SMD pojistky využívají různé technologie k zajištění celou řadu vypínacích charakteristik. Tento článek poskytne základní informace o vlastnostech pojistky a její vliv na ochranu obvodu. Poté si představíme SMD pojistky od společnosti Bourns, včetně jejich způsobu použití.

Standardní tavná pojistka je časově stálá

Princip tavné pojistky je starý přes 150 let. Jedná se o spolehlivé řešení, které zajišťuje ochranu před nadproudem. Překročení proudu způsobí trvalé přerušení obvodu. Pro tavnou pojistku se používají různé schematické symboly (obrázek 1). Pojistka se skládá z kovového tavitelného prvku, který je umístěn do těla pojistky. Pokud proud procházející tavitelným prvkem překročí přednastavený limit po dostatečně dlouhou dobu, dochází k samoohřevu až se pojistka roztaví. Toto ohřívání je přímým důsledkem ohmické ztráty výkonu I²R.

Obrázek 1: Pro tavnou pojistku se používá jeden z několika schematických symbolů podle toho, který standard je použit. (Zdroj obrázku: ClipArtKey.com)

Tavné pojistky se vyrábí v různých tvarech a provedení. Nejznámějším typem pojistky je skleněná tavná pojistka 3AG, která má rozměry 5x20 mm nebo 6,3 x 32 mm. Pro každou pojistku jsou k dispozici podrobné grafy, které ukazující vztah mezi nadproudovou hodnotou a dobou potřebnou k roztavení tavného prvku. Tento vztah se označuje jako charakteristika I²t ( tepelná energie), která je výsledkem toku proudu a uvádí se v jednotkách A²s.

Pojistka není jediným ochranným prvkem v obvodu. Existují ​​další pasivní zařízení, která poskytují jinou formu ochrany. A to blokování, omezení či odfiltrování nadměrných impulsů proudu nebo špiček napětí. Žádný z nich však není náhradou pojistky.Používají se jako doplněk pojistky, pokud to dává technický smysl.  Mezi tyto doplňující ochrany patří:

• Varistor na bázi oxidu kovu (MOV)
• Termistor s kladným teplotním koeficientem (PTC)
• Dioda potlačující přechodové napětí (TVS)
• Plynová výbojka (GDT)
• Polymerová resetovatelná PTC pojistka

Tavná pojistka není vhodná všude

Tavná pojistka se považuje za prvek, který je snadno vyměnitelný v terénu. Má to jednu podmíníku, a to vhodně přizpůsobený držák pojistky. Pro mnoho produktů je výměna zbytečná, neproveditelná či dokonce nežádoucí. Jedná se například o mobilní telefony, set-top boxy, nabíječky, síťové adaptéry AC / DC, hračky, elektrické nářadí a další.

Kdy není vhodné použít tavnou pojistku?

• K ochraně dílčích obvodů by bylo zapotřebí několik pojistek s různými hodnotami než pojistka celého produktu.
• Tavná pojistka je příliš veliká. Například smartphone, kde je pojistka nutná především k ochraně baterie a nabíjecích obvodů. V některých typech telefonu nemá koncoví uživatl přístup dovnitř telefonu.
• Pokud není znám skutečný důvod vybavení pojistky. Například mechanik, který nechtěně připojil napájecí kabel k podvozku automobilu. Tím došlo k okamžitému zkratu a vybavení pojistky. Výměna pojistky, která může být součástí ochranného obvodu pro lithiovou baterii, je sice snadná, ale je to velmi nebezpečné. Proto je zásadní najít hlavní příčinu vybavení pojistky než ji slepě vyměnit.
• Spolehlivost držáku pojistky a jeho kontaktů mohou být ovlivněny korozí či vibracemi.

