فیوز ها

فیوز ها از مهم‌ترین و پر استفاده ترین قطعات حفاظتی در الکترونیک هستند که برای جلوگیری از آسیب دیدن مدار در اثر جریان کشی بالا به کار می‌روند که ممکن است به خاطر بروز اتصال کوتاه یا اضافه بار به وجود بیاید. آشنایی با نحوه‌ی عملکرد و کاربرد فیوز ها می‌تواند دید بهتری به طراح داده و باعث افزایش طول عمر و کیفیت مدارات شود.

فیوز چیست؟

یک فیوز به طور کلی متشکل از یک سیم فلزی با مقاومت کم است که در یک ماده غیر قابل احتراق محصور شده است. اساس کار فیوز بر ” تولید حرارت در اثر عبور جریان” می‌باشد. یعنی هرگاه اتصال کوتاه، جریان بیش از حد یا اتصال بار نامتناسب رخ دهد که موجب جران کشی بیش از حد مدار شود، سیم نازک داخل فیوز به دلیل گرمای تولید شده توسط جریان بالایی که از آن عبور می‌کند، ذوب می‌شود. و در نتیجه منبع تغذیه را از سیستم خارج می کند. در حالت عادی، سیم فیوز مانند یک مقاومت بسیار کم عمل کرده و بر عملکرد سیستم تأثیری ندارد.

در مدارات عموما فیوز ها را با یکی از نماد های زیر نمایش می‌دهند.

فیوز ها با چه ویژگی های از هم متمایز می‌شوند؟

در زیر برخی دیگر از ویژگی های فیوز ها آمده است که با توجه به آن ها می‌توان فیوز مورد نظر برای یک مدار را انتخاب کرد.

 

Current Rating & Current Carrying Capacity of Fuse رتبه بندی و ظرفیت عبور جریان	مقدار جریانی که یک فیوز می‌تواند بدون ذوب شدن عبور دهد.
Voltage rating رتبه بندی ولتاژ	علاوه بر جریان، یک فیوز با حداکثر ولتاژی که می توان تحمل کند نیز شناخته می‌شود. فیوزها از این منظر به فیوزهای ولتاژ پایین (LV) و فیوزهای ولتاژ بالا (HV) طبقه بندی می شوند.
Time delay زمان پاسخ	مدت زمانی که طول می‌کشد فیوز نسبت به عبور جریان واکنش نشان دهد.
I2T Value of the Fuse ارزش I2T فیوز	مقدار I2T به گرمایی که در فیوز ایجاد می‌شود اشاره دارد. این انرژی گرمایی به جریانی که از فیوز عبور می‌کند یا arc ایجاد شده، قبل از سوختن فیوز بستگی دارد
Package	بسته بندی

برای مثال به قسمتی از دیتاشیت فیوز های مختلف که در زیر آورده شده است دقت کنید.

با مقایسه فاکتور هایی که در بالا ذکر شد و دیتا شیت فیوز ها، می‌توان فیوز مناسب را برای هر کاربرد خاص انتخاب و استفاده کرد. به عنوان مثال، فرض کنید مدار شما 700 تا 3000 وات برق مصرف می کند. اگر شما برای تغذیه مدار از ولتاژ 220V استفاده کرده اید، باید فیوز 14 آمپری برای آن در نظر بگیرید. همچنین اندازه فیوز نیز باید با اندازه کابل های مورد استفاده مطابقت داشته باشد. برای مثال یک کابل 10 آمپری به فیوز 15 آمپری نیاز دارد.

انواع فیوز

فیوزها را می توان با توجه به نوع ولتاژ تغذیه ورودی به دو دسته اصلی فیوز های DC و فیوز های AC تقسیم کرد.

همانطور که از نام هایشان نیز مشخص است، فیوز های DC در سیستم های DC استفاده می‌شوند و فیوز های AC در مدارات AC. تفاوت اصلی این دو نوع فیوز در ابعاد و ولتاژ شکست آن ها می‌باشد. در سیستم DC، زمانی که سیم فلزی به دلیل گرمای تولید شده توسط جریان بیش از حد ذوب می‌شود، قوس یا arc تولید می‌شود. در سیستم DC به این دلیل که در هز ثانیه چند بار جریان صفر می‌شود، این مشکل به اندازه سیستم های DC وجود ندارد. بنابراین برای به حداقل رساندن arc فیوز، فاصله بین الکترود ها در فیوز DC کمی بزرگتر از فیوز AC است که منجر به بزرگتر بودن ابعاد فیوز DC نسبت به فیوز  AC می‌باشد.

برای تعیین اینکه آیا فیوز برای یک مدار خاص مناسب است یا خیر، باید ولتاژ شکست آن بررسی شود. فیوزهای AC معمولاً برای 120 ولت رتبه بندی می‌شوند، در حالی که فیوزهای DC دارای ولتاژ بالاتری هستند که از 32 ولت تا 125 ولت متغیر است.

فیوز های پرکاربرد در صنعت

در ادامه به توضیح و بررسی برخی فیوز های پرکاربرد در صنعت الکترونیک می‌پردازیم.

