Elemente de siguranţă Littelfuse în circuitele electronice

11 DECEMBRIE 2012

Axiomet este o firmă specializată în producţia de echipamente de măsură pentru profesionişti.
Gama largă de produse cuprinde multimetre digitale, cleşti amper­metrici, testere de rezistenţă, surse de alimentare de laborator, pirometre, higrometre, osciloscoape digitale, aparate de măsurare a umidităţii şi iluminării, tahometre, pensete de măsură şi multe altele. Axiomet foloseşte pentru produsele sale carcase din materiale plastice de înaltă calitate.
Acestea au un aspect modern, omogen, garantând astfel o siguranţă crescută în utilizare. Soluţiile moderne de realizare şi tipul de materiale utilizate pentru carcase asigură obţinerea unor dimensiuni mici şi a unei mase reduse a instrumentelor. Aspectul câtorva dintre produsele Axiomet este prezentat mai jos.
Orice circuit electronic trebuie protejat în mod corespunzător împotriva factorilor care îi pot cauza deteriorarea bruscă, de aceea este important să arătăm provenienţa riscurilor pentru funcţionarea acestor circuite. Circuitele electronice sunt expuse acţiunii a două grupe de factori:
• Suprasarcini, constând în fluxul unui curent excesiv printr-un fragment de circuit. Curentul care îl traver­sează determină o supraîncălzire a elementelor electronice. Trecerea unui curent excesiv poate rezulta din scurtcircuitele din circuit care, la rândul lor, sunt o urmare a deteriorărilor elementelor sistemului, a erorilor de montaj sau chiar a unei setări necorespun­zătoare a ieşirilor echipamentelor digitale.
• Supratensiuni, adică depăşiri ale valorii admise de tensiune pe liniile de alimentare, de transmisie, la intrările digitale sau analogice.
Fiecare dintre situaţiile menţionate poate determina o funcţionare necorespunzătoare a circuitului, din păcate însemnând de obicei şi deteriorarea irever­sibilă a acestuia. Astfel, misiunea proiectantului este să prevadă situaţiile legate de suprasarcini şi supra­tensiuni şi să utilizeze elementele de siguranţă cores­punzătoare, care să protejeze circuitul electronic de deteriorări sau măcar să le minimalizeze. Un larg sortiment de elemente de protecţie este oferit de firma Littelfuse, iar o mare parte a acestuia se află în oferta distribuitorului Transfer Multisort Elektronik.

Siguranţe fuzibile cilindrice (din sticlă)

Atunci când dorim să protejăm circuitul electronic de scurtcircuite, care determină trecerea unui curent excesiv, elementele la care apelăm în mod intuitiv sunt siguranţele. Desigur, trebuie să nu uităm că aceste elemente, cel mai adesea, nu ne protejează complet circuitul de deteriorări. Însă ele trebuie neapărat folosite, deoarece o siguranţă bine aleasă protejează de riscul de incendiu, pentru că nu permite încălzirea excesivă a elementelor ca urmare a curentului de scurtcircuit. În plus, poate proteja de deteriorare părţile circuitului şi dispozitivele legate de acesta.
Littelfuse dispune de o ofertă bogată de siguranţe pentru cele mai diverse utilizări.
Cele mai populare sunt siguranţele fuzibile cilindrice, utilizate în echipamentele electronice de zeci de ani. În catalogul firmei Littelfuse putem găsi siguranţe fuzi­bile cu dimensiunile clasice 5×20mm şi 6.3×32mm, pentru curenţi nominali de la 10mA, ajungând chiar şi la 40A. Putem alege versiuni rapide şi cu întârziere care, datorită reacţiei mai lente la curenţii mari de scurtcircuit, îşi găsesc utilizarea acolo unde “vârfurile” momentane de sarcină sunt un fenomen normal şi nu trebuie să determine activarea siguranţei. De aceea, siguranţele cu întârziere sunt folosite în circuitele cu sarcini inductive, cum sunt motoarele sau transformatoarele.

Siguranţe TE5

Siguranţele fuzibile tubulare trebuie să fie, bineînţeles, amplasate în socluri sau monturi speciale, care sunt de mai multe tipuri. Dacă dorim să asigurăm o modalitate simplă şi comodă de înlocuire a sigu­ranţei, vom alege un soclu montat pe panoul carcasei. Dacă nu se prevede imposibilitatea înlocuirii siguranţei de către utilizatorul echipamentului, ci doar de către operatorul de service, se pot utiliza socluri montate direct pe placa de circuite imprimate.

