Электронный предохранитель для бп. Электронный предохранитель: преимущества и принцип работы

Что такое электронный предохранитель. Как работает электронный предохранитель. Какие преимущества у электронного предохранителя перед обычным. Где применяются электронные предохранители. Как выбрать электронный предохранитель.

Что такое электронный предохранитель и как он работает

Электронный предохранитель (eFuse) — это устройство защиты электрических цепей, которое использует полупроводниковые компоненты вместо плавкой вставки. Принцип его работы следующий:

• Ток нагрузки проходит через полевой транзистор и измерительный резистор
• Напряжение на измерительном резисторе контролируется
• При превышении заданного значения тока логика управления отключает полевой транзистор
• Это прерывает подачу тока на нагрузку

Таким образом, электронный предохранитель обеспечивает быструю и точную защиту от перегрузок по току. В отличие от обычных плавких предохранителей, eFuse может иметь дополнительные функции и возможности.

Преимущества электронных предохранителей

Электронные предохранители имеют ряд важных преимуществ по сравнению с традиционными плавкими предохранителями:

• Высокое быстродействие — время срабатывания может составлять микросекунды
• Возможность работы при малых токах (менее 100 мА) и низких напряжениях
• Возможность сброса и повторного включения после срабатывания
• Защита от обратного тока
• Защита от перенапряжений
• Защита от обратной полярности
• Управляемая скорость нарастания тока при включении/выключении

Эти возможности делают eFuse более гибким и функциональным решением для защиты современных электронных устройств.

Области применения электронных предохранителей

Электронные предохранители находят широкое применение в различных областях электроники и электротехники:

• Системы с горячей заменой компонентов
• Автомобильная электроника
• Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
• Управление зарядом/разрядом аккумуляторов
• Защита источников питания
• Защита чувствительных электронных компонентов
• Промышленная автоматика

В этих приложениях eFuse обеспечивает быструю и надежную защиту от перегрузок, коротких замыканий и других нештатных ситуаций.

Ключевые параметры при выборе электронного предохранителя

При выборе электронного предохранителя необходимо учитывать следующие основные параметры:

• Номинальный ток срабатывания
• Максимальное рабочее напряжение
• Время срабатывания
• Ток потребления в режиме ожидания
• Размеры корпуса
• Наличие дополнительных функций (защита от перенапряжения, обратного тока и т.д.)
• Возможность настройки параметров срабатывания

Правильный выбор этих параметров позволит обеспечить оптимальную защиту электрической цепи с учетом специфики конкретного применения.

Режимы работы электронных предохранителей

Электронные предохранители могут работать в двух основных режимах:

1. Режим с автоматическим повторным включением — после срабатывания eFuse автоматически пытается восстановить подачу тока через определенные интервалы времени.
2. Режим с фиксацией — после срабатывания eFuse остается в выключенном состоянии до принудительного сброса.

Выбор режима зависит от требований конкретного приложения. Режим с автоповтором удобен при кратковременных перегрузках, а режим с фиксацией обеспечивает гарантированное отключение при серьезных неисправностях.

Особенности применения электронных предохранителей

При использовании электронных предохранителей следует учитывать некоторые особенности:

• Необходимость правильного выбора порога срабатывания с учетом пусковых токов нагрузки
• Возможное влияние падения напряжения на измерительном резисторе
• Необходимость обеспечения теплоотвода при больших токах
• Желательность использования дополнительного плавкого предохранителя для защиты от серьезных отказов

Грамотный учет этих факторов позволит реализовать надежную систему защиты на базе электронных предохранителей.

Перспективы развития технологии электронных предохранителей

Технология электронных предохранителей активно развивается. Основные тенденции включают:

• Повышение степени интеграции и уменьшение размеров
• Снижение энергопотребления
• Расширение функциональных возможностей
• Повышение точности и скорости срабатывания
• Интеграция с системами мониторинга и управления

Эти усовершенствования сделают электронные предохранители еще более эффективным инструментом защиты электрических цепей в будущем.

Быстродействующий электронный предохранитель

Устройство предназначено для быстрого отключения потребителей энергии от сети, если ток в цепи превысит допустимую величину. По сравнению с плавкими и электромеханическими предохранителями электронный имеет значительно большее быстродействие. Кроме того данное устройство можно легко и точно настроить на срабатывание при любом токе в диапазоне 0,1 …10 А.

Приводимая схема, рис. 1.9, по сравнению с аналогичными описанными в литературе [ЛЗ] проще в изготовлении и содержит меньше деталей.

Питается устройство защиты непосредственно от сети по бестрансформаторной схеме. Коммутацию нагрузки выполняет электронный ключ — симистор VS1. Для его открывания на управляющий электрод через трансформатор Т2 поступают короткие импульсы. Эти импульсы в нормальном режиме формируются автогенератором, выполненным на однопереходном транзисторе VT1. Использование автогенератора позволяет обеспечить экономичность работы схемы.

Для открывания симистора необходим ток через управляющий электрод до 100 мА. Этот ток обеспечивается в импульсном режиме. Необходимая энергия в генераторе накапливается на конденсаторе С2 при его заряде от источника питания (через резистор R2). Как только напряжение на нем достигнет порога открывания транзистора VT1 — конденсатор С2 разряжается по цепи переход эмиттер-база VT1-Т2/1. Процесс этот повторяется с частотой, определяемой величиной номиналов элементов R2-C2 (примерно 1,5…2 кГц).

