для них не требуется гнездо-держатель. А серия предохранителей SMD предлагает разработчикам широкий спектр диапазонов и типов максимальной токовой защиты, отвечающих потребностям современных печатных плат и производственных процессов.

Форум