Como selecionar um fusível

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É fácil trivializar a necessidade de um fusível e como selecionar um. Todos nós ficamos irritados ou exasperados com um fusível queimado. Às vezes, desejamos que não houvesse esse componente 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 as mesmas preocupações de incêndio e também precisam de fusíveis (Figura 1). Os fusíveis também impedirão que tensões letais causem choque aos usuários.

1. Os fusíveis protegem os usuários de choques e produtos de pegar fogo. Embora este PCB tenha falhado, não iniciou um incêndio. (Cortesia do flickr, UnknownNet-Photography) 1. Os fusíveis protegem os usuários de choques e produtos de pegar fogo. Embora este PCB tenha falhado, não iniciou um incêndio. (Cortesia do flickr, UnknownNet-Photography)

Alguma coisa anônima surgiu com o aforismo: “Um transistor de vinte dólares sempre explode 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 esses são arruinados com alguns nanossegundos de sobrecorrente.

Os fusíveis são ideais para proteger os fios e os traços da placa de circuito impresso (PCB) contra derretimento e incêndio. Isso pode acontecer quando os curtos se desenvolvem a partir de fios desgastados ou do ímã, devido a vibrações e constrições devido a campos magnéticos CA Outra falha comum é dos 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 ampère ou mais. Você deseja definir a corrente menor do que o que derreteria um fio de ligação dentro do transistor ou IC. Então, seu circuito de comportamento inadequado 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. Este pode ser um produto que se conecta à parede ou que é alimentado por uma bateria ou que funciona a partir do alternador do seu carro. A fonte de baixa impedância fornecerá muita corrente que derreterá o cobre e iniciará um incêndio (Figura 2). O Underwriters Laboratories foi iniciado para ajudar as companhias de seguros a reduzir o risco de seguro contra incêndio. Um fusível pode proteger as pessoas de uma tensão em curto no gabinete, além de impedir que um produto pegue fogo.

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2. Este PCB foi fundido incorretamente. Um fusível deveria ter queimado muito antes de tanta energia ser consumida, iniciando um incêndio grave. (Cortesia de Wikimedia)2. Este PCB foi fundido incorretamente. Um fusível deveria ter queimado muito antes de tanta energia ser consumida, iniciando um incêndio grave. (Cortesia de Wikimedia)

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 1/4-in convencional. fusível pode ser apropriado. Na Europa, o fusível de vidro de 5 × 20 mm é comum. Para trabalhos automotivos, fusíveis de lâmina são usados ​​em todo o mundo. Um distribuidor elétrico pode orientá-lo para o tipo certo de fusível industrial. Se você está protegendo traços em uma PCB, os fusíveis de montagem na superfície são ideais (Fig. 3).

3. Você pode soldar alguns fusíveis de montagem em superfície diretamente na sua PCB. Este possui pequenos clipes que separam o calor da solda do fusível e facilitam a substituição do fusível. (Cortesia de Littelfuse)3. Você pode soldar alguns fusíveis de montagem em superfície diretamente na sua PCB. Este possui pequenos clipes que separam o calor da solda do fusível e facilitam a substituição do fusível. (Cortesia de Littelfuse)

Muitas vezes, basta olhar produtos semelhantes aos seus e ver que tipo de fusível eles usavam. Como meu mentor costumava dizer, “não está copiando; está fazendo uso da arte anterior. “

Avalie a velocidade do fusível

Depois de estabelecer o pacote do fusível, talvez em conjunto com esse esforço, você decida a velocidade do fusível (Fig. 4). Um fusível rápido abre rapidamente, antes que os fios, vestígios ou dispositivos fiquem muito quentes. No entanto, um golpe rápido pode estar sujeito a falhas incômodas, devido a sobrecarga momentânea.

4. A curva tempo-corrente descreve a rapidez com que um fusível queimará em qualquer corrente. Tem uma escala de log-log. Observe que um fusível 1-A queima após 10.000 segundos com exatamente 1 A aplicado. (Cortesia de Bel Fuse)4. A curva tempo-corrente descreve a rapidez com que um fusível queimará em qualquer corrente. Tem uma escala de log-log. Observe que um fusível 1-A queima após 10.000 segundos com exatamente 1 A aplicado. (Cortesia de Bel Fuse)

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Lâmpadas incandescentes, cargas capacitivas e fontes de alimentação lineares e comutadas têm uma grande corrente 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, a irrupção pode ser menos grave se você as trocar quando a tensão de entrada estiver em zero volts. Você deve considerar a condição ao conectar a energia na tensão máxima. Isso criará um pulso de corrente maior e mais curto que poderá abrir um fusível rápido.