Так как частота следования импульсов автогенератора значительно больше, чем сетевая (50 Гц), то симистор открывается практически в начале каждого полупериода сетевого напряжения.

Датчиком тока в цепи нагрузки является токовый трансформатор Т1. При протекании в нагрузке тока он проходит и через первичную обмотку Т1. Во вторичной обмотке (3-4) выделяется повышенное напряжение, пропорциональное току в нагрузке.

Это напряжение выпрямляется диодным мостом (VD1) и поступает через резистор R5 на управляющий электрод тиристора VS2. Если данное напряжение достигнет уровня, необходимого для срабатывания тиристора VS2, он откроется. В этом случае VS2 через диод VD2 закорачивает цепь заряда конденсатора С2 и автогенератор перестанет работать. Когда импульсы, управляющие коммутатором VS1, пропадут — нагрузка отключится и начнет светиться индикатор (HL1) работы защиты.

В этом состоянии схема может находиться долгое время и чтобы вернуть ее в исходное, необходимо нажать кнопку SB1. А с помощью кнопки SB2 нагрузку можно при необходимости отключить вручную. Общим выключателем является также SA1.

Чувствительность срабатывания схемы можно плавно регулировать при помощи резистора R3. Конденсатор С1 предохраняет от срабатывания защиты при кратковременных помехах в сети.

Токовый трансформатор Т1 потребуется изготовить самостоятельно. Для намотки удобно использовать каркас и магнитопровод от любого трансформатора, применяемого в старых отечественных телефонах. Подойдет магнитопровод из железа или феррита М2000НМ типоразмера Ш5х5 (в месте расположения катушки у него сечение 5×5 мм). При этом обмотка 3-4 выполняется проводом ПЭЛ диаметром 0,08 мм и содержит 3000. ..3400 витков. Последней наматывается обмотка 1-2 проводом ПЭЛ-2 диаметром 0,82…1,0 мм — 30…46 витков.

Импульсный трансформатор Т2 выполнен внутри броневого магнитопровода типоразмера Б14 из феррита с магнитной проницаемостью М2000НМ. Его конструкция показана на рис. 1.43. В центре сердечника необходимо обеспечить зазор 0,1…0,2 мм, что исключит его намагничивание в процессе работы. Обмотка 1 содержит 80 витков, 2 — 40 витков проводом ПЭЛШО диаметром 0,1…0,12 мм.

В схеме использованы детали: подстроенный резистор R3 типа СПЗ-19а, остальные резисторы любого типа; конденсаторы С1, C3 типа К50-35 на 25 В; С2 и С4 — К73-17В на рабочее напряжение не менее 63 и 400 В соответственно. Кнопки SB1, SB2 и светодиод HL1 подойдут любые миниатюрные.

Настройку схемы лучше начинать с проверки работы автогенератора собранного на транзисторе VT1. Для этого удобно питание подавать не от сети, а использовать внешний источник постоянного напряжения 15…20 В, подключив его в точки а-б.

При работе автогенератора на конденсаторе С2 должно быть напряжение, форма которого показана на рис. 1.10. Если таких импульсов нет, то может потребоваться подбор номинала резистора R2.

 

Срабатывание тиристора VS2 при нажатии на кнопку SB2 должно фиксироваться. Если светодиод HL1 постоянно не светится после отпускания кнопки — надо уменьшить номинал резистора R4 для увеличения тока, необходимого, чтобы удерживать VS2 в открытом состоянии.

Проверить работу устройства можно, подключив к гнездам XS1 лампу и стрелочный вольтметр. Прежде всего необходимо убедиться в том, что симистор VS1 полностью открывается (измерив напряжение на лампе). Если это не так, то нужно поменять местами выводы в любой из обмоток импульсного трансформатора Т2.

Схему электронного предохранителя можно упростить, убрав токовый трансформатор Т1, а вместо его обмотки 1-2 использовать резистор (R10) с маленьким сопротивлением (0,2…0,3 Ом) и диод, рис. 1.11. Величина сопротивления R10 подбирается под нужный ток защиты. Но в этом случае схема защиты будет работать на одной полуволне сетевого напряжения, что, естественно, может снизить быстродействие при отключении нагрузки.

При использовании схемы следует учитывать, что некоторые потребители энергии, например лампы, импульсные источники питания, электромоторы и некоторые другие, в момент включения дают Оросок тока. В этом случае порог срабатывания защиты надо увеличивать или, что будет значительно лучше, принять меры по уменьшению броска тока в нагрузке. Например, для лампы освещения можно обеспечить режим плавного увеличения напряжения при включении. :)то не только продлит ее срок службы, но и уменьшит помехи в сети.

Простейший способ уменьшения броска тока при включении пампы — применение защитных терморезисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. В настоящее время такие резисторы, например из серии ТР-15, выпускает отечественная промышленность. Эти резисторы позволяют сглаживать пусковые броски тока в лампах накаливания, кинескопах, импульсных источниках питания, электромоторах и других устройствах в 5. ..10 раз. В рабочем режиме терморезисторы нагреваются проходящим через них током до температуры 150…200°С. При этом они уменьшают свое сопротивление более чем в 100 раз.

