CC BY
42Самовосстанавливающиеся предохранители Miltifuse производства фирмы Bourns
Разработчики электронных устройств наверняка знают, к каким фатальным для этих устройств последствиям может привести перегрузка по току. Существует несколько способов защиты от таких ситуаций. Самый распространенный из них — использование плавких предохранителей. Безусловно, они работают хорошо, но рассчитаны только на одно срабатывание. При выходе плавкого предохранителя из строя он требует замены. Это не всегда удобно, а во многих случаях требуется вмешательство квалифицированного специалиста. Преимущества самовосстанавливающихся предохранителей (далее — СП) фирмы Bourns заключаются в том, что они рассчитаны на многократное срабатывание, а их разрушение происходит при токе, во много раз превышающем ток срабатывания. Уже сегодня СП нашли себе широкое применение в различных областях, таких как персональные компьютеры, трансформаторы, электромоторы, звуковоспроизводящая техника, аккумуляторные батареи, медицинское и измерительное оборудование, автомобильная электроника и др.
Валентин Ткачев
valentin_tkachev@platan.ru
Устройство
Самовосстанавливающиеся предохранители изготавливаются из проводящего пластика, отформованного в тонкий лист с напылением электродов с обеих плоскостей. Проводящий пластик — это особое вещество, ноу-хау фирмы Bourns, состоящее из непроводящего электрический ток кристаллического полимера и распределенных в нем мельчайших частиц технического углерода, проводящих электрический ток. Электроды гарантируют равномерное распределение энергии по всей площади поверхности, к ним крепятся проволочные или лепестковые выводы. Особенностью, которая позволяет использовать этот материал в качестве СП, является то, что этот проводящий пластик проявляет высокий нелинейный положительный температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Положительным ТКС обладает довольно большое количество материалов.
Особенность материала СП — это сильная крутизна графика зависимости сопротивления от температуры самого СП или окружающей среды и практически скачкообразное изменение сопротивления из проводящего в непроводящее (рис. 1). До определенной, так называемой «переходной» температуры, сопротивление СП практически не возрастает. При достижении «переходной» температуры сопротивление возрастает в логарифмической пропорции.
Принцип работы
При комнатной температуре материал СП имеет кристаллическую структуру. Проводящие частицы технического углерода расположены в нем по границам кристаллов достаточно плотно и близко друг к другу, образуя цепочки, по которым может идти электрический ток (рис . 2).
При возникновении аварийной ситуации (например, при коротком замыкания нагрузки в цепи, где стоит СП) через СП начинает течь ток, превышаю-
Тем-гтр-шттр*
Рис.1
Рис. 2
Таблица 1. Электрические характеристики самовосстанавливающихся предохранителей Miltifuse фирмы Bourns
Модель Максимальное рабочее напряжение Максимально допустимый ток Нормальный рабочий ток Минимальный ток срабатывания Первоначальное сопротивление Макс. сопротивление через 1 час после срабатывания и снятия напряжения Макс. время срабатывания Мощность рассеяния в непроводящем состоянии