SMD pojistky nabízí širokou škálu vlastností

Díky kombinaci materiálů, speciálních technologií a precizního výrobního procesu nabízí společnost Bourns rodinu pojistek SMD SinglFuse, které zajišťují ochranou funkci v širokém rozsahu proudů a provozních napětí. Produktové portfolio SMD pojistek SinglFuse využívá sedm různých výrobních technologií: rozprašování tenkých vrstev, tenkovrstvý plošný spoj, keramická vícevrstvá konstrukce, laminovaná keramická dutina, drátěné jádro, keramická trubice (obrázek 2).

Obrázek 2: Rodina SinglFuse se skládá pouze z pojistek SMD. Je použito sedm odlišných technologií výroby. (Zdroj obrázku: Bourns)

Rozmanitost řady umožňuje portfoliu SinglFuse nabízet pojistky se širokou škálou specifikací napříč parametry, jako je jmenovitý proud, jmenovité napětí, vypínací čas, I²t a provozní teplota. Produkty SinglFuse jsou navíc kompatibilní s normami UL, TUV a VDE (UL 248 a IEC 60127). Tím se značně usnadňuje cesta k závěrečné certifikaci produktu. Pro automobilové aplikace, kde jsou vyžadovány přísnější kritéria a jejich provozní teplota musí být mnohem vyšší než u běžného provozu, SinglFuse nabízí pojistky, které jsou v souladu s AEC-Q200.

Menší velikost SMD neznamená horší vlastnosti

Existuje nepravdivé tvrzení, že pokud je ochranný prvek malý, musí mít horší vlastnosti. To rozhodně neplatí pro řadu SinglFuse, která jnabízí pojistky ve velikostech 0402 ( 1,0 × 0,5 mm ) pro velmi malé proudy až po 3812 ( 3,81 × 2,54 mm) pro pojistky s vyššími proudy. Pojistky SinglFuse jsou k dispozici s různými charakteristikami:

• Rychlé vybavení
• Velmi přesné: Menší tolerance určitého parametru
• Pomalé vybavení: určené pro aplikace s dočasným proudovým impulsem, který překračuje proudovou hodnotu pojistky
• Časově zpožděné: umožňuje krátkodobý elektrický výboj, než skutečně dojde k její vybavení
• Vysoký vybavovací proud na startu: pro nadměrné spouštěcí proudy – inrush current

Všechny tyto vlastnosti jsou podrobně popsány v technických listech dané pojistky. Každá aplikace vyžaduje různá specifika, a proto je nutné všechny parametry dané pojistky podrobně znát.

Různé typy pojistek a široký rozsah jmenovitého proudu

K dispozici jsou SMD pojistky v širokém rozsahu hodnot jmenovitého proudu. Například rychlá a přesná keramická pojistka SMD SF-2410FP0062T-2 je umístěna v pouzdru 6125 o velikosti 2,1 × 2,6 x 6,0 mm, která má obdélníkový tvar (obrázek 3).

Obrázek 3: Bourns SF-2410FP0062T-2 je rychlá a přesná keramická SMD pojistka obdélníkového tvaru. (Zdroj obrázku: Bourns)

Tato pojistka je specifikována pro provoz 125 V střídavého/stejnosměrného proudu a má nominální jmenovitou hodnotu 62 mA a typickou jmenovitou hodnotou I²t 0,0012 A²s. Obecná specifikace udává, že pojistka vybavuje do pěti sekund při 200% jmenovitého proudu. Tento obecný údaj nám o vlastnosti pojistky mnoho neřekne. Je nutné se podívat do detailní grafické charakteristiky, kde nalezneme závislost vybavovacího proudu a parametru I²t na vybavovacím čase (obrázek 4) a (obrázek 5). Při návrhu obvodu se nesmí zapomenout, že dochází k úbytku napětí na pojistce. Jelikož její odpor se pohybuje okolo 6 Ω, tento pokles dosahuje maximálně 40 mV.