Dimensione o fusível

Certa vez, projetei uma borracha ultravioleta para bolachas UVPROM em uma máquina semicondutora. Eu sabia que se o fusível tropeçasse, isso significava que algo estava seriamente quebrado; não haveria viagens aleatórias, ou assim eu pensei. Meu erro foi dimensionar o fusível muito próximo da carga esperada do transformador linear de alta tensão.

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Funcionou bem em meu laboratório, mas quando o pessoal de marketing a levou à Electronica em Munique, na Alemanha, a máquina foi alimentada por 50 ciclos de corrente alternada. Essa frequência mais baixa significava que o transformador tinha mais perdas e consumia mais corrente. Eu tinha deixado tão pouca margem, o fusível explodiu, logo antes do show. Felizmente, eu tinha usado fusíveis europeus de 5 × 20 mm, então eu disse à equipe do show para comprar fusíveis de corrente mais alta localmente, e tirar a tampa e colocar os fusíveis.

Infelizmente, apesar de explicar meu erro, a gerência insistiu em que, em vez de clipes de fusíveis montados em PCB, eu coloquei porta-fusíveis removíveis na parte externa da caixa, o que fez uma fiação de ninho de ratos e uma montagem complicada. É o que acontece quando o departamento de marketing pega seu protótipo do banco e o leva para um show. Trinta anos depois, ainda me ressinto de ter que remover os clipes de fusível montados na placa de circuito impresso.

Enquanto trabalhava em uma empresa de teste de semicondutores, fui chamado para ajudar nos padrões das instalações necessárias para alimentar o testador. O engenheiro anterior havia superdimensionado os fusíveis com base no consumo máximo de corrente potencial de centenas de fontes de alimentação na unidade. Eu tive que arrastar o Código Elétrico Nacional e os regulamentos que envolviam circuitos de derivação 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. Economizou cerca de US $ 10.000 em custos de instalação e deixou os clientes bastante felizes.

Da mesma forma, o inspetor da casa que comprei recentemente disse que os disjuntores do painel principal eram grandes demais para o ar-condicionado de 4 toneladas. 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 que o aparelho de ar condicionado precisa. Os fusíveis na conexão da unidade de CA são dimensionados para proteger essa carga. Você pode conectar uma carga de 2 A na tomada 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 para incêndio e curtos-circuitos.

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Tudo isso significa que você deve dimensionar o fusível com base em parar as coisas pegando fogo, e não um valor de 10% acima da corrente de operação. Meça a corrente de operação em todas as condições e temperaturas e, diferentemente 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 irrupção quando ligada pela primeira vez. O fusível deve suportar isso, mesmo que uma criança acione o interruptor uma dúzia de vezes em poucos segundos.

É possível que sua classificação de corrente de fusível termine com o dobro ou até 10 vezes a corrente de operação. É seu trabalho eliminar a operação de fusível incômodo, assegurando que qualquer falha ou curto acenda o fusível antes de iniciar um incêndio. Como observado acima, você pode tentar um fusível de golpe lento para superar algum problema de corrente de irrupção, enquanto ainda protege seu circuito contra incêndio.

Conclusão

Para garantir que seu circuito não derreta ou pegue fogo, nunca é demais colocar um fusível na entrada. Para capacitores eletrolíticos grandes, alguns produtos de consumo baratos têm traços de PCB subdimensionados, de modo que, quando o capacitor entra em curto, o traço de PCB derrete, servindo como fusível. Essa não é a melhor solução, já que o cobre tem um coeficiente de alta temperatura e o processo de fabricação de PCBs não controla as necessidades do seu fusível de cobre improvisado.

É melhor instalar pequenos fusíveis de montagem na superfície que tenham uma operação muito mais previsível. Dessa forma, quando o técnico substituir os capacitores eletrolíticos em curto, ele poderá soldar um novo fusível. Com o transporte noturno, os capacitores e fusíveis podem ser pedidos na hora do jantar e chegar às 10h no dia seguinte. Melhor ainda, não haverá traços de PCB derretidos. Se eles forem reparados com fio de barramento, a corrente de fusão será muito alta e o produto poderá pegar fogo na próxima vez que os capacitores eletrolíticos estiverem em curto.

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