V max. I max. I hold I trip R min. R max. R1 max. T max Pd trip
В А А Мин. Ом Макс. Ом Ом А с Вт
Серия MF-R с проволочными выводами для монтажа пайкой в отверстия
MF-R010 60 40 0.10 0.20 2.50 4.50 7.50 0.5 4.0 0.38
MF-R017 60 40 0.17 0.34 2.00 3.20 8.00 0.85 3.0 0.48
MF-R020 60 40 0.20 0.40 1.50 2.84 4.40 1.0 2.2 0.40
MF-R025 60 40 0.25 0.50 1.00 1.95 3.00 1.25 2.5 0.45
MF-R030 60 40 0.30 0.60 0.76 1.36 2.10 1.5 3.0 0.50
MF-R040 60 40 0.40 0.80 0.52 0.86 1.29 2.0 3.8 0.55
MF-R050 60 40 0.50 1.00 0.41 0.77 1.17 2.5 4.0 0.75
MF-R065 60 40 0.65 1.30 0.27 0.48 0.72 3.25 5.3 0.90
MF-R075 60 40 0.75 1.50 0.18 0.40 0.60 3.75 6.3 0.90
MF-R090 60 40 0.90 1.80 0.14 0.31 0.47 4.5 7.2 1.00
MF-R090-0-9 30 40 0.90 1.80 0.07 0.12 0.22 4.5 5.9 0.60
MF-R110 30 40 1.10 2.20 0.10 0.18 0.27 5.5 6.6 0.70
MF-R135 30 40 1.35 2.70 0.065 0.115 0.17 6.75 7.3 0.80
MF-R160 30 40 1.60 3.20 0.055 0.105 0.15 8.0 8.0 0.90
MF-R185 30 40 1.85 3.70 0.040 0.07 0.11 9.25 8.7 1.00
MF-R250 30 40 2.50 5.00 0.025 0.048 0.07 12.5 10.3 1.20
MF-R250-0-10 30 40 2.50 5.00 0.025 0.048 0.07 12.5 10.3 1.20
MF-R300 30 40 3.00 6.00 0.020 0.05 0.08 15.0 10.8 2.00
MF-R400 30 40 4.00 8.00 0.010 0.03 0.05 20.0 12.7 2.50
MF-R500 30 40 5.00 10.00 0.010 0.03 0.05 25.0 14.5 3.00
MF-R600 30 40 6.00 12.00 0.005 0.02 0.04 30.0 16.0 3.50
MF-R700 30 40 7.00 14.00 0.005 0.02 0.03 35.0 17.5 3.80
MF-R800 30 40 8.00 16.00 0.005 0.02 0.03 40.0 18.8 4.00
MF-R900 30 40 9.00 18.00 0.005 0.01 0.02 40.0 20.0 4.20
Серия MF-S с плоскими ленточными выводами для монтажа точечной сваркой на контакты элементов аккумуляторных батарей
MF-S120 15 100 1.20 2.70 0.085 0.160 0.22 6.00 5.0 1.20
MF-S150 15 100 1.50 3.00 0.050 0.090 0.11 8.00 5.0 1.30
MF-S175 15 100 1.75 3.80 0.050 0.090 0.12 9.00 4.0 1.50
MF-S200 30 100 2.00 4.40 0.030 0.060 0.08 10.00 4.0 1.90
MF-S350 30 100 3.50 6.30 0.017 0.031 0.04 20.00 3.0 2.50
MF-S420 30 100 4.20 7.60 0.012 0.024 0.04 20.00 6.0 2.90
Электрические параметры даны при температуре окружающей стреды 23° С.
Диапазон рабочих температур: -40...+85° С.
Максимальная температура рабочей поверхности в высокоомном (непроводящем) состоянии: 125° С.
Таблица 2. Зависимость нормального рабочего тока и минимального тока срабатывания от температуры окружающей среды
Т емпература окружающей среды, ° С
-40 -20 0 23 40 50 60 70 85
MF-R010 0,16/0,32 0,14/0,28 0,12/0,24 0,10/0,20 0,08/0,16 0,07/0,14 0,06/0,12 0,05/0,10 0,04/0,08
MF-R017 0,26/0,52 0,23/0,46 0,20/0,40 0,17/0,34 0,14/0,28 0,12/0,24 0,11/0,22 0,09/0,18 0,07/0,14
MF-R020 0,31/0,62 0,27/0,54 0,24/0,48 0,20/0,40 0,16/0,32 0,14/0,28 0,13/0,26 0,11/0,22 0,08/0,16
MF-R025 0,39/0,78 0,34/0,68 0,30/0,60 0,25/0,50 0,20/0,40 0,18/0,36 0,16/0,32 0,14/0,28 0,10/0,20
MF-R030 0,47/0,94 0,41/0,82 0,36/0,72 0,30/0,60 0,24/0,48 0,22/0,44 0,19/0,38 0,16/0,32 0,12/0,24
MF-R040 0,62/1,24 0,54/1,08 0,48/0,96 0,40/0,80 0,32/0,64 0,29/0,58 0,25/0,50 0,22/0,44 0,16/0,32
MF-R050 0,78/1,56 0,68/1,36 0,60/1,20 0,50/1,00 0,41/0,82 0,36/0,72 0,32/0,64 0,27/0,54 0,20/0,40
MF-R065 1,01/2,02 0,88/1,76 0,77/1,54 0,65/1,30 0,53/1,06 0,47/0,94 0,41/0,82 0,35/0,70 0,26/0,52
