MultiFuse   str.6  /11  
 

Jak projektować układy wykorzystująceMultiFuse

Pytania, na jakie trzeba sobie odpowiedzieć projektując zastosowanie elementów MultiFuse, obejmują m.in.:

  1. Jaki jest maksymalny normalny prąd, który może przepływać przez obwód przy maksymalnej temperaturze otoczenia bez samoczynnego wyłączenia MultiFuse?
  2. Jaki jest maksymalny prąd, który może przepływać przez obwód przy minimalnej temperaturze otoczenia nie powodując uszkodzenia elementów obwodu?
  3. Na jaki maksymalny prąd i napięcie urządzenie może być narażone podczas zakłóceń/awarii?

Znając odpowiedzi na te trzy pytania można wybrać MultiFuse do testowania w nowym zastosowaniu. Po pierwsze trzeba wybrać elementy o wartościach znamionowych odpowiednich dla napięcia i prądu podczas awarii oraz dla prądu wyłączenia przy maksymalnej temperaturze otoczenia. Trzeba pamiętać, że prąd wstrzymania jest wartością ostatecznego prądu dla danego urządzenia o maksymalnej rezystancji. Ponieważ ta rezystancja normalnie wzrasta podczas pierwszego samoczynnego wyłączenia, należy wykonać ten test na elementach, które już raz się wyłączyły.Teraz trzeba doprowadzić do samoczynnego wyłączenia na 5 minut elementu o maksymalnej rezystancji w polu tolerancji przy napięciu i prądzie znamionowym. Po godzinie trzeba wykonać test wyłączenia. W ten sposób można określić prąd wstrzymania przy maksymalnej temperaturze otoczenia mierząc IV krzywą dla urządzenia w tej temperaturze. Typowa znormalizowana krzywa pokazująca IHOLD w zależności od temperatury dla MultiFuse jest wykreślona na rys. 3.

Rys.3: Typowy spadek termiczny IHOLD znormalizowanego dla 20°C

Te przykładowe krzywe zostały wyznaczone przez umieszczenie urządzenia w laboratoryjnym piecu bez ruchów powietrza przy użyciu kontrolowanej techniki montażu. Dla każdego nowego zastosowania należy wykonać podobny test, ale umieszczając urządzenie w obwodzie i w otoczeniu, gdzie będzie używane (tzn. w konkretnej aplikacji).

Można określić maksimum I2t mierząc czas potrzebny, żeby urządzenie o określonej minimalnej wartości rezystancji w dowolnej zadanej temperaturze otoczenia samoczynnie się wyłączyło. Można wykonać ten pomiar w temperaturze pokojowej przy nieruchomym powietrzu. Czas wyłączenia definiuje się jako czas potrzebny, żeby napięcie na MultiFuse osiągnęło 80% napięcia źródła.

Można oszacować czasy wyłączenia w temperaturach wyższych lub niższych od temperatury pokojowej (20°C) za pomocą następującego wzoru (zakładając wyłączanie adiabatyczne - bez wymiany ciepła):

I2Rt = K (130 - T)

W tym wzorze K oznacza stałą, a T - temperaturę. Stąd przy stałym prądzie I, w porównaniu z temperaturą pokojową, czas wyłączenia wynosi w przybliżeniu:

Te oszacowania są użyteczne, ale żeby uzyskać dokładną odpowiedź należy przetestować czas wyłączenia dla pewnego zakresu prądów przy wymaganej temperaturze, umieszczając urządzenie w obwodzie i w otoczeniu, w których będzie ono używane.

Rozważmy następujące przykłady:

Przykład 1

W tym prostym obwodzie obciążenie (RL) 33 ohmy jest chronione przez MultiFuse (RMF). Obciążenie to może pochodzić z rezystora, silnika, transformatora lub innego źródła. Załóżmy, że maksymalny normalny prąd wynosi 150 mA, maksymalna temperatura otoczenia wynosi 70°C, a maksymalne napięcie zakłócenia przy uszkodzeniu 30 V. MultiFuse, który wydaje się mieć wymagane charakterystyki, jest to MF-R030. Ma on I<>HOLD 16 mA przy 70°C, więc nie wyłączy się samoczynnie przy normalnym prądzie w temperaturze 70°C, oraz ma napięcie znamionowe 60 V, które przekracza oczekiwane maksymalne napięcie zakłócenia 30 V. Minimalna rezystancja MF-R030 w temperaturze pokojowej wynosi 0.87 ohma. A zatem 34.5 A jest maksymalnym prądem przy zakłóceniu, co wypada poniżej wartości znamionowej prądu zakłóceniowego MF-R030, wynoszącej 40 A.

Ta informacja wskazuje, że urządzenie MultiFuse nie spowoduje przypadkowego niepotrzebnego wyłączenia i wytrzyma warunki maksymalnego zakłócenia.

Następnym pytaniem jest, czy MultiFuse wyłączy się dość szybko, żeby ochronić RL. Tabela z tymi danymi zawiera typowy czas wyłączania dla danych wartości prądu w temperaturze 20°C - 0.4 sekundy dla prądu 2 A czyli I2t dla 1.6. Zatem równoważnik energetyczny (I2t*RL ) dla 52.8 J może się wydzielić w obciążeniu zanim MultiFuse samoczynnie się wyłączy. Jeśli dane dotyczące obciążenia wskazują, że to obciążenie może wytrzymać więcej energii niż ta ilość, zanim ulegnie uszkodzeniu, wówczas to konkretne urządzenie MultiFuse może być odpowiednie dla danego zastosowania.Żeby potwierdzić ten wybór, trzeba wykonać ten sam test przy minimalnych określonych wartościach rezystancji, przy najniższej temperaturze obwodu, dla zakresu prądów większych niż normalny. Jeśli obciążenie nie zostanie uszkodzone, dokonany wybór jest prawidłowy. Alternatywnym podejściem jest pomiar krzywej wytrzymałości I2t dla RL i porównanie jej z krzywą wyłączania I2 t dla wybranego urządzenia MultiFuse. Jeśli krzywa wyłączania I2t dla tego MultiFuse jest poniżej krzywej dla obciążenia, będzie ono zabezpieczone.

Przykład 2

Stałe układy poziomujące o napięciu przejściowym (transient voltage clamps) takie, jak diody Zenera, warystory, transile i urządzenia "fold-back" często są używane do ochrony linii sygnałowych, ale mogą ulec uszkodzeniu przez podtrzymywane zakłócenie. Ten przykład pokazuje, jak MultiFuse może ochronić diodę Zenera (transile) przed nadmierną mocą. Rozważmy zrównoważoną konfigurację linii pokazaną na rys. 4.

 
  MultiFuse   str.6  /11