Полупроводниковые самовосстанавливающиеся элементы защиты электронных схем
В схеме на рис. 7.2 использованы ограничители типа 1.50Н400А. Импульсная максимальная допустимая мощность ограничителя – 1.5 кВт. Амплитуда переменного напряжения открывания ограничителей при токе открывания 1 мА – 400±20 6. Коэффициент ограничения – 1.2… 1.3. Мощность, потребляемая от сети при отсутствии высоковольтных импульсов – до 0.5 Вт.
Выпускаемые в России комбинированные защитные микросборки ЗА-0 имеют проволочные выводы и рассчитаны на встраивание в аппаратуру, а ЗА-1 оформлены в виде пластмассовой сетевой вилки с жесткими штырями для установки в стандартную сетевую розетку [7.6]. Их электрическая схема соответствует типовой, приведенной на рис. 7.2.
Маркировка защитных устройств ЗА-0-1.5-400А – ЗА-0-1.5-800Б расшифровывается так: 0 или 1 – вариант конструктивного оформления (см. выше); 1.5 – импульсная максимальная допустимая мощность индикатора в кВт; трехзначное число – напряжение открывания, Б; буква А или Б – разброс напряжения открывания, 5 или 10%, соответственно.
Повреждение электронных компонентов может произойти и от перегрузки по току. Традиционно для защиты радиоэлектронного оборудования и линий связи используют плавкие предохранители и позисторы – терморезисторы с положительным температурным коэффициентом (ПТК) или Positive Temperature Coefficient (PTC) [7.5, 7.7-7.10]. Плавкие предохранители обеспечивают только однократную защиту, следовательно, для продолжения работы требуется их замена. Известны также примеры использования в устройствах защиты термисторов (терморезисторов) с отрицательным температурным коэффициентом типа Л/ТС или Negative Temperature Coefficient.
Для защиты от токовых перегрузок в последнее время используют самовосстанавливающиеся предохранители PolySwitch (рис. 7.3) фирм Raychem, Epcos, Bourns и др. [7.5, 7.7-7.9]. Элементы токовой защиты PolySwitch с рабочим напряжением 15, 30 и 60 6 изготавливают из материалов с ПТК. Эти материалы выполнены из органического полимера с малой теплоемкостью и содержат равномерно рассеянные ультрадисперсные частицы токопроводящего вещества (углерода). В нормальном (проводящем) состоянии эти частицы внутри элемента PolySwitch образуют токопроводящие цепочки в окружающем их полимерном материале. Если ток через элемент превышает допустимый, происходит его внутренний разогрев. Это вызывает фазовый переход: структура полимерного материала скачкообразно переходит из кристаллической в аморфную, разрываются внутренние токопроводящие цепи, и сопротивление предохранителя PolySwitch увеличивается до 107 Ом.
В высокоомном состоянии внутренняя температура элемента достигает 120 °C. За счет протекания остаточного тока (десятые-сотые доли мА) внутренняя температура элемента PolySwitch поддерживается довольно высокой для предотвращения образования вновь токопроводящих цепей. Когда приложенное к цепи напряжение снимается, предохранитель PolySwitch быстро остывает, происходит восстановление токопроводящих цепей. Сопротивление элемента уменьшается до исходной величины элементы PolySwitch серий TR и TS срабатывают значительно быстрее, чем керамические позисторы. Их использование для защиты РЭА наиболее эффективно в составе комплексной системы, состоящей из устройства защиты от перенапряжений и элементов PolySwitch в качестве средства токовой защиты (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Типовые схемы включения полупроводниковых элементов самовосстанавливающейся защиты от токовых перегрузок и перенапряжения
В качестве элементов защиты от перенапряжений можно использовать двух – или трехэлектродные разрядники фирмы Siemens. Защитные устройства на базе элементов PolySwitch корпорации Raychem совместно с разрядниками Siemens обеспечивают многоразовую самовосстанавливающуюся защиту оборудования [7.7, 7.8].
Полимерные самовосстанавливающиеся предохранители корпорации Raychem типа RXExxx рассчитаны на максимальный допустимый ток при ххх=010; 030; 090; 375, соответственно 0.1; 0.3; 0.9 и 3.75 А (включая промежуточные значения). Рабочее напряжение – 60 В. Они имеют максимальное сопротивление в проводящем состоянии 7.5; 2.1; 0.47 и 0.1 О/и, а минимальное – 2.5; 0.88; 0.20 и 0.04 Ом при времени срабатывания 0.4;.0.9; 1.5 и 7 сек, соответственно [7.8]. Кроме них известны предохранители серий RUExxx (рабочее напряжение 30 В), SRPxxx, SMDxxx, TRxxx-yyy.