Obrázek 4: Datový list SF-2410FP0062T-2 obsahuje podrobnosti o vlastnostech pojistky od velmi malého proudu až po jeho nominální maximum. To definuje profil odezvy pojistky proti proudu. (Zdroj obrázku: Bourns)

Obrázek 5: Datový list SF-2410FP0062T-2 také ukazuje profil parametru I ² t pro akumulovanou tepelnou energii na různých úrovních proudu. (Zdroj obrázku: Bourns)

Velmi odlišný rozsah a výkonový profil nabízí pomalá pojistka SF-1206S700 (obrázek 6). Pojistka má jmenovitý proud 7 A a vybavuje do pěti sekund při 250% svého maximálního jmenovitého proudu.

Obrázek 6: SMD pojistka SF-1206S700 v řadě Bourns SF-1206S má jmenovitý proud 7 A a vybavuje do pěti sekund při 250% svého maximálního jmenovitého proudu (Zdroj obrázku: Bourns)

SF-1206S700 používá jiný materiál než SF-2410FP-T a je dodáván v pouzdru 1206 o velikosti 1,55 × 3,1 mm a výšce pouhých 0,6 mm. Tato tenká konstrukce je dosažena pomocí nanesení velmi tenké vrstvy materiálu (obrázek 7). Odpor pojistky je pouhých 7 mΩ a tím je dán maximální pokles napětí 50 mV při maximálním proudu.

Obrázek 7: Řez pojistky SMD SF-1206S700 s pomalým vybavením. (Zdroj obrázku: Bourns)

Datový list této pojistky má podobné grafy jako pojistka SF-2410FP-T 62 mA. Pro pomalou pojistku jako je SF-1206S700 je dobré znát křivku „I²T Derating Curve v závislosti na Repeater Rush Current“. Tato křivka definuje chování pojistky při cyklickém zapínáním / vypínáním (obrázek 8).

Obrázek 8: Pojistky s pomalým vybavením se často používají v aplikacích s cyklickým zapínáním, kde jsou vystaveny opakovaným vysokým zapínacím proudům. Datový list SF-1206S700 zobrazuje, jak tento jev působí na vlastnosti pojistek. (Zdroj obrázku: Bourns)

Mnoho vlastností je možné vyčíst z grafu, ale stále nejlepší zhodnocení vlastností dané pojistky je její přímá implementace do obvodu a provedení několika testů. Na rozdíl od operačního zesilovače nebo rezistoru či kondenzátoru, při ověření vlastnosti pojistky dochází k její zničení.

Proto je vhodné mít k dispozici celou sadu pojistek. Společnost Bourns nabízí sadu pojistek  SF-SP- LAB1 SinglFuse SMD FuseLab Kit pro rychlé testování prototypů (obrázek 9).  Sada obsahuje 18 různých typů pomalých pojistek. Od každého typu 5 kusů, tedy celkem 90kusů, a to ve velikostech 0402, 0603 a 1206. Podobná sada SF-FP-LAB1 má 160 kusů rychlých přesných pojistek. Pět od každého typu o velikostech 0402 až 1206.

Obrázek 9: Jelikož testování pojistky vede často k její destrukci, existují sady pojistek pro usnadnění jejího výběru. Sada SF-SP-LAB1 SinglFuse SMD FuseLab Kit obsahuje 90 kusů pomalých pojistek. (Zdroj obrázku: Bourns)

Závěr

Princip tepelné pojistky je tu s námi už přes 150 let. Pro mnoho produktů je výměna pojistky zbytečná, neproveditelná, nebezpečná či dokonce nežádoucí. Navíc dochází k miniaturizaci elektroniky, na kterou výrobci pojistek museli reagovat. Proto přišli s SMD pojistkami, které zjednodušily proces montáže, a navíc zvýšily odolnost zařízení vůči vibracím a korozi. Řada pojistek SMD SinglFuse od společnosti Bourns nabízí širokou škálu nadproudových ochran a typů, které splňují potřeby dnešních produktů a výrobních procesů.

Odkazy

• SinglFuse SMD Fuses Tutorial
• Bourns SinglFuse SMD Fuses
• Bourns Fast-Acting Precision and Time-Lag SinglFuse SMD Fuse Design Kits

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com, autorem je Bill Schweber.