Так, например, для защиты ламп накаливания мощностью 100…200 Вт подойдет терморезистор типа ТР-15-470-1,6 (номинальное сопротивление при 25°С — 470 Ом, а в прогретом состоянии 4,3 Ом). Для мощности лампы 25…100 Вт — ТР-15-1000-1,6 (номинальное сопротивление при 25°С — 1000 Ом, в прогретом состоянии 9,2 Ом).

Литература:  И.П. Шелестов — Радиолюбителям полезные схемы, книга 3.

Схемы защиты и бесперебойного питания (Страница 6)

Резервный источник питания 220В

В быту, особенно в сельской местности, нередки случаи, когда неожиданно отключают электроснабжение. В такой ситуации выручить может аварийное электропитание. В качестве первич- иого источника для него наиболее доступна автомобильная стар-терная аккумуляторная …

0 5877 0

Электронный предохранитель на транзисторах

Как известно, существует немало различных источников тока, у которых не предусмотрена защита от аварийных токовых перегрузок, — это практически все гальванические элементы и батареи, большинство аккумуляторов и батарей из них, сетевые . ..

3 6314 0

Схема электронного предохранителя на двух транзисторах

В качестве устройства электронной защиты источников питания можно использовать предлагаемый электронный предохранитель, включаемый между источниками и нагрузкой. Схема работает следующим образом. Когда ток нагрузки не превышает заранее…

0 4736 0

Электронный сетевой (220В) предохранитель

Схема предохранителя, способного мгновенно отключить нагрузку при увеличении потребляемого ею тока выше установленного предела, представлена ниже. Силовая часть устройства состоит из диодного моста VD1..VD4, в диагональ которого включен тиристор VS1. Если фотодинистор …

1 7450 0

Блок защиты радиоаппаратуры с питанием от 12В

Предлагаемая схема обезопасит радиоаппаратуру, например, радиостанцию или магнитолу, от выхода из строя при случайной переполюсовке или повышении напряжения питания, что нередко бывает при неисправности генератора в автомобиле. Схема работает следующим образом …

1 3951 0

Устройство защиты нагрузки от высокого напряжения

Устройство (патент DL-WR 82992), принципиальная схема которого приведена на рис. 7.28, может использоваться в стабилизированных выпрямителях последовательного типа для защиты нагрузки от недопустимо высокого выходного напряжения. В нормальных условиях транзистор VT1 работает в…

2 3565 0

Автомат защиты от перенапряжения для сети 220В

Не секрет, что сетевое напряжение порою «скачет» столь высоко, что не всякий электро- или радиоприбор его выдерживает. Отсюда и растущие горы аппаратуры в мастерских. Причем замечено, что особая зона нестабильности напряжения — сельская местность. Конечно, на помощь …

1 6236 0

Звуковой сигнализатор перегрузки блока питания

Звуковая сигнализация позволяет пользователю быстро среагировать на аварийную ситуацию, если при экспериментах с различной радиоэлектронной аппаратурой возникла перегрузка источника питания.

Схема источника питания со звуковым сигнализатором превышения потребления тока показана …

0 4433 0

Автоматический ограничитель переменного тока

Это устройство предназначено для автоматического отключения нагрузки, если протекающий через нее ток превысит допустимый. Ток, протекающий через нагрузку, подключенную к разъему XI, создает на резисторе R3 падение напряжения. Часть этого напряжения, снимаемого с движка …

0 5622 0

Индикатор перегорания предохранителя

Устройство, схема которого приведена ниже, предназначено не только для индикации включения аппаратуры, но и для контроля исправности плавкого предохранителя, поставленного в цепи постоянного тока напряжением до 20 В. При исправном предохранителе F1 …

0 4448 0

 1 …  2  3  4  5 6 7 

Электронные предохранители

обеспечивают улучшенную защиту цепи

Термические предохранители успешно используются более 150 лет в качестве основного устройства защиты цепи. Они эффективны, надежны, просты в использовании и выпускаются в широком диапазоне значений и вариаций для достижения различных целей проектирования. Тем не менее, они имеют неизбежные недостатки для разработчиков, которым требуется чрезвычайно быстрое отключение тока, возможность самовозврата, а также способность работать при относительно низких значениях тока. Для этих разработчиков электронные предохранители, часто обозначаемые как eFuse или e-Fuse, являются отличным решением, иногда заменяющим, но обычно дополняющим плавкий предохранитель.

Предохранители eFuse основаны на простой концепции измерения тока путем измерения напряжения на известном резисторе с последующим отключением тока через полевой транзистор (FET), когда он превышает расчетный предел. eFuse предлагает возможности, гибкость и функции, которые не могут обеспечить плавкие предохранители.

В этой статье описывается, как работают eFuse. Затем будут изучены функции, дополнительные функции и эффективное использование этих предохранителей активной цепи. Попутно будут представлены примеры решений от Texas Instruments, Toshiba Electronic Devices and Storage и STMicroelectronics, а также описано их эффективное использование.

