كيف يعمل الفيوز؟
يمثّل المصهر (الفيوز) طريقة بسيطة، وفعّالة لحماية الأجهزة من ارتفاع التيّار إلى سويّات خطرة، فعند مرور تيّار في الدارة يحدث ما يلي:
- يسبّب مرور تيّار في ناقل ذي مقاومة غير صفريّة إلى تبدُّد الاستطاعة.
- تتبدَّد الاستطاعة على شكل حرارة.
- الحرارة الناتجة تزيد من درجة حرارة الناقل.
- إذا كانت قيمة التيّار، ومدّة استمراره كافية لرفع درجة الحرارة إلى قيمة أعلى من درجة الحرارة التي يتحمّلها الفيوز، عندها سوف ينصهر، ويشكّل دارة مفتوحة.
إذاً، الفكرة الأساسيّة لعمل الفيوز غير معقّدة، وعليك التركيز على بعض النقاط الهامّة. بقيّة المقالة ستعطيك فكرة مفصّلة عن عمل، وسلوك الفيوز.
لماذا ينصهر الفيوز؟ بسبب الحرارة أم التيّار؟
لا يتأثّر الفيوز (المصهر) بشكل مباشر بالتيّار، حيث أنّ التيّار يسبِّب ارتفاع في الحرارة، وهذا الارتفاع يؤدّي الى انصهار الفيوز. هذا يعتبر علامة مميّزة أخرى لأنّها تعني أنّ الفيوز يتأثّر بدرجة الحرارة المحيطة، والخصائص الزمنية للتيار (أي يتعلق بمدة تغير قيمة التيار ) .
بما إنّ قيمة التيّار المحدّدة للفيوز تتعلّق بدرجة الحرارة المحيطة ( تبلغ درجة الحرارة غالباً 25 درجة مئوية) فإنّ عملية اختيار قيمة الفيوز تتبع لوسط العمل، فعلى سبيل المثال يختلف الفيوز المستخدم في المناطق الباردة عن الصحراوية.
يُظهر الشكل التالي تأثير الحرارة المحيطة على قيمة التيّار الفعلية مقارنة مع قيمته عند درجة الحرارة الاسمية (25 درجة)، وذلك لثلاثة أنواع من الفيوزات.
فيما يتعلّق بخصائص التيّار المارّ عبر الفيوز، كلّنا نعلم أنّ تأثير ارتفاع الحرارة يتراكم عبر الوقت، وبناءً على ذلك فإنّ قيمة التيّار الأعظمي للفيوز هو تبسيط للسلوك الحقيقي للفيوز، فلا نستطيع أن نتوقّع أن ينصهر الفيوز عند مرور تيّار مرتفع لمدّة قصيرة، بحيث لا يسبّب تبديد للاستطاعة بشكل حرارة كافية تؤدّي إلى صهره.
الشكل التالي يُظهر قيمة التيّار، والوقت لمجموعة من الفيوزات السطحيّة المصنَّعة من قبل شركة بناسونيك. الخطّ الأفقيّ أعلى المخطّط يمثّل قيمة التيّار، والمنحني يعبّر عن الوقت اللازم حتّى يحدث انصهار للفيوز كتابع لقيمة التيّار المارّ عبر الفيوز.
إذاً، قيمة التيّار العابر يجب أن تكون أعلى من قيمة تيّار الفيوز حتّى ينصهر الفيوز، وكمثال على ذلك فإنّنا نحتاج إلى تيّار قيمته 3amp من أجل أن يصهر فيوز قيمة تيّاره0.5amp ، وذلك لفترة 0.1ms.
وصل الفيوز على التسلسل:
لن نسهب في هذه النقطة، ولكن من المفيد التذكير بأنّ وصل الفيوز يتمّ على التسلسل، وإذا حدث خطأ وتمّ وصل الفيوز على التفرّع فإنّ الفيوز لن يعمل، ولن يحمي الجهاز.
اعتبارات تصميميّة: التيّار الأعظميّ وتيّار التشغيل
سيكون منطقيّاً استخدام فيوز قيمة تيّار تحمّله 6 أمبير لحماية دارة تسحب 5 أمبير بشكل ثابت ومستقرّ، لكن في الحقيقة تبيّن أنّ هذا تصرّف خاطئ. إنّ قيمة تيّار فيوز ليست دقيقة، كما أنّها تتأثّر بدرجة الحرارة المحيطة. بناءً على ذلك، ولتجنّب انصهار الفيوز غير الضروريّ، يجب ترك فارق بين قيمة تيّار الفيوز، وبين قيمة تيّار التشغيل. فمثلاً فيوز تيّاره 10 أمبير يجب أن يُستخدم في دارة تيّار تشغيلها 7.5 أمبير. وبشكل أدقّ، فإنّ تيّار الفيوز يجب أن يزيد عن تيّار التشغيل بمقدار 25%، وذلك ضمن درجة حرارة الغرفة.
عليك أن تكون صبوراً:
بفرض أنّ دارتك الإلكترونيّة تحتوي على عناصر حسّاسة قد تتضرّر عند تعرّضها لتيّار أعلى من 1 أمبير، لذا لا يجب على الدارة أن تمرّر تيّار أعلى من 500mA في الظروف الطبيعية، ولذلك يجب أن تتضمّن الدارة فيوز يبلغ تيّاره 900mA، حيث أنّ هذا التيّار مرتفع بشكل لا يسبّب انصهار غير ضروريّ، وأخفض من قيمة التيّار التي ممكن أن تتأذّى عنده العناصر.
لقد ناقشنا سابقاً أنّ ارتفاع درجة الحرارة يأخذ وقت حتّى يسبّب أثر، وكما هو واضح من الجدول السابق، في الحالة الأولى يجب الانتظار لأربع ساعات حتّى ينصهر الفيوز، وذلك عندما يكون التيّار المارّ مساوياً لتيّار الفيوز، وفي الحالة الثانية، خلال أقل من 5 ثوانٍ يتمّ فصل الفيوز.
لماذا يمتلك الفيوز قيمة تحمّل أعظميّة للجهد؟
صُمِّم الفيوز بحيث تكون مقاومته جدّاً صغيرة، وبحيث لا يتعارض مع الدارة، فعند مرور التيّار عبره يحدث هبوط قليل للجهد، ولكن ما معنى أن يكون للفيوز قيمة عظمى للجهد؟
في الحالة الطبيعيّة للتشغيل يُظهر الفيوز قيمة منخفضة لهبوط الجهد، ولكنّ قيمة جهد الفيوز لا تتعلّق بهبوط الجهد، وإنّما تعبّر عن قيمة الجهد التي يمكن للفيوز أن يتحمّلها بعد أن ينصهر، ويتوقّف، حيث أنّ الفيوز المنصهر يشكّل دارة مفتوحة، وإذا كان الجهد بين طرفيه كافياً قد يسبّب شرارة كهربائيّة (ظاهرة القوس الكهربائيّ) في الدارة، وبالتالي من المفيد تحديد قيمة جهد الفيوز، وخاصّة عند استخدام أنواع الفيوزات السطحيّة، فمثلاً معدّل الجهد لفيوز 0603 يمكن أن يكون 24v، أو 32v.
المصدر: هنا
ترجمة: يوسف حسن، مراجعة: علي العلي، تدقيق لغوي: سلام أحمد، تصميم: علي العلي، تحرير: علي العلي.
؟ وكيف يعمل؟){kind=link}