Como selecionar um fusível
Escolher um fusível para o seu circuito não é tão fácil quanto parece. A pessoa certa pode proteger seus usuários e seus circuitos.
É fácil banalizar a necessidade de um fusível e como selecioná-lo. Todos nós ficamos irritados ou exasperados por um fusível queimado. Às vezes desejamos que esse componente não seja necessário para nossos circuitos. Com o advento da distribuição elétrica em 1800, os fusíveis se tornaram um dispositivo essencial na prevenção de incêndios. Os sistemas elétricos precisam deles pelo mesmo motivo. Os sistemas eletrônicos têm os mesmos problemas de incêndio e também precisam de fusíveis (Fig. 1). Os fusíveis também evitarão que tensões letais chocem os usuários.
1. Os fusíveis protegem os usuários de choques e os produtos de pegar fogo. Embora este PCB tenha falhado, ele não iniciou um incêndio.
Algum gênio anônimo veio com o aforismo: "Um transistor de vinte dólares sempre explodirá para proteger um fusível de dez centavos". Um fusível não se destina a proteger um transistor. Seria ainda menos adequado para proteger um diodo laser, uma vez que ele se estraga com alguns nanossegundos de sobrecorrente.
Os fusíveis são ideais para proteger fios e traços de placa de circuito impresso (PCB) contra derretimento e fogo. Isso pode acontecer quando curto-circuito se desenvolve a partir de fios desgastados ou fio magnético sendo curto-circuitado por vibração e constrição devido a campos magnéticos CA. Outra falha comum é de capacitores eletrolíticos e de tântalo, que podem falhar em um curto-circuito.
Em vez de contar com um fusível para proteger seus transistores, você pode alimentar o circuito que está desenvolvendo com uma fonte de alimentação de laboratório e definir o limite de corrente para um ampere ou algo assim. Você deseja definir a corrente menor do que derreteria um fio de ligação dentro do transistor ou IC. Então, seu circuito malcomportado ficará quente, em vez de explodir. Depois de fazer as coisas funcionarem, você pode projetar um fusível.
A necessidade de um fusível
Qualquer coisa alimentada por uma fonte de baixa impedância precisa de um fusível. Pode ser um produto que se conecta à parede, ou é alimentado por uma bateria, ou que funciona com o alternador do carro. A fonte de baixa impedância fornecerá bastante corrente que derreterá o cobre e iniciará um incêndio (Fig. 2). O Underwriters Laboratories foi criado para ajudar as seguradoras a reduzir o risco de seguro contra incêndio. Um fusível pode proteger as pessoas de um curto-circuito no gabinete, bem como evitar que o produto pegue fogo.
2. Este PCB foi fundido incorretamente. Um fusível deveria ter queimado muito antes de tanta energia ser consumida, iniciando um incêndio grave.
Escolha o pacote de fusíveis
Como a maioria das coisas, seu aplicativo determinará o tipo de fusível que você usará. Você pode precisar de um fusível de alta tensão. Se o seu produto for vendido principalmente nos EUA, use um convencional de 1/4 pol. fusível pode ser apropriado. Na Europa, o fusível de vidro de 5 × 20 mm é comum. Para trabalhos automotivos, os fusíveis das lâminas são usados em todo o mundo. Um distribuidor elétrico pode orientar você para o tipo certo de fusível industrial. Se você estiver protegendo rastros em um PCB, fusíveis de montagem em superfície são ideais (Fig. 3).
3. Você pode soldar alguns fusíveis de montagem em superfície direto em seu PCB. Este tem pequenos clipes que separam o calor de soldagem do fusível e facilita a substituição do fusível.
Muitas vezes, você simplesmente precisa olhar para produtos semelhantes ao seu e ver que tipo de fusível eles usaram. Como meu mentor costumava dizer: “Não é copiar; está fazendo uso da técnica anterior. ”
Avalie a velocidade do fusível
Depois de estabelecer o pacote do fusível, talvez em conjunto com esse esforço, você deva decidir sobre a velocidade do fusível. Um fusível de queima rápida abrirá rapidamente, antes que os fios, vestígios ou dispositivos fiquem muito quentes. No entanto, um golpe rápido pode estar sujeito a uma falha incômoda, devido à sobrecarga momentânea.
4. A curva de tempo-corrente descreve a rapidez com que um fusível queimará em qualquer corrente. Possui uma escala log-log. Observe que um fusível 1-A queimará após 10.000 segundos com exatamente 1 A aplicado. (Cortesia de Bel Fuse)
Lâmpadas incandescentes, cargas capacitivas e fontes de alimentação lineares e chaveadas têm uma grande entrada de corrente quando você as liga. O que pode ser complicado sobre as cargas alimentadas pela energia CA da parede é que, quando você as liga, o pico de energia pode ser menos grave se você as alternar quando a tensão de entrada estiver em zero volts. Você deve considerar a condição ao conectar a alimentação na tensão máxima. Isso criará um pulso de corrente maior e mais curto que pode abrir um fusível de queima rápida.