Как работают электронные предохранители?

Принцип действия обычного плавкого предохранителя прост, известен и надежен: когда ток, проходящий через плавкую вставку, превышает расчетное значение, этот элемент нагревается настолько, что плавится. Это разрывает текущий путь, и ток становится равным нулю. В зависимости от номинала и типа предохранителя, а также величины перегрузки по току, термопредохранитель может среагировать и открыть путь тока в течение от нескольких сотен миллисекунд до нескольких секунд. Конечно, как и со всеми активными и пассивными компонентами, существует множество вариаций, тонкостей и оттенков работы, доступных для этого полностью пассивного устройства, которое в принципе простое.

Электронные предохранители, напротив, работают по совершенно другому принципу. Они предоставляют некоторые из тех же функций, но также добавляют новые, различные функции и возможности. Базовая концепция eFuse также проста: ток нагрузки проходит через полевой транзистор и измерительный резистор и контролируется по напряжению на этом чувствительном резисторе. Когда оно превышает заданное значение, логика управления отключает полевой транзистор и прерывает подачу тока (рис. 1). Полевой транзистор, включенный последовательно с линией питания и нагрузкой, должен иметь очень низкое сопротивление во включенном состоянии, чтобы не вызывать чрезмерного падения сопротивления по току (IR) или потери мощности.

Рис. 1. В предохранителе eFuse, когда ток от источника питания к нагрузке проходит через измерительный резистор, он контролируется по напряжению на этом резисторе; когда он превышает установленное значение, логика управления отключает полевой транзистор, блокируя подачу тока на нагрузку. (Источник изображения: Texas Instruments)

Может показаться, что eFuse — это просто более сложная активная версия классического пассивного термопредохранителя. Хотя это правда, eFuse также предлагает некоторые уникальные характеристики:

Скорость: Это быстродействующие устройства с временем реакции порядка микросекунд, некоторые из которых рассчитаны на наносекундную реакцию. Это важно для современных схем с относительно чувствительными ИС и пассивными компонентами.

Слаботочный режим: Предохранители eFuse могут быть рассчитаны не только на работу при малых токах (порядка 100 миллиампер (мА) или меньше), но также хорошо работают при низких напряжениях, выраженных однозначной цифрой. На этих уровнях плавкие предохранители часто не могут быть снабжены достаточным током самонагрева, чтобы вызвать плавление их плавкой вставки.

Сбрасываемый: В зависимости от конкретной модели, eFuse предлагает выбор: остаться выключенным после его активации (так называемый режим блокировки) или возобновить нормальную работу, если текущая неисправность устранена (режим автоматического повтора). Последняя настройка особенно полезна в ситуациях с переходными пусковыми токами, когда нет «жесткой» неисправности, например, когда плата подключена к шине с питанием. Это также полезно, когда замена предохранителя будет сложной или дорогостоящей.

Защита от обратного тока: Предохранитель eFuse также может обеспечить защиту от обратного тока, чего не может сделать плавкий предохранитель. Обратные токи могут возникать, когда напряжение на выходе системы выше, чем на ее входе. Это может произойти, например, при параллельном подключении набора резервных источников питания.

Защита от перенапряжения: С некоторыми дополнительными схемами eFuse может также обеспечивать защиту от перенапряжения от скачков напряжения или индуктивных выбросов, отключая полевой транзистор, когда входное напряжение превышает установленную точку срабатывания по перенапряжению, и оставаясь в состоянии OFF до тех пор, пока это не произойдет. состояние перенапряжения сохраняется.

Защита от обратной полярности: Предохранитель eFuse также может обеспечивать защиту от обратной полярности, быстро отключая ток, если источник подключен наоборот. Примером может служить автомобильный аккумулятор, который на короткое время включается в обратном направлении из-за случайного контакта с кабелем.

Изменение скорости нарастания: Некоторые усовершенствованные предохранители eFuse также могут обеспечивать заданное линейное изменение скорости нарастания тока при включении/выключении путем управления включением/выключением проходного элемента FET с помощью внешнего управления или фиксированных компонентов.

По этим причинам предохранители eFuse являются привлекательным решением для управления током. Хотя в некоторых случаях их можно использовать вместо термопредохранителей, они часто используются в паре. В такой схеме eFuse используется для локализованной, быстродействующей защиты подсхемы или печатной платы, например, в системах горячей замены (горячей замены), автомобильных приложениях, программируемых логических контроллерах (ПЛК) и управлении зарядом/разрядом аккумуляторов. ; дополнительный плавкий предохранитель обеспечивает защиту на уровне системы от крупных и серьезных отказов, когда требуется жесткое и постоянное отключение.

Таким образом, разработчик получает лучшее из обоих миров, включая все возможности eFuses и четкую и недвусмысленную работу термопредохранителя. Это достигается без технических компромиссов или недостатков. Есть, конечно, некоторые компромиссы, как и в любом дизайнерском решении. В данном случае это постепенное увеличение недвижимости и немного большая спецификация (BOM).

