انواع فیوز های الکترونیکی و کاربرد آن‌ها

فیوز احتمالا ساده ترین وسیله الکتریکی است، اما عملکرد آن در محافظت از مدارهای الکتریکی در برابر آسیب حیاتی است. فیوزها در هر مداری به هر شکلی در اشکال، اندازه ها و درجه بندی‌های مختلف یافت می‌شوند. در این مقاله با نحوه عملکرد، انتخاب و انواع فیوز پرداخته شده‌است.

فهرست مطالب

فیوز چگونه کار می‌کند؟

وظیفه اصلی فیوز این است که اگر جریانی بالاتر از حد مطلوب توسط مدار کشیده شود، مدار را قطع می‌کند و در نتیجه از آسیب ناشی از اتصال کوتاه جلوگیری می‌کند.

ساده‌ترین نوع فیوز از یک عنصر مقاومتی تشکیل شده‌است که با دقت برای نقطه ذوب آن انتخاب شده‌است. هنگامی که جریانی از این عنصر عبور می‌‌کند، یک افت ولتاژ کوچک (به اندازه کافی کوچک است تا مدار پایین دست تحت تأثیر قرار نگیرد) در سراسر عنصر ایجاد می‌شود و مقداری نیرو به عنوان گرما تلف می شود. بنابراین دمای عنصر افزایش می‌یابد. برای جریان‌های معمولی، این افزایش دما برای ذوب شدن رشته کافی نیست. با این حال، اگر کشش جریان از جریان نامی فیوز بیشتر شود، به سرعت به نقطه ذوب می‌رسد. عنصر مقاومتی ذوب می‌شود و مدار قطع می‌شود. ضخامت و طول عنصر مقاومتی جریان نامی را تعیین می‌کند.

عناصر فیوز از روی، مس، نقره، آلومینیوم یا آلیاژهای دیگر ساخته شده اند تا جریان سفر قابل پیش بینی را ارائه دهند. این عنصر نباید در طول زمان اکسید یا خورده شود.

نماد فیوز

نمادهای استاندارد IEEE/ANSI برای فیوز به شرح زیر است:

با این حال، فیوز IEC کمی متفاوت است:

ویژگی‌های فیوز

انواع مختلف فیوزها را می‌توان بر اساس ویژگی‌های زیر دسته بندی کرد.

ظرفیت حمل جریان فیوز

رتبه بندی ولتاژ فیوز

ظرفیت شکستن فیوز

I2t ارزش فیوز

ویژگی پاسخگویی

ولتاژ نامی فیوز

اندازه بسته بندی

در زیر به توضیح مختصری از دسته بندی‌های فوق می‌پردازیم.

ظرفیت حمل جریان فیوز

این ظرفیت، مقدار جریانی است که یک فیوز می‌ تواند به راحتی بدون قطع شدن مدار عبور دهد.

ظرفیت شکستن:

مقدار حداکثر جریانی که می‌تواند به طور ایمن توسط فیوز قطع شود، ظرفیت شکست نامیده می‌شود و باید بیشتر از جریان اتصال کوتاه احتمالی باشد.

ولتاژ نامی فیوز

ظرفیت فعلی جریان را در نظر داشته باشید، حداکثر درجه ولتاژی وجود دارد که یک فیوز می‌تواند با خیال راحت از عهده آن برآید. هر فیوز دارای حداکثر درجه ولتاژ مجاز است، به عنوان مثال، اگر فیوز برای ولتاژ 32 ولت طراحی شده باشد، نمی‌توان از آن برای ولتاژ 220 ولت استفاده کرد. مقادیر مختلفی ایزولاسیون در فیوزهای مختلف که در سطوح ولتاژ مختلف کار می‌کنند مورد نیاز است. پایه‌های درجه بندی ولتاژ یک فیوز می‌تواند HV (ولتاژ بالا)، LV (ولتاژ پایین) و فیوزهای مینیاتوری باشد.

I2t ارزش فیوز

اصطلاحات I2t مربوط به فیوزی است که معمولاً در شرایط اتصال کوتاه استفاده می‌شود. این مقدار نشان دهنده میزان انرژی است که المنت فیوز هنگام رفع عیب الکتریکی حمل می‌کند.

ویژگی پاسخگویی فیوز

زمان پاسخگویی فیوز به مقدار جریانی که از سیم آن می‌گذرد بستگی دارد. هر چه جریان عبوری از سیم بیشتر باشد، زمان پاسخ سریعتر خواهد بود.

مشخصه پاسخ

زمان پاسخ را برای یک رویداد اضافه بار نشان می‌دهد. فیوزهایی که به سرعت به وضعیت اضافه بار پاسخ می‌دهند، فیوزهای فوق سریع یا فیوزهای سریع نامیده می‌شوند. آنها در بسیاری از دستگاه‌های نیمه هادی استفاده می‌شوند زیرا دستگاه‌های نیمه هادی با جریان بیش از حد به سرعت آسیب می‌بینند.

