Biztosítékok kiválasztása a DC védelmére
Az energiafelhasználó berendezések (energiahulladék-betakarítók) jelentős érdeklődést mutatnak a vezeték nélküli rendszerek és alkatrészek táplálásához, mivel lehetővé teszik a hosszú és problémamentes működést emberi beavatkozás nélkül, jelentős előnyt jelentenek a teljesítmény, a megbízhatóság és az ár szempontjából. Ezeket jelenleg sikeresen használják a vezeték nélküli rendszerek, kiegészítve, vagy akár az akkumulátor cseréje a hatalom a szenzorok, aktuátorok, adó-vevő, felvevő, stb A rendszerintegráció minden szintjén autonóm hatalom ígéretes irány a vezeték nélküli rendszerek fejlődésében.
A cikkben az EDLC technológiával gyártott hibrid kondenzátorok (elektromos kettős réteg kondenzátor) és lítium-ion technológiák főbb paraméterei és alkalmazásai szerepelnek.
A biztosítékok megvédik az áramköröket a túláramtól, ami a védőelem megolvadásához és az áramkör nyitásához vezet. A cikk megvizsgálja a biztosítékok főbb jellemzőit, a különböző alkalmazások kiválasztására vonatkozó kritériumokat és azokat a "buktatókat", amelyeket minden fejlesztőnek tudnia kell.
a biztosítékok két fő célt szolgálnak.
1. Óvja meg az alkatrészeket, berendezéseket és embereket a tűz és az áramütés veszélyétől.
2. Az alrendszerek elkülönítése a fő rendszerből.
A túláram két típusa létezik: 1) túlzott terhelés, amelyben az áramkörön áthaladó áram meghaladja a kapacitását; 2) rövidzárlat vagy áramütés.
A túlterhelés típusától függetlenül a biztosítékok jellemzőit úgy számítják ki, hogy ezek a kapcsolóberendezések a leggyengébb láncszem az áramkörben.
Gyors működésű biztosítékok működnek, amint a névleges áram túllépik. Ez a sebesség szükséges az érzékeny elektronikus berendezések és sok átalakító működéséhez. Ezeket a biztosítékokat általában olyan aktív terheléseknél használják, amelyek alacsony áramfelvételi árammal rendelkeznek.
A késleltetett biztosítékok csak korlátozott ideig tartó áramterhelések esetén működnek, és általában úgy vannak megtervezve, hogy megvédjék az induktív és a kapacitív terhelést egy nagy beáramló áramerősségtől az áramellátás során. A késleltetés megakadályozza, hogy a biztosíték haszontalan legyen. Ez a fajta eszköz több áramütést képes ellenállni, mint a nagysebességű biztosítékok, és sikeresen használják DC / DC átalakítók bemenetének védelmére, mivel a legtöbb átalakítóban van egy bemeneti kapacitás, amelyen keresztül nagy amplitúdóáram áramlik a kezdeti töltés során.
Ha a konverter belső áramköre nem ellenáll a túlterhelésnek, akkor a biztosíték megakadályozza a tűz vagy egyéb destruktív következményeket. A legtöbb DC / DC átalakító a kimeneteken, áramkorlátozó áramkörön vagy termikus túlterhelés elleni védelemmel szembeni rövidzárlat ellen védett.
Egy DC / DC átalakító bemeneti biztosíték kiválasztásakor a következő paramétereket ismerni és figyelembe venni.
1. Névleges feszültség.
2. Névleges áram.
3. Törés.
4. A paraméterek hőmérséklet-eltolódása.
5. Az olvadó integrál (I2t).
6. Az áramkör maximális hibateljesítménye.
7. A szabványok betartása.
8. Mechanikai paraméterek.
A biztosítékok állandó vagy váltakozó feszültségre vannak besorolva, amelyek biztonságosan használhatók. A váltakozó áramú áramkörben telepített biztosíték eltérő, mint a DC áramkör. Az AC áramkörben a másodpercenként 50-60 feszültség amplitúdó áthalad a nulla potenciálon, ami megakadályozza a biztosíték megolvasztásával és rés kialakításával előidézett ív megjelenését. DC áramkörökben az ív megjelenését nehezebb megszüntetni.
Általában az AC biztosíték névleges feszültsége ugyanaz, mint a hálózati feszültség - 110, 220, 415 V, stb. Ez azt jelenti, hogy a biztosíték lehet használni az előírt feszültséget és tesztelték már egy értéke legalább 15% -kal magasabb, mint a normális. Ha a névleges egyenáramú feszültség van megadva, ez a maximális és nem szabad túllépni működés közben. Más szavakkal, a biztosíték névleges feszültsége megegyezzen vagy magasabb, mint a rendszerben megengedett maximális feszültség.
A biztosítékok érzékenyek a névleges értéktartományban a feszültségváltozásra, ezért a névleges feszültség kiválasztása szigorúan a rendszer biztonságához kapcsolódik. A biztosítékok a névleges érték alatt vagy egyenlő bármely feszültségen működhetnek.