Dimensione o fusível
Certa vez, projetei uma borracha ultravioleta para wafers UVPROM em uma máquina de semicondutor. Eu sabia que se o fusível disparasse, isso significava que algo estava seriamente quebrado; não haveria viagens aleatórias, ou assim pensei. Meu erro foi dimensionar o fusível muito próximo à carga esperada do transformador linear de alta tensão.
Funcionou bem no meu laboratório, mas quando o pessoal de marketing o levou para a Electronica em Munique, Alemanha, a máquina era alimentada por CA de 50 ciclos. Essa frequência mais baixa significava que o transformador tinha mais perdas e puxava mais corrente. Eu tinha deixado tão pouca margem, o fusível queimou, pouco antes do show. Felizmente, eu tinha usado fusíveis europeus de 5 × 20 mm, então disse ao pessoal do show para ir comprar fusíveis de alta corrente localmente, tirar a tampa e colocar os fusíveis.
Infelizmente, apesar de explicar meu erro, a gerência insistiu que, em vez de clipes de fusíveis montados em PCB, eu colocasse porta-fusíveis removíveis do lado de fora da caixa, o que fez um ninho de fiação e uma montagem complicada. É o que acontece quando o departamento de marketing pega seu protótipo da bancada e o leva para uma exposição. Trinta anos depois, ainda me ressinto por ter que remover os clipes do fusível de montagem do PCB.
Enquanto trabalhava em uma empresa de teste de semicondutores, fui chamado para ajudar com os padrões para as instalações necessárias para alimentar o testador. O engenheiro anterior havia superdimensionado os fusíveis com base no consumo máximo potencial de centenas de fontes de alimentação da unidade. Tive que arrastar o Código Elétrico Nacional e os regulamentos envolvendo circuitos ramificados para provar que os disjuntores (ou um fusível) são dimensionados para o fio que alimenta a máquina - não a carga máxima nunca esperada que nunca aconteceria na vida real. Ele economizou cerca de US $ 10.000 em custos de instalação e deixou os clientes bastante satisfeitos.
Da mesma forma, o inspetor residencial da casa que comprei recentemente disse que os disjuntores do painel principal eram grandes demais para o ar condicionado de 4 toneladas. É o mesmo problema - se os fios forem grossos o suficiente para disjuntores de 70 A, não há problema em usar um disjuntor maior do que o necessário para a unidade de ar condicionado. Os fusíveis na conexão à unidade CA são dimensionados para proteger essa carga. Você pode conectar uma carga de 2-A na tomada de parede sem alterar o disjuntor de 20-A no painel para a carga mais baixa. O disjuntor (ou fusível) está protegendo a fiação da casa de pegar fogo. O produto 2-A deve ter sua própria proteção de circuito contra incêndio e curtos-circuitos.
Tudo isso para dizer que você deve dimensionar o fusível com base na prevenção de incêndios, não em um valor de 10% acima da corrente operacional. Meça a corrente de operação em todas as condições e em todas as temperaturas e, ao contrário de mim, na frequência de entrada de 50 ciclos, se necessário. Perceba que qualquer sistema de energia com um barramento CC terá uma grande corrente de pico quando for ligado pela primeira vez. O fusível deve resistir a isso, mesmo que uma criança aperte o botão uma dúzia de vezes em alguns segundos.
É concebível que a corrente nominal do fusível termine o dobro ou até 10 vezes a corrente operacional. É seu trabalho eliminar a operação incômoda do fusível, certificando-se de que qualquer falha ou curto irá queimar o fusível antes de iniciar um incêndio. Como observado acima, você pode tentar um fusível de queima lenta para superar algum problema de corrente de inrush, enquanto ainda protege seu circuito de fogo.
Conclusão
Para garantir que seu circuito não derreta ou pegue fogo, nunca é demais colocar um fusível na entrada. Para grandes capacitores eletrolíticos, alguns produtos de consumo de baixo custo têm traços de PCB subdimensionados de modo que, quando o capacitor entra em curto, o traço de PCB derrete, servindo como um fusível. No entanto, essa não é a melhor solução, já que o cobre tem um alto coeficiente de temperatura e o processo de fabricação do PCB não controla as necessidades de seu fusível de cobre improvisado.
É melhor você colocar pequenos fusíveis de montagem em superfície com operação muito mais previsível. Dessa forma, quando o técnico substituir os capacitores eletrolíticos em curto, ele pode soldar um novo fusível. Com o transporte noturno, os capacitores e fusíveis podem ser solicitados na hora do jantar e chegar às 10h do dia seguinte. Melhor ainda, não haverá vestígios de PCB derretidos. Se eles forem consertados com fio de barramento, a corrente de fusão será muito alta e o produto poderá pegar fogo na próxima vez que houver curto-circuito nos capacitores eletrolíticos. Dissmann Fuse fabricante 20 anos desde 2000, agente de fusíveis / distribuidor / revendedor / comerciante / importador / OEM desejado.