Siguranţă SMD în montură

O alternativă la siguranţele cilindrice pot fi siguranţele miniatură: în formă de butoiaş (TR5), paralelipipedice (TE5) sau axiale (care amintesc de rezistorul obişnuit). Datorită dimensiunilor mici, conferă echipamentului un caracter foarte compact. Parametri acestora sunt apropiaţi de cei ai siguranţelor cilindrice; sunt oferite în versiune rapidă (chiar şi ultrarapidă) şi cu întârziere. De la firma TME ne putem aproviziona fără probleme cu siguranţe Littelfuse având curenţi nominali cuprinşi între 40mA şi 15A. Sunt elemente montate cu ajutorul tehnologiei prin inserţie, prin urmare se sugerează utilizarea acestora acolo unde situaţiile care determină activarea siguranţei sunt rare, deoarece fiecare înlocuire implică lipire. Pentru siguranţele TR5 şi TE5 există socluri dedicate, a căror utilizare simplifică mult înlocuirea elementului.
Electronica tinde în permanenţă spre miniaturizare. Multe echipamente, practic într-o proporţie de 90-99%, sunt fabricate în tehnologia de montare pe suprafaţă SMD. De aceea, pe piaţă au apărut (şi în oferta Littelfuse) siguranţe destinate acestei metode de montare, care pot fi utilizate cu succes în toate situaţiile în care nu apar tensiuni şi puteri prea mari, cu atât mai mult cu cât producătorii, pentru a face mai comodă înlocuirea siguranţei, propun versiuni cu socluri speciale.

Siguranţe PTC

O alternativă interesantă la siguranţele clasice sunt aşa-numitele siguranţe polimer PTC. Sunt siguranţe cu activare multiplă, adică îşi îndeplinesc funcţia de protecţie (de blocare a curentului excesiv) de mai multe ori, fără a fi necesară înlocuirea cu altele noi.
Denumirile comerciale ale acestui tip de elemente sunt PolySwitch, MultiFuse şi Resettable Fuse. Polimerul care se află în aceste siguranţe, conţinând nanoparti­cule de carbon în stare rece, are o structură cristalină, iar carbonul pe care îl include asigură o bună conductanţă. Însă, atunci când siguranţa este traversată de un curent mare, polimerul se încălzeşte, reţelele cristaline vor fi rupte şi rezistenţa elementului va începe să crească brusc. La temperatura de 140˚C, aceasta este de aproximativ un milion de ori mai mare decât în stare rece. În momentul activării, elementul atinge un anumit echilibru, prin el trece un curent mic, aproape întreaga tensiune de alimentare se depune, iar puterea care se degajă permite menţinerea siguranţei în stare fierbinte. Revenirea la starea rece are loc

Figura 1

după scăderea temperaturii subansamblului la o valoare sub 100˚C (reducerea curentului sau decuplarea alimentării). Aceste siguranţe sunt foarte comod de utilizat, chiar dacă rezistenţa lor este limitată, între câteva zeci şi câteva sute de activări.
Littelfuse furnizează întreaga gamă de elemente de protecţie de acest tip, atât în versiunea cu montare prin inserţie, cât şi cu montare pe suprafaţă.
Parametrii şi caracteristicile acestor elemente sunt apropiate de siguranţele fuzibile cu întârziere, însă acestea sunt destinate funcţionării cu tensiuni

Figura 2

relativ mici (de obicei, de maximum 60V). În figura 1 este prezentată o propunere de protecţie a unui alimentator: F1 este o siguranţă cu întârziere şi rolul acesteia este, în primul rând, de a proteja împotriva aprinderii echipamentului în urma scurtcircuitului, iar F2 este o siguranţă rapidă, care protejează stabilizatorul IC1.
Acum vom vedea ce elemente ajută la protejarea echipamentelor electronice împotriva supratensiunilor. Supratensiunile se referă la scurtele impulsuri de tensiune, care depăşesc cu mult valoarea admisă pentru elementul/circuitul respectiv.
Asemenea impulsuri pot apărea în reţeaua electrică, pe liniile de alimentare, de transmisie, dar şi în interiorul circuitul nostru electronic. Apariţia acestora este rezultatul inducerii tensiunii pe conductoare, legat de influenţa câmpurilor

Varistoare cu montare prin inserţie

electromagnetice (furtună, perturbaţii provenite de la convertoare) sau de comutarea semnalelor în circuite cu inductanţe. Cel mai simplu element împotriva supratensiunii poate fi dioda individuală Zener, aşa cum se arată în figura 2a.
Dioda astfel conectată ne va proteja cel mai probabil sistemul, însă diodele Zener, folosite în aplicaţiile industriale sau de tip hobby, au puteri mici şi capacităţi reduse de absorbţie a energiei supratensiunilor. De aceea, se pot aprinde şi pot cauza scurtcircuite. Atunci, în primul rând, va necesita înlocuirea, iar în al doilea rând, va menţine scurtcircuitul pe liniile protejate. Însă firma Littelfuse oferă o alternativă excelentă la această soluţie: o gamă largă de varistoare şi diode de protecţie.
Varistoarele sunt un tip de rezistoare neliniare, iar rezistenţa lor depinde de tensiunea care apare pe acestea. Supus unei tensiuni inferioare tensiunii sale

