Littelfuse - elementy zabezpieczające w układach elektronicznych

W obwodach zabezpieczeń przed przetężeniami i zwarciami intuicyjnie sięga się po bezpieczniki. Niemniej elementy te najczęściej nie chronią układu przed uszkodzeniem i raczej bezpiecznik zabezpiecza przed ryzykiem pożaru, gdyż nie dopuszcza do nadmiernego nagrzewania obwodów przez prąd zwarciowy.

Najbardziej popularne są bezpieczniki topikowe rurkowe, w klasycznych rozmiarach 5×20 mm oraz 6,3×32 mm, dla prądów znamionowych od 10 mA do 40 A. Do wyboru są wersje szybkie oraz zwłoczne, które, z uwagi na wolniejszą reakcję na duże prądy zwarciowe, znajdują zastosowanie tam, gdzie chwilowe przeciążenia są normalne i nie powinny spowodować zadziałania bezpiecznika.

Stąd bezpieczniki zwłoczne są stosowane w obwodach z obciążeniami indukcyjnymi, takimi jak silniki czy transformatory. Alternatywą dla bezpieczników rurkowych mogą być bezpieczniki miniaturowe: kubkowe (TR5), prostopadłościenne (TE5) lub osiowe przypominające zwyczajny rezystor.

Ich parametry są zbliżone do bezpieczników rurkowych; także występują w wersji szybkiej, a nawet ultraszybkiej oraz zwłocznej i są dostępne dla prądów znamionowych od 40 mA do 15 A. Są to elementy THT lutowane do płytki i każda wymiana wiąże się z lutowaniem.

Dla bezpieczników TR5 i TE5 są dostępne gniazda pozwalające na łatwą wymianę elementu. Poza elementami przewlekanymi w ofercie Littelfuse są też bezpieczniki przeznaczone do SMT, które mogą być stosowane w obwodach, gdzie nie występują zbyt duże napięcia i moce.

Bezpieczniki polimerowe

Alternatywą dla bezpieczników topikowych są wersje polimerowe (Poly-Switch, MultiFuse, Resettable Fuse). Są to elementy odwracalne, w których nie ma konieczności wymiany.

W stanie normalnym (zimnym) polimer zapewnia dobre przewodzenie prądu. Przy przepływie przez bezpiecznik dużego prądu i ogrzaniu polimeru rezystancja elementu znacznie wzrasta i w chwili zadziałania element osiąga stan równowagi, płynie przez niego niewielki prąd, a wydzielająca się moc pozwala na podtrzymanie bezpiecznika w stanie gorącym.

Fot. 1. Bezpieczniki topikowe rurkowe (szklane)

Fot. 2. Bezpiecznik SMD w oprawie

Bezpieczniki te są bardzo wygodne w stosowaniu, ale ich trwałość jest ograniczona i wynosi od kilkunastu do kilkuset zadziałań. Littelfuse dostarcza całą gamę tego typu zabezpieczeń zarówno w wersji przewlekanej, jak i montowanej powierzchniowo. Parametry i charakterystyki tych elementów są zbliżone do wkładek topikowych zwłocznych, są jednak przeznaczone do pracy ze stosunkowo niskimi napięciami (zazwyczaj do 60 V).

Ochrona przepięciowa

Do podstawowej ochrony przeciwprzepięciowej stosowane są warystory i diody zabezpieczające dużej mocy podobne w działaniu do diod Zenera. Warystory są rodzajem nieliniowych rezystorów, których rezystancja zależy od występującego na nich napięcia. Poniżej napięcia progowego warystor ma dużą rezystancję setek kiloomów, po jego przekroczeniu rezystancja tego elementu szybko maleje.

Innymi słowy warystor powoduje zwieranie impulsów przepięciowych do masy. Warystory mają dużą zdolność pochłaniania energii w momencie przepięcia i są odwracalne. W ofercie Littelfuse są one w wersji do montażu SMT i THT, o napięciach progowych od kilku do kilkuset woltów i różnych wymiarach, decydujących o wielkości energii przepięć, jaką może dany element pochłonąć.

Fot. 3. Bezpieczniki polimerowe

Fot. 4. Warystory przewlekane

Innym elementem zabezpieczenia przeciwprzepięciowego są diody TVS o działaniu podobnym do diod Zenera. Są to elementy dużo szybsze od warystorów i reagują na przepięcia nawet w kilka pikosekund, i nadają się do ochrony przed ładunkami elektrostatycznymi.

Mają one dużą zdolność pochłaniania energii przepięcia nawet do dziesiątek kJ i są dostępne w wersji jednokierunkowej i dwukierunkowej. Littelfuse oferuje wiele typów takich podzespołów, o różnych napięciach znamionowych i zdolności pochłaniania energii w wersjach SMT i THT. Dostępne są też drabinki diod TVS umieszczone w obudowach układów scalonych SMD.

Ochrona odgromowa

Elementami chroniącymi przed przepięciami o dużej energii są elementy gazowane GDT (Gas Discharging Tube). Zawierają one gaz, który po przekroczeniu określonego napięcia ulega jonizacji i zaczyna gwałtownie przewodzić prąd. Napięcie progowe tych podzespołów jest stosunkowo duże (100-1000 V).

Fot. 5. Przykładowe diody TVS

Fot. 6. Ochronniki GDT

Charakteryzują się one zdolnością do przejęcia największej energii spośród wszystkich elementów zabezpieczających przed przepięciami, ale są wolne w działaniu. Są przeznaczone do zastosowań telekomunikacyjnych przed wyładowaniami atmosferycznymi.

Najbardziej optymalną ochroną, stosowaną na ogół na liniach zasilających, jest aplikowanie kilku różnych elementów zabezpieczających przed przepięciami, które współpracują z bezpiecznikiem. Tworzy to kompleksowe zabezpieczenie przed przepięciami i przepływem nadmiernego prądu, także na wypadek uszkodzenia elementu zabezpieczającego.

Janusz Janicki
Transfer Multisort Elektronik
www.tme.pl