Широко используемым средством защиты компонентов электронной аппаратуры от перегрузок являются предохранители. Правильный выбор предохранителей позволяет предотвратить выход из строя устройств, что. в свою очередь, снижает затраты на обслуживание и восстановление оборудования.
В большинстве случаев предохранитель незначительно влияет на защищаемый блок, он "прозрачен" для цепи. Поэтому выбор предохранителей можно производить на завершающих стадиях разработки устройств в соответствии с полученными характеристиками. Часто единственным электрическим параметром предохранителя, на который ориентируется разработчик является номинальный ток срабатывания, при котором плавкий элемент перегорает и размыкает цепь Однако при выборе наиболее под ходящего типа предохранителя должны учитываться и такие характеристики, как время срабатывания, падение напряжения, температура окружающей среды.
Время срабатывания определяет интервал, через который произойдет разрыв цепи. Это время включает период нагрева и плавки рабочего элемента под воздействием конкретного значения тока.
Падение напряжения. Плавкий элемент предохранителя — тонкий проводник или пленка, обладающий некоторым сопротивлением, которое вызывает падение напряжения на концах элемента. Допустимое падение напряжения на элементе должно соответствовать стандарту и приводится в числе характеристик (Urated). При использовании предохранителей в схемах с малым напряжением питания необходимо, учитывать этот параметр. Рекомендуемое минимальное напряжение питаний цепи должно быть, по крайней мере, в 5 раз больше падения напряжения на предохранителе.
Температура. Под этим параметром подразумевается температура окружающей среды непосредственно около предохранителя. Для предотвращения преждевременного перегорания предохранителя окружающая температура не должна превышать 70°С.
В настоящее время существуют две группы стандартов на предохранители:
- стандарты UL (Underwriters Laboratory, США), разработанные совместно с CSA (Canadian Standards Association, Канада);
- стандарты IEC (International Electrotechnical Commission, Европа).
Наиболее применяемыми стандартами этих организаций являются: UL248-14. CSA248.14 и IEC60127. Несмотря на то, что обе группы документов имеют много общего, они существенно отличаются при определении зависимости времени срабатывания плавкого элемента от протекающего тока.
Для первой группы номинальный ток рассчитывается как ток, при котором предохранитель должен перегореть, в то время как предохранители, выполненные по стандарту IEC60127. должны работать продолжительное время. Именно это несоответствие и не позволяет выпускать предохранители, полностью удовлетворяющие обеим группам стандартов.
Основное применение предохранителей — защита аппаратуры от повышенных токов. Различные устройства по-разному реагируют на превышение тока. Для некоторых из них фатальным может быть воздействие кратковременного импульса тока с большой амплитудой, для других — незначительное превышение номинального тока, но в течение длительного времени. Поэтому выпускаются предохранители с различными временными параметрами: Fast-acting и Time lag.
Предохранители группы Fast-acting используются для защиты устройств от кратковременных бросков тока в цепях, где в нормальном режиме отсутствуют скачки тока при включении или пульсирующие токи. Time-lag-предохранители применяются в цепях с емкостной и индуктивной нагрузкой, где присутствуют переходные процессы при включении и выключении, броски и импульсы тока.
С 30-х годов XX века широко применяются миниатюрные предохранители (miniature fuses), представ-пяющие собой стеклянную или керамическую трубку с контактами на торцах, размерами 5x20 и 6,3x32 мм, в которой размещен nперегорающий при перегрузке проводник. Удобство в использовании, простота обнаружения неисправного предохранителя (в стеклянном исполнении) и его замены, широкий диапазон токов и напряжений, соответствие различным стандартам сделали предохранители этого типа самым распространенным способом защиты первичных цепей электропитания.
Субминиатюрные предохранители имеют очень малые размеры и наилучшим образом подходят для телекоммуникационного оборудования, устройств обработки данных и модулей, размещенных на небольших печатных платах.
В SM-предохранителях используются технологии, основанные на тонких металлических пленках. Они широко применяются в мобильных устройствах. Стандартные размеры и возможность упаковки в ленты позволяют использовать их в паяльных станциях.
Blade-type предохранитепи применяются в автомобилестроении с начала 70-х годов. Использование для выводов специального медного сплава позволяет добиться самого низкого сопротивления и самой низкой рабочей температуры. Благодаря малой стоимости и удобству в эксплуатации, они получили широкое распространение в низковольтной аппаратуре с рабочими токами от единиц до сотни ампер.
Термопредохранители — компактные и надежные элементы, созданные для защиты от воспламенения бытовой техники и промышленного электрического оборудования. Когда температура увеличивается до недопустимого значения, происходит разрыв электрической цепи. Применяются в источниках питания, зарядных и копировальных устройствах, в стиральных машинах, утюгах, фенах и пр.
Самовосстанавлиеагощився предохранители (multifuse) — новые компоненты, предназначенные для защиты электронных устройств от перегрузки по току или от перегрева.

Современные предохранители

Применение плавких предохранителей требует их замены после срабатывания. Это вынуждает размещать блоки предохранителей в легкодоступных местах для удобства обслуживания оборудования. Использование самовосстанавливающихся предохранителей позволяет снизить время на восстановление и облегчить разработку и обслуживание устройств. В этих предохранителях применяются полимеры с положительным температурным коэффициентом. При возникновении аварийной ситуации полимер, имеющий кристаллическую решетку с токопроводящими цепочками, нагревается, переходит в аморфное состояние и резко увеличивает свое сопротивление (рис.1), препятствуя тем самым прохождению большого тока. Предохранитель остается в таком состоянии до тех пор, пока находится под воздействием факторов, вызвавших
срабатывание. После остывания полимера он восстанавливает свои свойства и снова готов к работе.