Supresoare GDT

nominale, varistorul are o rezistenţă mare, de ordinul a sute de kΩ şi este traversat de un curent mic. După depăşirea tensiunii prag, rezistenţa elementului scade rapid. Exemplul de cuplare a varistorului din figura 2b are drept scop protejarea transformatorului de supratensiuni: varistorul determină legarea “vârfurilor” de tensiune la masă. Aceste elemente sunt utilizate cel mai adesea în circuitele de alimentare din reţeaua de energie electrică. Varistoarele au o capaci­tate destul de mare de absorbţie a energiei în momentul supratensiunii şi, în multe cazuri, funcţionează asemănător siguranţelor PTC menţionate mai sus, adică, după preluarea impulsului de supratensiune, revin la starea iniţială. În oferta Littelfuse găsim varistoare atât pentru montarea prin inserţie, cât şi pentru montarea pe suprafaţă, cu valori ale tensiunii prag de la câţiva la câteva sute de volţi, cu diferite dimensiuni, care determină posibilităţile de amortizare a supratensiunilor.
Un element demn de menţionat, care oferă protecţie la supratensiuni, este reprezentat de diodele TVS (Transient-voltage-suppression diode), cunoscute şi sub denumirea Transil. Sunt subansambluri cu acţiune similară diodelor Zener: după depăşirea tensiunii prag, încep să conducă în avalanşă curentul. Desigur, în această stare, pe aceste diode se află o tensiune care oscilează în jurul valorii

Exemple de diode TVS

prag. Sunt elemente mult mai rapide decât varistoarele (reacţionează la supratensiuni chiar şi în câteva picosecunde), fapt care le predestinează protecţiei subansamblurilor electronice sensibile împotriva oricăror supratensiuni, inclusiv împotriva sarcinilor electrostatice. În plus, au o foarte mare capacitate de absorbţie a energiei în momentul amortizării supratensiunii (care ajunge chiar şi la câteva zeci de kJ). Există două versiuni ale acestor elemente: unidirecţională şi bidirecţională (care este corespondentul a două diode Zener conectate în opoziţie). În figura 2c este prezentată o propunere de utilizare a diodei bidirecţionale TVS pentru protejarea intrărilor driverelor RS485. Littelfuse ne oferă un sortiment excepţional de bogat de diode Transil. Printre acestea se află subansambluri cu multe tensiuni nominale diferite, grupate în serii cu diferite capacităţi de absorbţie a energiei. Avem astfel la dispoziţie o ofertă largă de diode pentru utilizare atât în tehnologia de montare prin inserţie, cât şi pe suprafaţă. O grupă interesantă de elemente din oferta firmei Littelfuse o reprezintă reţelele de diode TVS amplasate în carcase de circuite integrate SMD, şi chiar mai mici.
Protecţia optimă, utilizată, în general, pe liniile de alimentare, constă în aplicarea unui element de protecţie împotriva supratensiunilor, care funcţionează împre­ună cu una dintre siguranţele menţionate mai sus, aşa cum se vede în figura 2d. Vom obţine atunci o protecţie complexă împotriva supratensiunilor şi trecerii unor curenţi excesivi, chiar şi în cazul deteriorării elementului de siguranţă.
Ultima grupă de elemente disponibile la Littelfuse pe care dorim să o amintim este reprezentată de supresoarele de supratensiune GDT. Aceste elemente conţin un gaz, care, după depăşirea unei anumite tensiuni, suferă o ionizare şi începe să conducă brusc curentul. Tensiunea prag a acestor subansambluri este relativ mare (o serie de la circa 100 la 1000 volţi). Sunt caracterizate de cea mai mică degajare de putere şi au capacitatea de a prelua cel mai mare curent dintre toate elementele de protecţie la supratensiuni. Sunt destinate utilizării în telecomunicaţii: ca elemente de protecţie pentru linii telefonice, modemuri şi relee. Pot proteja circuitele de deteriorări, chiar şi în cazul în care linia primeşte o descărcare atmosferică în mod direct.
Sigur că oferta producătorului prezentat nu se limitează la elementele menţionate. Littelfuse produce şi elemente de protecţie pentru aplicaţii specializate, care pot funcţiona fără riscuri în contact cu gaze/vapori inflamabili, precum şi altele cu parametri excepţionali, de exemplu pentru aplicaţii militare.
Subansamblurile pe care le-am amintit sunt disponibile într-un sortiment larg, care cuprinde diferite carcase şi tehnologii de montare, având parametri diferenţiaţi. Vă invit să consultaţi îndeaproape elementele de protecţie Littelfuse, precum şi catalogul firmei Tranfer Multisort Elektronik. Proiectanţii vor găsi în acesta o ofertă bogată de elemente de protecţie Littelfuse, care va permite alegerea fără probleme a soluţiei adecvate, atât pentru aplicaţiile industriale, cât şi pentru cele de uz general şi de tip hobby.

Autor: Janusz Janicki

Mai multe informaţii:

Transfer Multisort Elektronik s.r.l.
Tel.: +40 356467401
Fax: +40 356467400
tme@tme.ro
www.tme.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre