Защита цепей

Защита цепей это компоненты, которые принимают на себя аварию: короткое замыкание, длительную перегрузку, скачок напряжения в сети или разряд статики. В разделе собраны устройства защиты цепей на любой сценарий: плавкие предохранители и держатели, самовосстанавливающиеся предохранители PPTC, автоматические выключатели, варисторы, TVS-диоды, газовые разрядники и ограничители пускового тока от Littelfuse, Bourns, Eaton, TE Connectivity, Vishay и других производителей.

Что от чего защищает

Компонент	Задача	Главные параметры
Плавкие предохранители	Разрывают цепь при коротком замыкании и длительной перегрузке	Номинальный ток, характеристика срабатывания, отключающая способность
Самовосстанавливающиеся PPTC	Ограничивают ток и сами возвращаются в работу после остывания	Ток удержания, ток срабатывания, время реакции
Автоматические выключатели	Многоразовая защита линий питания и оборудования	Номинальный ток, кривая срабатывания, число полюсов
TVS-диоды	Гасят наносекундные импульсы и разряды статики	Рабочее напряжение, напряжение ограничения, пиковая мощность
Варисторы	Поглощают мощные выбросы напряжения на вводе питания	Классификационное напряжение, энергия импульса, пиковый ток
Газовые разрядники	Отводят грозовые и коммутационные перенапряжения	Напряжение пробоя, импульсный ток разряда
Ограничители пускового тока	Сглаживают бросок тока в момент включения	Холодное сопротивление, установившийся ток

Одноразовая или самовосстанавливающаяся

Плавкая вставка срабатывает один раз и навсегда: перегорела, цепь разорвана, деталь меняют на такую же по номиналу и характеристике. Именно такой защите доверяют дорогие узлы, где повторное включение до устранения причины опасно. Виды вставок, маркировка и расшифровка характеристик разобраны в статье Предохранители: виды, характеристики и маркировка.

Самовосстанавливающийся предохранитель PPTC работает иначе. При перегрузке полимер разогревается, его сопротивление вырастает на порядки, и ток падает до безопасного уровня. После остывания элемент сам возвращается в работу. Это удобно там, где перегрузки случаются регулярно и не фатальны: порты USB, зарядные устройства, выходы датчиков. Плата за удобство состоит в заметном собственном сопротивлении и более медленном срабатывании, чем у плавкой вставки.

Защита от перенапряжения и защита по току не заменяют друг друга. Варистор или TVS-диод гасит импульс длительностью в доли микросекунды, но не разорвет цепь при затяжном коротком замыкании, а предохранитель, наоборот, не успеет спасти микросхему от разряда статики. В серьезной технике они работают каскадом: разрядник и варистор принимают основной удар, TVS-диод дочищает остаток, предохранитель отключает линию при длительной аварии.

Как выбрать

1. Определите угрозу: длительная перегрузка по току, импульс перенапряжения или статика. От этого зависит класс компонента, а не только номинал.
2. Для предохранителя возьмите номинал по рабочему току с учетом пусковых бросков и выберите характеристику: быструю для электроники, инерционную для двигателей и импульсных блоков питания.
3. Проверьте отключающую способность: она должна быть выше максимального тока короткого замыкания в защищаемой линии.
4. Для варистора и TVS-диода рабочее напряжение берите выше максимума в цепи хотя бы на пятнадцать процентов, а напряжение ограничения должно оставаться ниже стойкости защищаемой схемы.
5. Сверьте энергию импульса: у варистора она указана в джоулях, у TVS-диода через пиковую мощность, запас здесь лишним не бывает.
6. Подберите монтаж: выводные корпуса и держатели для силовых цепей, SMD для плотных плат.

Частые вопросы

Чем варистор отличается от TVS-диода?
Варистор поглощает больше энергии и ставится на вводе питания, но срабатывает мягче и стареет с каждым принятым импульсом. TVS-диод быстрее и точнее держит уровень, поэтому его место рядом с защищаемой микросхемой и на сигнальных линиях. Подробный разбор в статье Защита от перенапряжения: варисторы, TVS-диоды и супрессоры.

Почему предохранитель перегорает сразу после замены?
Значит в цепи осталась причина: короткое замыкание, пробитый диод или заклинившая нагрузка. Сначала находят и устраняют неисправность, а сгоревшую вставку прозванивают, порядок описан в статье Как проверить предохранитель мультиметром.

Можно ли поставить предохранитель большего номинала, чтобы не перегорал?
Нельзя. Вставка подбирается под сечение проводников и возможности схемы, поэтому завышенный номинал просто переносит точку отказа на дорожки платы и изоляцию проводов.

Зачем нужен газовый разрядник, если есть варистор?
Разрядник выдерживает разряды в десятки тысяч ампер и почти не добавляет емкости в линию, поэтому работает первой ступенью на вводе питания и на линиях связи. Варистор и TVS-диод дорабатывают ту часть выброса, которая прошла дальше.

Предохранители и автоматы для силовых линий собраны в подразделах плавких предохранителей и автоматических выключателей, а диоды, тиристоры и транзисторы для силовой части устройств в разделе дискретных полупроводников.