MF-R075 1,16/2,32 1,02/2,04 0,89/1,78 0,75/1,50 0,61/1,22 0,54/1,08 0,47/0,94 0,41/0,82 0,30/0,60
MF-R090 1,40/2,80 1,22/2,44 1,07/2,14 0,90/1,80 0,73/1,46 0,65/1,30 0,57/1,14 0,49/0,98 0,36/0,72
MF-R090-0-9 1,40/2,80 1,22/2,44 1,07/2,14 0,90/1,80 0,73/1,46 0,65/1,30 0,57/1,14 0,49/0,98 0,36/0,72
MF-R110 1,60/3,20 1,43/2,86 1,27/2,54 1,10/2,20 0,91/1,82 0,85/1,70 0,75/1,50 0,67/1,34 0,57/1,14
MF-R135 1,96/3,92 1,76/3,52 1,55/3,10 1,35/2,70 1,12/2,24 1,04/2,08 0,92/1,84 0,82/1,64 0,70/1,40
MF-R160 2,32/4,64 2,08/4,16 1,84/3,68 1,60/3,20 1,33/2,66 1,23/2,46 1,09/2,18 0,98/1,96 0,83/1,66
MF-R185 2,68/5,36 2,41/4,82 2,13/4,26 1,85/3,70 1,54/3,08 1,42/2,84 1,26/2,52 1,13/2,26 0,96/1,92
MF-R250 3,63/7,26 3,25/6,50 2,88/5,76 2,50/5,00 2,08/4,16 1,93/3,86 1,70/3,40 1,53/3,06 1,30/2,60
MF-R250-0-10 3,63/7,26 3,25/6,50 2,88/5,76 2,50/5,00 2,08/4,16 1,93/3,86 1,70/3,40 1,53/3,06 1,30/2,60
MF-R300 4,35/8,70 3,90/7,80 3,45/6,90 3,00/6,00 2,49/4,98 2,31/4,62 2,04/4,08 1,83/3,66 1,56/3,12
MF-R400 5,80/11,6 5,20/10,4 4,60/9,20 4,00/8,00 3,32/6,64 3,08/6,16 2,72/5,44 2,44/4,88 2,08/4,16
MF-R500 7,25/14,5 6,50/13,0 5,75/11,5 5,00/10,0 4,15/8,30 3,85/7,70 3,40/6,80 3,05/6,10 2,60/5,20
MF-R600 8,70/17,4 7,80/15,6 6,90/13,8 6,00/12,0 4,98/9,96 4,62/9,24 4,08/8,16 3,66/7,32 3,12/6,24
MF-R700 10,1/20,3 9,10/18,2 8,05/16,1 7,00/14,0 5,81/11,6 5,39/10,7 4,76/9,52 4,27/9,44 3,64/7,28
MF-R800 11,6/23,2 10,4/20,8 9,20/18,4 8,00/16,0 6,64/13,2 6,16/12,3 5,44/10,8 4,88/9,76 4,16/8,32
MF-R900 13,0/26,1 11,7/23,4 10,3/20,7 9,00/18,0 7,47/14,9 6,93/12,7 6,12/12,2 5,49/10,9 4,68/9,36
Серия MF-S с плоскими ленточными выводами для монтажа точечной сваркой на контакты элементов аккумуляторных батарей
MF-S120 1,90/4,28 1,70/3,83 1,50/3,38 1,20/2,70 1,00/2,25 0,90/2,03 0,80/1,80 0,70/1,58 0,50/1,13
MF-S120S 1,90/4,28 1,70/3,83 1,50/3,38 1,20/2,70 1,00/2,25 0,90/2,03 0,80/1,80 0,70/1,58 0,50/1,13
MF-S150 2,20/4,40 2,00/4,00 1,80/3,60 1,50/3,00 1,30/2,60 1,10/2,20 1,00/2,00 0,90/1,80 0,70/1,40
MF-S175 2,50/5,59 2,30/5,14 2,00/4,47 1,70/3,80 1,50/3,35 1,30/2,91 1,20/2,68 1,10/2,46 0,90/2,01
MF-S175S 2,50/5,59 2,30/5,14 2,00/4,47 1,70/3,80 1,50/3,35 1,30/2,91 1,20/2,68 1,10/2,46 0,90/2,01
MF-S200 3,20/7,04 2,80/6,16 2,50/5,50 2,00/4,40 1,70/3,74 1,60/3,52 1,40/3,08 1,20/2,64 0,90/1,98
MF-S350 5,40/9,72 4,80/8,64 4,30/7,74 3,50/6,30 3,00/5,40 2,80/5,04 2,50/4,50 2,20/3,96 1,70/3,06
MF-S420 6,40/11,5 5,70/10,3 5,10/9,23 4,20/7,60 3,60/6,51 3,30/5,97 3,00/5,43 2,60/4,70 2,10/3,80
Рис.3
щий номинальный, вследствие чего температура его материала начинает расти. Поскольку это самонагревание продолжается, температура СП продолжает расти, пока не достигнет так называемой температуры «фазовой трансформации», при которой происходит изменение фазового состояния полимера из кристаллического в аморфное, сопровождаемое небольшим расширением. Проводящие частицы технического углерода более не сжаты кристаллами полимера в плотные цепочки, движутся относительном друг друга и больше не могут проводить электрический ток. В результате сопротивление материала СП резко возрастает, и он выключается (рис. 3).