Выбор eFuse: функции и приложения

При выборе eFuse необходимо учитывать некоторые основные параметры. Неудивительно, что самым важным соображением является уровень тока, при котором срабатывает предохранитель. Обычно это может варьироваться от менее 1 ампера (А) до примерно 10 А, а также максимальное напряжение, которое предохранитель может выдерживать на своих клеммах. Для некоторых eFuse этот уровень тока является фиксированным, в то время как для других он может быть установлен пользователем с помощью внешнего резистора. К другим факторам выбора относятся скорость отклика, ток покоя, размер (занимаемая площадь), а также количество и тип необходимых внешних вспомогательных компонентов, если таковые имеются. Кроме того, разработчики должны учитывать любые дополнительные возможности и функции, которые могут предлагать различные модели eFuse.

Например, ПЛК — это приложение, в котором предохранители eFuse полезны в различных подсхемах, которые могут быть подвержены ошибкам ввода-вывода датчиков и неправильному подключению питания. Имеются также скачки тока при подключении проводов или горячей замене плат. В этих 24-вольтовых приложениях часто используется предохранитель eFuse, такой как Texas Instruments TPS26620. На рис. 2 он показан настроенным на предел 500 мА. Он работает от 4,5 В до 60 В при токе до 80 мА, с программируемым ограничением тока, защитой от перенапряжения, пониженного напряжения и обратной полярности. ИС также может контролировать пусковой ток и обеспечивать надежную защиту от обратного тока и неправильного подключения как для модулей ввода-вывода ПЛК, так и для источников питания датчиков.

Рис. 2. Предохранитель TPS26620 eFuse от Texas Instruments настроен на срабатывание при токе 500 мА в этом приложении ПЛК на 24 В постоянного тока. (Источник изображения: Texas Instruments)

Временные диаграммы на рис. 3 для Toshiba TCKE805, 18-вольтового, 5-амперного предохранителя eFuse, показывают, как один поставщик реализовал режимы с автоматическим повтором и с фиксацией. В режиме автоматического повтора (задается выводом корпуса EN/UVLO) функция защиты от перегрузки по току предотвращает повреждение eFuse и его нагрузки, подавляя энергопотребление в случае неисправности.

Рис. 3. Toshiba TCKE805 18 В, 5 А eFuse использует последовательность циклов проверки и повторения, чтобы оценить, безопасно ли восстановить ток. (Источник изображения: Toshiba)

Если выходной ток, установленный внешним резистором (R _LIM ), превышает значение предельного тока (I _LIM ) из-за ошибки нагрузки или короткого замыкания, выходной ток и выходной ток снижение напряжения, тем самым ограничивая мощность, потребляемую ИС и нагрузкой. Когда выходной ток достигает заданного предельного значения и обнаруживается перегрузка по току, выходной ток ограничивается так, чтобы ток не превышал I _LIM течет. Если ситуация с перегрузкой по току не устранена на этом этапе, это состояние фиксации сохраняется, а температура eFuse продолжает расти.

Когда температура eFuse достигает рабочей температуры функции отключения при перегреве, полевой МОП-транзистор eFuse отключается, полностью прекращая подачу тока. Операция автоматического повтора пытается восстановить протекание тока, останавливая ток, что снижает температуру и отключает тепловое отключение. Если температура снова повышается, цикл повторяется и работа останавливается до тех пор, пока не будет устранена ситуация перегрузки по току.

В отличие от этого, режим фиксации фиксирует выходной сигнал до тех пор, пока eFuse не будет сброшен через контакт включения (EN/UVLO) микросхемы (рис. 4).

Рис. 4. В режиме фиксации, в отличие от режима автоматического повтора, Toshiba eFuse не сбрасывается до тех пор, пока это не будет сообщено с помощью вывода включения микросхемы. (Источник изображения: Toshiba)

Некоторые предохранители eFuse могут быть настроены для решения проблем, связанных с определением тока через резистор, таких как связанное с этим падение IR, которое снижает напряжение на выходной шине. Например, 3,3-вольтовый STEF033AJR от STMicroelectronics имеет номинальный максимальный ток и значения сопротивления полевых транзисторов в открытом состоянии 3,6 А и 40 мОм (мОм) соответственно для корпуса DFN; и 2,5 А и 25 мОм для флип-чипа. В обычном подключении, показанном на рис. 5, при более высоких значениях тока даже незначительное падение ИК-излучения примерно на 15 милливольт (мВ) в шине питания через сопротивление в открытом состоянии может быть значительным и тревожным.

Рис. 5: При обычном подключении STEF033AJR резистор, который устанавливает предельное значение R-lim, размещается между двумя назначенными клеммами. (Источник изображения: STMicroelectronics)

Изменение обычного соединения путем помещения резистора между соединением ограничения положительной стороны и соединением выходного напряжения (V _OUT /Source) реализует датчик Кельвина, который компенсирует падение ИК-излучения. (Рисунок 6).

Рис. 6: Чтобы уменьшить влияние падения IR по току, отрицательная сторона ограничительного резистора подключена к выходу напряжения (V _АУТ /Источник). (Источник изображения: STMicroelectronics)

Обратите внимание, что, хотя предохранители eFuse являются полупроводниками и могут работать при однозначных напряжениях, они не ограничиваются этим низким диапазоном. Например, предохранители eFuse в семействе Texas Instruments TPS2662x рассчитаны на работу от 4,5 до 57 вольт.

eFuse: сделать или купить?

