فیوز ها

وفیوزها از مهمترین و پراستفاده ترین قطعات حفاظتی در الکترونیک هستند که برای جلوگیری از آسیب دیدن مدار در اثر جریان‌کشی بالا به کار میروند؛ این موضوع که ممکن است به خاطر بروز اتصال کوتاه یا اضافه بار به وجود بیاید، در بسیاری از موارد باعث آسیب دیدن مدار می‌شود. آشنایی با نحوه‌ عملکرد و کاربرد فیوزها 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 قاب حاوی ماده غیر قابل احتراق محصور شده است. اساس کار فیوز بر ” تولید حرارت در اثر عبور جریان” می‌باشد. یعنی هرگاه در اثر اتصال کوتاه، و یا اتصال بار نامتناسب، جریان‌ زیادی از مدار بگذرد، سیم نازک داخل فیوز به دلیل گرما تولید شده توسط جریان بالایی که از آن عبور می‌کند، ذوب می‌شود و منبع تغذیه از سیستم خارج می‌شود. در حالت عادی، سیم فیوز مانند یک مقاومت بسیار کم عمل کرده و بر عملکرد سیستم تأثیری ندارد.

 

در مدارات عموماً فیوزها را با یکی از نمادهای زیر نمایش می‌دهند.

فیوزها با چه ویژگی‌های از هم متمایز می‌شوند؟

در زیر برخی دیگر از ویژگی‌های فیوزها آمده است که با توجه به آن‌ 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 میتوان تحمل کند نیز شناخته می‌شود. فیوزها از این منظر به فیوزهای ولتاژ پایین (LV) و فیوزهای ولتاژ بالا (HV) طبقه بندی می‌شوند.
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 فیوزهای مختلف که در زیر آورده شده است دقت کنید. در هرکدام از ستون‌های این جدول ویژگی‌هایی که در بالا ذکر شد را میتوان بررسی کرد.

 

 

با مقایسه فاکتورهایی که در بالا ذکر شد و بررسی دیتاشیت فیوزها، 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 می‌کند. اگر شما برای تغذیه مدار از ولتاژ 220V استفاده کرده‌اید، باید فیوز 14 آمپری برای آن در نظر بگیرید. همچنین اندازه فیوز نیز باید با اندازه کابل‌های مورد استفاده مطابقت داشته باشد. برای مثال یک کابل 10 آمپری به فیوز 15 آمپری نیاز دارد.

انواع فیوز

فیوزها را میتوان با توجه به نوع ولتاژ تغذیه ورودی به دو دسته اصلی فیوزهای DC و فیوزهای AC تقسیم کرد.

همانطور که از نامهایشان نیز مشخص است، فیوزهای DC در سیستم‌های DC استفاده می‌شوند و فیوزهای AC در مدارات AC. تفاوت اصلی این دو نوع فیوز در ابعاد و ولتاژ شکست‌ آنها 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 هر ثانیه چند بار جریان صفر می‌شود، این مشکل به اندازه سیستم‌های DC وجود ندارد. بنابراین برای به حداقل رساندن arc فیوز، فاصله بین الکترودها در فیوز DC کمی بزرگتر از فیوز AC است که منجر به بزرگتر بودن ابعاد فیوز DC نسبت به فیوز AC می‌شود.

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.

فیوزهای پرکاربرد در صنعت

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

 

• Cartridge Fuse فیوز کاتریج

این فیوز از رایج ترین انواع فیوز می‌باشد که در یک محفظه شیشه‌ای با انتهای فلزی قرار دارد. این فیوز دو نوع slow blow (دیر سوز) و fast blow (زودسوز) دارد.

• Slow blow: این فیوزها برای مدت کوتاهی میتوانند جریان زیاد را تحمل کنند و در دستگاه‌هایی که حساسیت کمتری دارند استفاده می‌شوند. همچنین در مداراتی که در آنها از موتور استفاده شده است، میتوان از مدل فیوز استفاده کرد. زیرا موتورها ابتدا جریان‌ کشی زیادی دارند و سپس به مقدار نامی باز می‌گردند.
• Fast blow: این مدل از فیوزها در مدارات الکترونیکی حساس که نوسان جریان و ولتاژ به مدار آسیب می‌زند استفاده می‌شوند.

برای کاربردهای ولتاژ بالا این فیوزها را با ماسه یا روغن پر می‌کنند. نواع SMD فیوزهای کارتریج نیز برای نصب روی PCB وجود دارد.

 

• Automotive Fuse فیوز خودرو

فیوزهای خودرو اجزایی هستند که برای محافظت از سیم‌ کشی برق در خودروها و وسایل نقلیه طراحی شده‌اند. بیشتر فیوزهای خودرویی از نوع تیغه‌ای هستند. این فیوزها بدنه پلاستیکی رنگی و دو شاخک دارند که شاخک‌ها در سوکت قرار می‌گیرند. در این نوع فیوزها Rating جریان با توجه به رنگشان مشخص می‌شود. بسته به کاربرد، می‌توان آنها را در بلوک‌های فیوز، گیره‌های فیوز یا نگهدارنده فیوز نصب کرد. در تصویر زیر 6 مدل از این فیوزها که در بازار موجود و قابل استفاده هستند نشان داده شده‌ است.

 

 

• Resettable Fuse/ Poly Fuse فیوز قابل تنظیم مجدد

درون این فیوزها 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 می‌گردد که 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 مجدداً رسانا می‌شود. در نتیجه این نوع فیوز نیازی به تعویض ندارد. از این فیوزها در منابع تغذیه و همچنین شارژرهای تلفن استفاده می‌شود.

 

 

 

• Semiconductor Fuse فیوز 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 مقاومت‌هایی 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 مدارها در برابر جریان‌های هجومی استفاده شود. NTCها به موازات تغذیه قرار می‌گیرند. هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه افزایش می‌یابد، فیوزهای NTC مقاومت را کاهش می دهند و spikeهای تغذیه را جذب می‌کنند. در نتیجه spike وارد مدار نمی‌شود.

 

 

• HRC (High Rupturing Capacity) Fuse فیوز ولتاژ بالا

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

 

 

 

• Rewirable Fuses فیوز 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 مجدداً آن را به راحتی سیم‌ کشی کرد.

 

 

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

فیوز SMD در مدارات DC مانند هارد دیسک‌ها، پخش کننده‌های DVD، دوربین‌ها، تلفن‌های همراه و… استفاده می‌شوند. مزیت اصلی این قطعات این است که برای استفاده در مدارات چاپی بسیار مناسب هستند.

 

خلاصه

فیوزها قطعات محافظتی‌ای 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. انواع مختلف فیوز وجود دارد 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 پس از تست و اطمینان از صحت عملکرد در اختیار مشتری قرار می‌گیرد.