СП остается в «горячем» состоянии, обеспечивая постоянную защиту до тех пор, пока находится под напряжением или пока не будут устранены причины его срабатывания. Выключение — это реверсивный процесс. После
Рис. 5
и
оГ
I
1
Я
d
2
Й
■Л
я
1
V
я
2
v
■э.
ш
Рис.7
Ток перегрузки, Л
MF
R
нагрузка
Рис. 4
устранения причин выключения СП охлаждается, полимер снова кристаллизуется, проводящие цепочки восстанавливаются, и сопротивление СП быстро возвращается к первоначальному уровню. СП снова готов к работе.
Схема включения
Схема включения СП такая же, как для обычных плавких предохранителей. СП включается в цепь питания последовательно с нагрузкой (см. рис. 4).
Технические характеристики
В таблице 1 даны электрические параметры СП.
Максимальное рабочее напряжение (Утах) — это максимально допустимое напряжение, которое может выдерживать СП без разрушения при номинальном токе.
Максимально допустимый ток (1тх) — это максимальный ток, который СП может выдержать без разрушения.
Номинальный рабочий ток (I^d) — это максимальный ток, который СП может проводить без срабатывания, т.е. без размыкания цепи нагрузки.
Минимальный ток срабатывания (I^p) — это минимальный ток через СП, приводящий к переходу из проводящего состояния в непроводящее, т.е. к срабатыванию.
Первоначальное сопотивление (Rmin-Rmax) — это сопротивление СП до первого срабатывания (при получении от изготовителя).
Так как СП — это устройства с ярко выраженным положительным ТКС, их характеристики зависят от температуры окружающей среды. В таблице 2 приводится зависимость нормального рабочего тока и минимального тока срабатывания от температуры окружающей среды.
На всякое нагревание, как известно, требуется какое-то время. В связи с тем, что СП нагреваются, они переключаются не мгновенно, а требуют некоторого времени, которое зависит не только от температуры окружающей среды, но и от протекающего через них тока перегрузки.
В таблице 1 указано время срабатывания при токе, в 5 раз превышающем нормальный рабочий ток (1ЛоИ).
Зависимость времени срабатывания от тока перегрузки показана на графиках (рис. 7).
Типы корпусов, габаритные и установочные размеры
Самовосстанавливающиеся предохранители Multifuse выпускаются в нескольких типах корпусов:
• Дисковые с радиальными проволочными
выводами: серии MF-R, MF-RX (рис. 5).
и
И I
,......
/?/Ы-Ы-LULf//
' " ■ ! Г* 1FI
2
н
<п
чЭ
а.
а
а
Tijk пСрс-груЭки, А
Т[>к пгрг-груЗки., Л
Таблица З. Габаритные и установочные размеры, мм
Диаметр выводов, мм : MF-R010 — MF-R185 0.51 (24AWG)
MF-R250 — MF-R900 0.81 (20AWG)
Общего применения, для печатного монтажа в отверстия или для навесного монтажа.
• Для поверхностного монтажа: серии МБ-SM, MF-MSM. Общего применения.
• В плоских прямоугольных корпусах с ленточными выводами: серии МБ^, МБ^8 (рис. 6). Применяются для защиты аккумуляторных батарей от короткого замыкания и перегрева в процессе зарядки.
• В бескорпусном исполнении в виде дисков без выводов.
Габаритные и установочные размеры для серий МБ^ и МБ^ даны в табл. 3.
Маркируются логотипом производителя, идентификатором серии, кодовым обозначением нормального рабочего тока (40и) и кодовым обозначением даты производства.
На самовосстанавливающиеся предохранители в бескорпусном исполнении в виде дисков маркировка не наносится.
Пример маркировки
Система обозначений MF-R250
Самовосстанавливающиеся предохранители Multifuse.
Тип корпуса:
R — дисковый с радиальными выводами,
S — плоский с ленточными выводами.
Кодовое обозначение нормального рабочего тока (4ои). 01 -900 = 0,1-9,0 А.
Пример: 250 = 2,5 А.
В заключение хочу обратить особое внимание на максимальное рабочее напряжение (см. табл. 1). Многие не обращают внимания на этот параметр и пытаются включить СП в сеть переменного напряжения 220 В. Это приводит к мгновенному разрушению СП. Хочу также сообщить, что СП на максимальное рабочее напряжение 250 В в настоящий момент готовятся к производству. ин