В принципе можно собрать базовый eFuse из дискретных компонентов, используя пару полевых транзисторов, резистор и катушку индуктивности. Самые ранние предохранители eFuse были построены таким образом, при этом индуктор служил двум целям: фильтровать выход постоянного тока, а также действовать как чувствительный резистор, используя сопротивление его обмоток постоянному току.

Однако для усовершенствованного eFuse с более стабильной производительностью, учитывающей характеристики его компонентов, а также соображения реальной эксплуатации, требуется больше, чем несколько отдельных компонентов. Даже с дополнительными компонентами он может обеспечить только базовую функциональность eFuse (рис. 7).

Рис. 7. Устройство eFuse с базовой функциональностью, использующее дискретные компоненты, должно предвидеть и преодолевать присущие им ограничения.

(Источник изображения: Texas Instruments)

Реальность такова, что накопление активных и пассивных дискретных компонентов вскоре становится громоздким, подвержено колебаниям производительности от устройства к устройству и имеет проблемы, связанные с первоначальным допуском, старением компонентов и температурным дрейфом. Короче говоря, дискретное решение «сделай сам» имеет много ограничений:

• Дискретные схемы обычно используют P-канальный полевой МОП-транзистор в качестве проходного элемента, который дороже, чем N-канальный полевой МОП-транзистор с точки зрения достижения того же сопротивления в открытом состоянии. стоимость (р _ДС(ОН) ).
• Дискретные решения неэффективны, поскольку включают рассеивание мощности на диоде с соответствующим повышением температуры платы.
• В дискретных схемах сложно включить адекватную тепловую защиту проходного элемента FET. В результате это важное усовершенствование должно быть опущено, или конструкция должна быть значительно увеличена, чтобы обеспечить подходящую безопасную рабочую зону (SOA).
• Комплексная дискретная схема требует большого количества компонентов и значительного пространства на плате, а потребность в прочности и надежности схемы защиты требует добавления дополнительных компонентов.
• Хотя скорость нарастания выходного напряжения в дискретных конструкциях регулируется с помощью компонентов резисторов и конденсаторов (RC), размеры этих компонентов должны выбираться с учетом характеристик затвора проходного полевого транзистора.

Даже если бы решение на основе дискретных компонентов было приемлемым, его возможности были бы ограничены по сравнению с решением на интегральных схемах. Последний может включать в себя некоторые или все многочисленные дополнительные функции, упомянутые ранее, как показано на рис. 8 блок-схемы eFuse. Кроме того, решение IC меньше по размеру, имеет более стабильную и полностью охарактеризованную производительность и предлагает «душевное спокойствие», которое не может предложить многокомпонентное решение, и делает это по более низкой цене. Обратите внимание, что в техпаспорте TPS26620 есть несколько десятков графиков производительности и временных диаграмм, охватывающих различные условия работы, и все это было бы трудно создать для дискретного подхода «сделать».

Рисунок 8: За внешней простотой и видом полнофункционального eFuse скрывается его внутренняя сложность, воспроизвести которую с помощью дискретных компонентов было бы очень сложно. (Источник изображения: Texas Instruments)

Есть еще одна важная причина купить стандартную микросхему eFuse, а не использовать дискретную схему «сделай сам»: одобрение регулирующих органов. Многие предохранители — тепловые и eFuse — используются для функций, связанных с безопасностью, чтобы предотвратить условия, при которых чрезмерный ток может вызвать перегрев компонентов и, возможно, возгорание или нанести вред пользователям.

Все обычные плавкие предохранители одобрены различными регулирующими органами и стандартами для обеспечения безопасного отключения тока при правильном использовании. Однако было бы очень сложно и долго, и, вероятно, даже невозможно получить такие же утверждения для дискретного решения.

Напротив, многие микросхемы eFuse уже одобрены. Например, предохранители eFuse в серии TPS2662x признаны UL 2367 («Твердотельные устройства защиты от перегрузки по току специального назначения») и сертифицированы IEC 62368-1 (Аудио/видео, информационное и коммуникационное оборудование — 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 импульсным перенапряжениям»). Чтобы получить такую ​​сертификацию, эти предохранители eFuse проходят испытания на работоспособность в своей основной роли, а также в условиях, включающих минимальные и максимальные рабочие температуры, минимальные и максимальные температуры хранения и транспортировки, обширные нештатные испытания и испытания на выносливость, а также термоциклирование.

Заключение

Предохранители eFuse, в которых для отсечки тока используется активная схема, а не плавкая вставка, помогают разработчикам выполнять требования, включающие быстрое отключение, самовозврат и надежную работу в условиях слабого тока. Они также поставляются с различными функциями защиты, а также с регулируемой скоростью нарастания. Как таковые, они являются ценным дополнением к инженерному набору компонентов защиты цепи и системы.

Как уже говорилось, предохранители eFuse могут заменить обычные плавкие предохранители, хотя во многих случаях они обеспечивают локальную защиту и дополняются тепловым предохранителем. Подобно почтенным тепловым предохранителям, многие из предохранителей eFuse также сертифицированы для использования в функциях, связанных с безопасностью, что расширяет их универсальность и применимость.