فیوز دیگری وجود دارد که به آن فیوز زود سوز می‌گویند، فیوزهای سوئیچ به سرعت به اضافه بار پاسخ نمی‌دهند، اما پس از چند ثانیه از وقوع اضافه با، منفجر می‌شوند. چنین فیوزهایی کاربرد خود را در سیستم‌های الکترونیکی کنترل موتور پیدا کردند زیرا موتورها در هنگام راه اندازی، جریان بسیار بیشتری نسبت به زمان کارکردن مصرف می‌کنند.

اندازه بسته بندی

فیوزهای AC و DC بسته بندی متفاوتی دارند، به همین ترتیب در کاربردهای مختلف نیاز به بسته بندی‌های مختلف برای استفاده دقیق در مدار دارند.

سایر عوامل و پارامترها عبارتند از علامت گذاری، کاهش دما، افت ولتاژ و سرعت و غیره.

انواع فیوز

فیوزها را می‌توان به دو دسته عمده فیوز AC و فیوز DC تقسیم کرد. بلوک دیاگرام زیر انواع مختلف فیوز را در هر دسته نشان می‌دهد. ما در مقاله خود به طور خلاصه در مورد هر فیوز صحبت خواهیم کرد.

فیوزهای DC

فیوزهای کارتریج

این رایـج‌ترین نوع فیـوز است. المنت فیـوز در یک محفظه شیشه‌ای با کلاهک‌های فلزی محصور شده است. فیـوز در یک نگهدارنده مناسب قرار می‌گیرد.

از آنجایی که محفظه شیشه ای شفاف است، به راحتی می‌توان تشخیص داد که آیا فیوز منفجر شده است یا خیر.

انواع مختلفی از این طرح وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به فیوزهای Slow blow (زود سوز) و فیوز Fast blow (دیر سوز) اشاره کرد. فیوزهای Slow blow فیوزهایی هستند که می‌توانند ولتاژ‌های گذرای بالایی را برای مدت زمان نسبتاً کوتاهی تحمل کند و پاره نشوند یا نسوزند. فیوزهای Fast blow برعکس مورد قبل بسیار حساس بوده در مقابل اندک ولتاژ و جریانی می‌سوزند.

این فیوز‌ها (Slow blow) را می‌توان در قطعاتی و دستگاه‌هایی که زیاد حساس نبوده و یا با نوسان ولتاژ و جریان آسیب ندیده و می‌توان با در نظر گرفتن آن دستگاه را خاموش نموده و فیوز سالم بماند، بکار برد. این نوع فیوز در صنعت موتور بسیار کاربرد داشته چرا که یک موتور در ابتدای روشن شدن جریان زیادی را می‌کشد تا زمانی که به دور نامی خود رسیده و جریان ثابت گردد.

در مدارات الکترونیکی به دلیل حفاظت از قطعات و مدارات از فیوز Fast blow استفاده می‌گردد، چرا که با کوچکترین نوسان ولتاژ یا جریان می‌سوزد.

فیوزهای خودرو

این فیوزها به طور خاص برای سیستم‌های خودرویی طراحی شده اندکه تا 32 ولت و گاهی اوقات 42 ولت کار می‌کنند. آن‌ها به شکل “تیغه”(یک محفـظه‌ی پلاستیکی شفاف با سطح تماس مسطح) که بر اساس جریان نامی کدگذاری رنگی دارند. برخی از این نوع فیوزها در مدارهای پرقدرت دیگر نیز استفاده می‌شوند.

فیوزهای قابل تنظیم مجدد/POLYFUSE

همانطور که از نام آن ها پیداست، این فیوزها خود تنظیم شونده هستند. آن‌ها حاوی ذرات کربن سیاه هستند که در پلیمرهای آلی جاسازی شده‌اند. به طور معمول، کربن سیاه مخلوط را رسانا می‌کند. هنگامی که جریان زیادی حرکت می‌یابد، گرما تولید می شود که پلیمر آلی را منبسط می‌کند. ذرات کربن سیاه از هم جدا می شوند و رسانایی آن کاهش می‌یابد و باعث می‌شود که جریانی در آن وجود نداشته باشد. با کاهش دما، رسانایی بازیابی می‌گردد. بنابراین، فیوز نیازی به تعویض فیزیکی ندارد. این نوع فیوز PTC به معنای ضریب دمایی مثبت نیز نامیده می‌شود، زیرا مقاومت با افزایش دما افزایش می‌یابد.

فیوز PTC در بیشتر لوازم الکترونیکی وجود دارد. به خصوص در منابع تغذیه کامپیوتر و شارژرهای تلفن که وجود آن مفید می‌باشد. از این فیوز ها در دستگاه های هوافضا نیز استفاده می‌نمایند.