• Cartridge Fuse فیوز های کاتریج

این فیوز از رایج ترین انواع فیوز می‌باشد که در یک محفظه شیشه ای با انتهای فلزی قرار دارد. این فیوز دو نوع slow blow (دیر سوز) و fast blow (زودسوز) دارد. Slow blow: برای مدت کوتاهی می‌تواند جریان زیاد را تحمل می‌کنند. در دستگاه هایی که حساسیت کمتری دارند استفاده می‌شود. در موتور ها که در ابتدا جریان زیادی می‌کشند و سپس به مقدار نامی بازمی‌گردند کاربرد دارد. Fast blow: در مدارات الکترونیکی حساس که نوسان جریان و ولتاژ به مدار آسیب میزند استفاده می‌شوند.

برای کاربرد های ولتاژ بالا این فیوز ها را با ماسه یا روغن پر می‌کنند. نواع SMD فیوزهای کارتریج نیز برای نصب روی PCB وجود دارد.

• Automotive Fuse فیوزهای خودرو

فیوزهای خودرو اجزایی هستند که برای محافظت از سیم کشی برق در خودروها و وسایل نقلیه طراحی شده اند. بیشتر فیوزهای خودرویی از نوع تیغه ای هستند. بدنه پلاستیکی رنگی و دو شاخک که در سوکت قرار می گیرند دارند. Rating جریان با توجه به رنگشان مشخص می‌شود. بسته به کاربرد، می‌توان آن‌ها را در بلوک‌های فیوز، گیره‌های فیوز یا نگهدارنده فیوز نصب کرد. 6 مدل از این فیوز ها که در تصویر آمده اند، در دسترس و قابل استفاده هستند.

• Resettable Fuse/ Poly Fuse فیوز های قابل تنظیم مجدد

درون این فیوز ها یک پلیمر آلی وجود دارد که درون آن ذرات کربن هستند. کربن به طور معمول رساناست. هنگامی که جریان از این قطعه می‌گذرد، گرم می‌شود و پلیمر آن منبسط می گردد. در اثر این انبساط ذرات کربن از هم دور شده و رسانایی کاهش می‌یابد به طوری که جریان را دیگر عبور نمی‌دهد. بعد از مدتی با کاهش دما، پلیمر به حالت اولیه برگشته و مجددا رسانا می‌شود. در نتیجه این نوع فیوز نیازی به تعویض ندارد. از این فیوز ها در منابع تغذیه و همچنین شارژر های تلفن استفاده می‌شود.

 

 

 

• Semiconductor Fuse فیوز های نیمه هادی

این فیوزها دارای دقت و سرعت بسیار بالا هستند. آنها به طور خاص برای کاهش I2t، حداکثر جریان عبوری و ولتاژ قوس در طول یک شرایط دارای خطا طراحی شده‌اند که از آسیب به مدار با دقت بالایی جلوگیری شود.

 

• NTC (negative temperature coefficient)

این قطعات مانند مقاومت های هستند که با افزایش دما، مقاومتشان کاهش می‌یابد. این نوع ترمیستور (مقاومت حساس به دما) میتواند به عنوان فیوز و ICL (inrush current limiters) برای محافظت از مدارهای در برابر جریان های هجومی استفاده شوند. NTC ها به موازات تغذیه قرار می‌گیرند. هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه افزایش می یابد، فیوزهای NTC مقاومت را کاهش می دهند و spike های تغذیه را جذب می‌کنند. در نتیجه spike وارد مدار نمی‌شود.

 

• HRC (High Rupturing Capacity) Fuse فیوز های ولتاژ بالا

فیوزهای ولتاژ بالا (HV) نوعی از فیوز های کارتریج هستند که در سیستم های قدرت برای محافظت از ترانسفورماتور قدرت، ترانسفورماتورهای توزیع و غیره استفاده می شود که در آن قطع کننده های مدار ممکن است قادر به محافظت از سیستم نباشند. فیوزهای ولتاژ بالا برای بیش از 1500 ولت و حداکثر 13 کیلو ولت رتبه بندی می شوند.

 

 

• 
  

  Rewirable Fuses فیوز های قابل سیم کشی مجدد

معروف ترین فیوزی که در سیم کشی برق خانگی استفاده می‌شود این نوع از فیوز می‌باشد. مزیت اصلی فیوز قابل سیم‌کشی این است که در صورت منفجر شدن به دلیل اتصال کوتاه یا جریان بیش از حد که باعث ذوب شدن عناصر فیوز می‌شود، می‌توان مجددا آن را به راحتی سیم‌کشی کرد.

 

• SMD Fuses (Surface Mount Fuse), Chip , Radial, and Lead Fuses

فیوزهای SMD  در مدارات DC مانند هارد دیسک، پخش کننده های DVD، دوربین، تلفن های همراه و استفاده می شوند. مزیت اصلی این فیوز ها این است که برای استفاده در مدارات چاپی بسیار مناسب هستند.

خلاصه

فیوزها قعات محافظتی ای هستند که در اثر عبور جریان زیاد از مدار، قطع شده و منبع را از مدار جدا می‌کنند تا به دیگر المان‌ها آسیبی وارد نشود. فیوزها انواع مختلفی دارند و بر اساس مشخصات مدار مانند ماکزیمم جریان عبوری و ولتاژ کاری و دیگر ویژگی‌ها که در بالا اشاره شد، می‌توان فیوز مناسب برای هر طراحی و کاربرد را انتخاب کرد. رعایت نکات حفاظتی در مدارات از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا باعث بهبود کیفیت و طول عمر مدار می‌گردد. در مرکز ذهن دیجیتال طراحی مدارات الکترونیک توسط مهندسان مجرب انجام شده و در اختیار مشتری قرار می‌گیرد.