Дополнительная литература

1. «МЭК 62368-1 уже в пути: новый стандарт безопасности для оборудования ИКТ и AV»
2. «Правильный источник питания имеет решающее значение для соблюдения нового стандарта безопасности потребительских товаров IEC/UL IEC-62368»
3. «Учебник по предохранителям»
4. «Как выбрать и применить интеллектуальные технологии измерения и контроля тока (вместо предохранителей)»

Отказ от ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и/или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Электронные автоматические выключатели – Электронный предохранитель

Электронное реле обеспечивает высокую коммутационную способность.
Компактные электронные блоки управления WAGO вступают в игру, когда основное внимание уделяется как безопасности, так и превосходному соотношению цены и качества.

Автоматические автоматические выключатели WAGO могут многое предложить:

• Они обеспечивают надежную защиту от перегрузок и коротких замыканий.
• Также позволяют включать нагрузки большой емкости 50 000 мкФ и более без увеличения уставки номинального тока.
• Одно-, двух-, четырех- и восьмиканальные модели и номинальный ток от 0,5 до 12 А обеспечивают гибкость, необходимую для настройки номинального тока в соответствии с вашим конкретным приложением.
• При максимальной ширине 45 мм (1,772 дюйма) эти ECB отличаются высокой плотностью каналов для экономии места в шкафу управления.
• Некоторые устройства также доступны с активным ограничением тока, предотвращающим перегрузку блока питания при коротком замыкании.

Новости

Электронные автоматические выключатели от WAGO

Точная защита и экономия места для цепей постоянного тока

Узнайте о преимуществах автоматических выключателей WAGO по сравнению с обычными автоматическими выключателями. Если источник питания не может временно обеспечить высокий избыточный ток, то предохранители и обычные автоматические выключатели часто оказываются неэффективными для селективной защиты отдельных токопроводящих путей на вторичной стороне.

Одноканальные электронные автоматические выключатели (ECB)

Одноканальные электронные автоматические выключатели обеспечивают надежную защиту при ширине всего 6 мм. Штефан Вагнер подробно представляет продукцию.

Новый продукт

Простая защита малых токов

Новый электронный автоматический выключатель WAGO на 0,5 А

Благодаря одноканальному автоматическому выключателю WAGO (787-2861/050-000) даже малые токи нагрузки 0,5 А теперь могут быть легко защищены при управлении схемы. Быстрое и надежное отключение через 4 мс гарантируется всеми семью автоматическими выключателями. Кроме того, автоматический выключатель экономит место в шкафу управления или системной распределительной коробке благодаря своей габаритной ширине всего 6 мм. Различные варианты управления встроенным цифровым входом позволяют устанавливать каналы в определенное состояние для более удобного использования. Цифровой выход сообщает о текущем состоянии. Тот факт, что они имеют одинаковый профиль, позволяет напрямую объединять входные и выходные напряжения в устройствах серий 857 и 2857.

Преимущества для вас:

• Защита от токов нагрузки от 0,5 до 8 А
• Тонкая конструкция толщиной 6 мм (0,236 дюйма) экономит место
• Надежное отключение автоматического выключателя всего за 4 мс

  7

Перейти к продукту

Узнайте больше Электронные автоматические выключатели

Одноканальные электронные автоматические выключатели (ECB)

Новые модули имеют ширину всего 6 мм (0,236 дюйма), что делает их самыми тонкими ECB, доступными в настоящее время на рынке. Они примерно на 66 % меньше миниатюрных автоматических выключателей, что позволяет сэкономить еще больше места, особенно при использовании в шкафах управления. Эти ECB позволяют включать нагрузки с высокой емкостью более 50 000 мкФ, помогая снизить количество ложных срабатываний из-за пусковых токов.

Преимущества для вас:

• 24 В постоянного тока; доступны шесть версий для номинального тока от 1 до 8 А
• Цветовая кодировка устройств соответствует номинальному току
• Чрезвычайно тонкая конструкция
• Включающая способность: > 50 000 мкФ
• Широкий диапазон температур окружающего воздуха: −25 … +70 ° C (−13 … +158 °F)
• Сброс и включение/выключение непосредственно на модуле или дистанционно с помощью цифрового входного сигнала
• Триггерный сигнальный выход – также может быть объединен как групповой сигнал для 30 устройств
• Сертификаты: CE, UL 61010, UL 2367

Показать список продуктов

2-, 4- и 8-канальные ЭАВ

Компактные автоматические автоматические выключатели WAGO обеспечивают надежную защиту с превосходным соотношением цены и качества. Они обладают выдающимися характеристиками и надежной защитой от перегрузок и коротких замыканий. При максимальной ширине 45 мм (1,772 дюйма) эти ECB отличаются высокой плотностью каналов для экономии места в шкафу управления.