Bár egyes tápegységek állítható kimeneti árammal rendelkeznek, a DC / DC konverterek állandó teljesítményt nyújtanak. Ez azt jelenti, hogy amikor a bemeneti feszültség csökken, a bemeneti áram nő, hogy a P = V ∙ I termék állandó maradjon.
A legkisebb névleges biztosítékáramot a DC / DC átalakító maximális bemeneti áramának határozza meg. Jellemzően a maximális áramfelvétel a legnagyobb kimeneti terhelésnél és a minimális bemeneti feszültségnél történik. A bemeneti áram maximális értéke a kifejezéstől függ
ahol a POUT (MAX) a DC / DC átalakító maximális kimeneti teljesítménye; VIN (MIN) - a DC / DC átalakító minimális bemeneti feszültsége; Hatékonyság - az egyenáramú / egyenáramú átalakító hatékonysága POUT (MAX) és VIN (MIN) esetén (a specifikációban megadott).
Annak érdekében, hogy megakadályozza az átalakító alkatrészeinek megsemmisítését, a biztosíték névleges áramát nagy távolsággal kell kiválasztani, hogy a biztosíték ne álljon egyenletes, de túlterhelés vagy rövidzárlat esetén. Ezekből a megfontolásokból általában egy biztosítékot választanak ki, amely a maximális terhelés és a hálózat minimális bemeneti feszültsége mellett 150-200% -os tartósan meghaladja a maximális bemeneti áramot.
A biztosíték olvadási áramának névleges értékét a névleges feszültségnél a maximális áramerősség határozza meg, amikor ez a készülék megbízhatóan működik. Ennek az értéknek meg kell haladnia az áramkör maximális rövidzárlati áramát. A váltakozó áramú és egyenáramú áramok olvadásáramának névleges értékei eltérőek, ezért a biztosíték kiválasztása előtt ajánlatos megnézni a műszaki leírást.
Ha a biztosítékot olyan környezeti hőmérsékleten használják, amely meghaladja a standard 23 ° C-os értéket, növelni kell a kapcsolóeszköz névleges áramát. Ezzel szemben, ha a környezeti hőmérséklet 23 ° C alatt van, alacsonyabb névleges áramerősségű biztosítékokat használnak. Az 1. ábra egy tipikus biztosíték lebomlási görbét mutatja. A biztosíték névleges áramát a kifejezés határozza meg
ahol IINPUT (MAX) az egyenlet (1) vagy DC / DC átalakító által meghatározott áram; A KTEMP az 1. ábra szerinti paraméterek hőmérséklet-eltolódása.
Ábra. 1. A hőmérsékleti paraméterek sodrásának jellemző görbéje
A legkisebb alkalmas névleges áramértéket úgy számolják ki, hogy a kapott értéket a specifikációban megadott legközelebbi magasabb áramértékre kerekítik.
A DC / DC átalakító maximális indítóáram általában jóval magasabb, mint az egyenáramú áram. Ezenkívül az időszakos áramlökések elég nagyok lehetnek ahhoz, hogy a biztosítékbetét megmelegedjen. És bár nem olvad, ezek az áramok hőhatást okoznak az elemen. A olvadó elem időszakos terjeszkedése és összehúzódása mechanikai fáradtsághoz és korai meghibásodáshoz vezethet.
Biztosíték kiválasztásakor figyelembe kell venni a teljes olvadási mennyiséget. Ez az I 2 t értéke az adott betét megolvasztásához szükséges hőenergiát jelenti. Az I 2 t értékét ennek az elemnek, anyagának és keresztmetszetének a megtervezése határozza meg.
A fejlesztő feladata az I 2 t minimális értékű biztosíték kiválasztása, amely meghaladja az induló áramimpulzus energiáját. Ebben az esetben a biztosíték nem működik átmeneti körülmények között. A rendszer megbízható működésének biztosításához a szükséges kapcsolási ciklusok számával a következő feltételnek kell teljesülnie:
ahol I 2 t (Biztosíték) - a biztosíték összeszerelési energiájának összértéke; I 2 t (Impulzus) - az aktuális impulzus energiája; Fp az impulzus-együttható (a biztosítékelem kialakításától függően lásd az 1. és 2. táblázatot).
1. táblázat: Aktuális impulzusarány a szilárdtest-biztosítékokhoz
Az I 2 t (biztosíték) értéke a biztosíték műszaki specifikációjában szerepel.
Ajánlatos a (3) egyenletből a minimális vagy névleges, és nem a maximális integrált értéket használni.
Biztosíték kiválasztásánál figyelembe kell venni az indító áramot és a nem helyhez kötött terhelési feltételeket is. Ha DC / DC átalakítóra van táplálás, a bemeneten lévő kondenzátorokat fel kell tölteni. Az áramerősség I = V / R áramát képező kondenzátorok töltési ideje, amely a konverter tipusú tápforrásból érkezik, kevesebb, mint 10 ms. Ebben az esetben a bemeneti feszültség V folyamatosan változik, és R a vezetékezési ellenállás, az áramforrás ellenállása bekapcsolásakor és a konverter bemeneti kondenzátorainak ekvivalens sorozat ellenállása (ESR) alapján határozza meg.