PTC ها به راحتی با رنگ زرد-نارنجی و شکل دیسکی (و گاهی مستطیلی) شناسایی می‌شوند. فیوزهای اس ام دی معمولاً به رنگ سبز با علامت های سفید یا مشکی عرضه می‌شوند.

فیوزهای نیمه هادی

توان تلف شده توسط یک نیمه هادی با حرکت جریان به طور تصاعدی افزایش می‌یابد. این فیوزها معمولاً برای محافظت از دستگاه های سوئیچینگ نیمه هادی استفاده می‌شوند که به جریان‌های کوچک حساس هستند.

فیوز های حرارتی

NTC ها (ضریب دمایی منفی) به موازات منبع تغذیه قرار می‌گیرند. هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه افزایش می‌یابد، فیوزهای NTC به دلیل جریان بیشتر، مقاومت را کاهش می‌دهند و اتصال بین آنها ذوب می‌شود.

فیوزهای AC

فیوزهای ولتاژ بالا

این فیوزها در خطوط انتقال متناوب ولتاژ بالا که ولتاژ آن می‌تواند از چند صد کیلو ولت بیشتر شود استفاده می‌شود.

فیوزهای HRC (جریان پارگی زیاد)

فیوزهای HRC فیوزهایی از نوع کارتریجی هستند که از یک محفظه ی شفاف ساخته شده از

استئاتیت (سیلیکات منیزیم) تشکیل شده‌است. فیوز با پودر کوارتز پر شده‌است (و در مورد

فیوزهای HRC پر از مایع، یک مایع غیر رسانا مانند روغن معدنی) که به عنوان یک عامل

خاموش کننده قوس عمل می‌کند.

این فیوزها برای جریان های بسیار زیاد استفاده می‌شوند.

فیوزهای خروجی

این فیوزها با مواد شیمیایی مانند اسید بوریک پر شده‌اند که در هنگام گرم شدن گاز تولید می‌کنند.

این گازها قوس را خاموش کرده و از انتهای فیوز خارج می‌شوند.

عنصر فیوز از مس، قلع یا نقره ساخته شده‌است.

فیوزهای ولتاژ پایین

این فیوزها در شبکه‌های توزیع نسبتا کم ولتاژ استفاده می‌شوند.

فیوز کارتریج

شباهت زیادی به فیوزهای کارتریج DC دارند. آن‌ها از یک محفظه شفاف تشکیل شده‌اند که عنصر فیوز را احاطه کرده است. آنها را می‌توان به برق (نوع تیغه ای) وصل کرد یا در یک فیکسچر پیچ کرد.

فیوزهای تخلیه

آنها حاوی یک بازوی اهرمی فنری هستند که در صورت بروز خطا جمع می‌شود و باید دوباره سیم کشی

شود و برای از سرگیری عملکرد عادی در جای خود قرار گیرد. آنها نوعی فیوز خروجی هستند.

فیوزهای قابل سیم کشی مجدد

یک فیوز ساده قابل استفاده مجدد هستند که در منازل و ادارات مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آن‌ها از یک حامل و یک سوکت تشکیل شده‌اند. هنگامی که فیـوز منفجر می‌شود، حامل خارج

می‌ شود، دوباره سیـم کشی می شود و دوباره در سـوکت قرار می گیرد تا کارعـادی خود را از

سر بگیرد. آنها نسبت به فیـوزهای HRC تا حدودی کمتر قابل اعتماد هستند.

فیوز ضربه‌گیر

این فیوزها با ضربه‌گیر فنری ارائه می‌شوند که می‌تواند به‌عنوان نشانگر بصری سوختن

فیوز عمل کند.

فیوز سوئیچ

دسته ای که به صورت دستی کار می‌کند می‌تواند فیوزهای جریان بالا را متصل یا جدا کند.

نحوه ی انتخاب فیوز برای استفاده در وسیله ی برقی

در حالی که انتخاب فیوز مناسب و اندازه نامی آن برای وسایل برقی بر اساس عوامل و محیط‌های مختلف است، اما فرمول اصلی زیر نحوه انتخاب اندازه مناسب فیوز را نشان می‌‌‌دهد:

رتبه فیوز = ( توان / ولتاژ ) × 1.25 Fuse Rating = ( Power / Voltage ) x 1.25

به عنوان مثال، شما باید اندازه مناسب فیوز را برای سوکت دو پین 10A پیدا کنید.

(1000W / 230V ) x 1.25 = 5.4A (1000 وات / 230 ولت)×1.25 = A5.4

در مثال بالا، 1 کیلو وات توانی است که می‌تواند از طریق سوکت 2 پین کنترل شود و ولتاژ اصلی منبع تغذیه تک فاز 230 ولت AC است.

اما برای عملکرد ایمن و مطمئن مدار، باید به جای 5.4 آمپر از حداکثر فیوز یعنی 6 آمپر استفاده کنید.