Преимущества для вас:

• 2-, 4- и 8-канальный автоматический выключатель с регулируемым током от 0,5 до 12 А
• Высокая коммутационная способность: > 50 000 мкФ
• Коммуникационные возможности: удаленный мониторинг и сброс
• Дополнительное активное ограничение тока
• Сертификаты: CE, UL 60950, UL 2367, GL

Показать список продуктов

Преимущества ECB WAGO для вас

6

Простое подключение

Сигнальный выход можно объединить и сбросить до 30 устройств

7

Множество вариантов конфигурации

Опциональная настройка номинального тока от 1 до 8 А и семь различных вариантов конфигурации для цифрового выхода измерения

8

Поворотный переключатель

Номинальный ток можно отрегулировать в шесть ступеней для каждого канала отдельно; прозрачная, пломбируемая, маркируемая крышка

9

Связь

Быстрая и надежная связь по протоколу IO-Link, сигнальному контакту, беспотенциальному сигналу или протоколу Manchester

10

Экономия места в шкафу управления

До восьми каналов в модуле шириной всего 42 мм (1,653 дюйма)

Зачем нужна защита вторичного предохранителя?

На вторичной стороне импульсные источники питания обеспечивают напряжение постоянного тока для нагрузок цепей управления, таких как контроллеры, панели управления, дисплеи и вспомогательные реле. Эти цепи управления также требуют защиты проводки и, если нагрузка не имеет собственного защитного устройства, защиты устройства. Кроме того, директива по машинному оборудованию EN 60204 требует обнаружения опасных замыканий на землю в цепях управления и их отключения в течение пяти секунд.

Защита от перегрузки по току в первичных импульсных источниках питания очень быстро реагирует на перегрузку по току на стороне выхода. Селективная защита отдельных токовых цепей во вторичной цепи с помощью предохранителей или обычных автоматических выключателей часто оказывается неэффективной, если источник питания не может обеспечить кратковременную перегрузку по току.

Какие типы предохранителей существуют?

Термальный

Возможное применение:

• Используется в предохранителях NH, DP
• Для быстрого срабатывания требуются высокие сверхтоки

Пояснение:

• В примере: десятикратная перегрузка по току (по отношению к номинальному току предохранителя): срабатывание в диапазоне 30 мс (в лучшем случае) или 200 мс (наихудший случай)
• Только двукратная перегрузка по току: отключение в диапазоне 2 с (наилучший случай) или >100 с (наихудший случай).

Тепловые и магнитные

Возможное применение:

• Используется в автоматических выключателях или выключателях защиты двигателей
• Для быстрого отключения требуются большие токи

Пояснение:

• В примере: трехкратная или пятикратная перегрузка по току для В-характеристики и работы на переменном токе, дополнительный коэффициент безопасности: 1,2 или 1,5
• Таким образом, в В худшем случае необходим ток отключения в 7,5 раз больше номинального тока.

Электронный

Возможные области применения:

• Возможности точной настройки
• Реакция в течение короткого времени, даже при малых перегрузках по току
• Возможна защита длинных кабельных трасс и небольших сечений

Пояснение:

• Автоматические автоматические выключатели обеспечивают надежную защиту даже при малых перегрузках по току и при большой длине кабеля.

Как работает ЕЦБ?

ECB проверяет, превышает ли выходной ток номинальный ток. Как только выходной ток превышает номинальный ток, выход автоматически отключается полупроводниковым переключателем. Время отключения зависит от величины перегрузки по току. Измерение выходного тока, обработка и расчет времени срабатывания, а также срабатывание полупроводникового переключателя выполняются микропроцессором, который контролирует один или несколько выходных каналов. Соответствующее время срабатывания можно найти на графике справа.

Преимущества ECB

• Отключение сверхтоков вторичной обмотки и коротких замыканий – даже при длинных кабелях и проводниках малого сечения – с точностью, скоростью и воспроизводимостью
• Селективность, особенно с автоматическими выключателями с активным ограничением тока выход
• Быстрая и надежная связь по протоколу IO-Link, сигнальному контакту, беспотенциальному сигналу или манчестерскому протоколу
• Удобный монтажный размер и ширина, например, восемь выходных каналов всего на 42 мм (1,653 дюйма) (что экономит более 70 % монтажного пространства по сравнению с миниатюрными автоматическими выключателями)
• Номинальный ток может быть установлен для каждого канала
• Удовлетворяют требованиям EN 60204-1 по надежному отключению замыкания на землю через пять секунд

Связь

Связь 1.

0
Цифровая сигнализация (S/P)

Электронный автоматический выключатель можно сбросить с помощью цифрового управляющего сигнала. С помощью этого управляющего сигнала также можно включать и выключать ECB 787-2861. Цифровой выходной сигнал показывает состояние канала или сумму каналов для ECB 787-166x. Для некоторых устройств этот сигнал является беспотенциальным (P).

Связь 2.0


Манчестерский протокол (M)

ПЛК передает закодированную последовательность импульсов на управляющий вход S1. ECB синхронизируется автоматически. Текущее состояние всех выходных каналов передается обратно одновременно через сигнальный выход S2. Изменение фронта интерпретируется как «высокий» или «низкий». Для каждого канала как его статус, так и его значения напряжения/тока могут быть переданы индивидуально.

Связь 3.0


IO-Link (I)

Для каждого канала его состояние и значения напряжения/тока могут быть переданы отдельно через интерфейс IO-Link COM3. Номинальный выходной ток также можно настроить через этот интерфейс, если поворотный переключатель устройства установлен соответствующим образом.