A nagy DC / DC átalakítók gyakran használnak egy nagy kondenzátort, amelynek nagyon alacsony ESR értéke van. Az induló áram ezekben az esetekben jelentős hatást gyakorol a biztosíték működésére. A készülék megfelelő méretének kiválasztása lehetővé teszi a kiindulási áramok átjutását rajta, anélkül, hogy fúzió keletkezne, és a működés közben bekövetkező megsemmisítés nélkül megsemmisülne.
Az áramimpulzus energiájának kiszámításánál először is meg kell határozni annak nagyságát és időtartamát. Az impulzus paraméterek meghatározásának legmegfelelőbb módja az alkalmazásban lévő áram minimális és maximális feszültségének mérése.
Meg kell jegyezni, hogy az I2t fúziós integrál értékét az áram és az impulzusidő maximális értékénél kell kiszámítani. Például, ha a jelenlegi egyensúlyi állapotban legfeljebb a kisfeszültségű oldalon, az értéke a jelenlegi kell egészíteni ütköztető bizonytalan terhelés, hogy állítsa be a csúcsértéke áram átalakító működési feltételeit. Mindazonáltal a kiindulási áram általában a maximális bemeneti feszültségnél maximális. Az I 2 t fúziós integrált értéket a maximális értékkel kell értékelni, hogy a biztosíték ne égesse ki a "normál" üzemi körülmények között.
Az impulzus együttható a biztosítékelem kialakításától függ (lásd 1. és 2. táblázat).
Szabadalmazott szilárdtest építési használt egy sor biztosítékok R 0603FA, 3216FF, CC12H és CC06 Cooper Bussmann, biztosít periodikus működtetésének és a jó hőmérséklet jellemző ezen eszközök, amely lehetővé teszi, hogy jelentősen csökkenti a téves riasztások. Továbbá, ezek a kis méretű biztosítókat véd a váratlan áramingadozásokat a rendszer által, és a merev szerkezet csökkentheti hőkapcsolója ismételt lökéseket, amelyek okozhatnak kioldószerkezetekhez kis áramok.
A 3216TD biztosítékok drótszerkezete és az új S505H sorozat, valamint számos hagyományos csőszerű biztosíték védelmet biztosít a nagy áramlási áramok ellen. A vezetékes technológia lehetővé teszi kis biztosítékok létrehozását anélkül, hogy feláldoznék az I 2 t-t, az üzemi hőmérsékletet vagy a feszültségtartományokat. A biztosítékok megbízható védelemmel való ellátása a beáramló áram ütközésével alacsonyabb frekvenciát jelent ezeknek az eszközöknek a működésében.
Az észak-amerikai UL / CSA szabvány követelményei, valamint a túláramvédelmi eszközökre vonatkozó európai IEC-szabványok jelentősen eltérnek a jelenlegi és az idő görbék tekintetében. Az UL biztosítékoknak a névleges érték 135% -ával egyenlő árammal kell működniük, míg az IEC szerint ez az érték magasabb - 150%.
Az alkalmazott fizikai méretek és a biztosítékanyagok UL és IEC követelményei megegyeznek. Azonban a különböző szabványok szerint gyártott biztosítékok kölcsönösen nem változnak. Az elemek bekapcsolásának és működtetésének ideje különböző, ha egy amplitúdó áramot alkalmaznak.
A rendszer és a szabvány követelményeinek megfelelő biztosíték kiválasztásakor figyelembe kell venni a következőket:
- A biztosíték névleges áramának nem szabad meghaladnia a DC / DC átalakító biztonságos vizsgálatához használt értéket, amely védelmet igényel.
- A biztosíték az áramkör földeletlen oldalára van szerelve, hogy megakadályozza a megszakítás nélküli földelést a biztosíték kioldása esetén.
- Az alváz bemeneti áramköre és földvezetéke olyan áramot tud vezetni, amely 1,5-szerese a biztosíték névleges áramának.
Az elektronikus áramkörök számos különböző méretű biztosítékot használnak. A leggyakoribb design hengeres, mérete 5 × 15 mm, 5 × 20 mm és 6,3 × 32 mm. A hengeres biztosítékokat az axiális csatlakozókapcsok rugós tartóira szerelik fel a forrasztáshoz. Ultra miniatűr biztosítékokat használnak, ha a fedélzeten lévő hely korlátozott. Ilyen esetekben ezek az eszközök a lap vagy a felszíni szerelvény átmenő lyukakba vannak beszerelve. Szabványos ház méretei egy felületszerelt biztosítékot a 0402 (1005), 0603 (1608), 1206 (3216), 6125 és 1025.
Biztonsági előírások megkövetelik a biztosítékok, hogy megvédje a tápegység AC és véd semmiféle végzetes meghibásodást a kondenzátorok a bemeneti szűrő modul PFC, a kimeneti kondenzátorok vagy DC / DC-átalakítók, ahol F1 biztosíték elhelyezése (lásd. Ábra. 2) szabvány. A bejárat mellett helyezkedik el úgy, hogy az összes többi alkatrész a lánc mentén helyezkedjen el és védve legyen.
