リセット可能なヒューズとリセット不可能なヒューズの違いは何ですか？

PPTC は障害をクリアしません。それは窒息します。利用可能な故障電流が問題になるほど大きい回路で動作するのを見るまでは、この区別は意味のあるもののように聞こえます。たとえば、2.5 A RUEF シリーズ ポリスイッチは、20 °C で 2.5 A を無期限に保持しますが、5.0 A を超えるどこかでトリップし、トリップ後の抵抗は初期の 0.02 Ω から 0.07 Ω に上昇する可能性があります。デバイスは回路を開きません。抵抗を約 3.5 倍に上げ、ソースがその新しいインピーダンスを通過できる範囲まで電流を下げます。 USB ポートや小さなモーター停止の場合は、それで十分です。数百アンペアが流れる可能性がある障害の場合、それは回路の中断ではありません。これは、熱によって自己活性化する電流制限抵抗器です。

これは、価格を比較する前に、デザインチームに最初に理解してもらいたいことです。従来のヒューズ (配電盤の 355 A ボルト留め JPU、またはモーター分岐の 30 A クラス J) は、電流遮断デバイスです。それが溶けてアークが形成され、アークはシリカまたは脱イオン媒体中で消失し、電流経路が遮断されます。誰かがヒューズを交換するまで回路は機能しません。 PPTC がその状態に到達することはありません。トリップした高抵抗状態であっても、トリップを維持するには小さな漏れ電流または外部熱源が必要です。これは、その高抵抗状態は物理的な破壊ではなく熱平衡であるためです。故障電流がなくなるとポリマーが冷え、導電性カーボンブラックネットワークが再形成され、デバイスは自然に低抵抗状態に戻ります。この自己回復動作が価値提案全体です。それは重要なあらゆる制限の原因でもあります。

電圧の上限は、2 つのテクノロジーがまったく比較できなくなる場所です。圧倒的多数の PPTC デバイスは、60 V 未満の回路向けに定格されています。線間電圧には例外が存在します。リテルヒューズの LVR シリーズは 240 V AC に達し、Fuzetec の FRV シリーズは 240 V AC/DC に達します。しかし、これらのファミリの保持電流は 50 mA ～ 2 A の範囲に落ち込み、最大遮断電圧は通常 265 V です。550 mA を保持する 240 V PPTC 1.25 A でトリップすることは、小型電源の一次側保護用の正当なコンポーネントです。これは、配電盤の 63 A BS 88 リンク、バッテリ回路の 200 A ボルトヒューズ、または 480 V フィーダの 30 A クラス J の代替品ではありません。ポリマー複合材料の物理学は、デバイスが完全に別のものにならない限り、これらの電流と電圧に対応できません。

温度の挙動は、データシートの見出しの数字が誤解を招く 2 番目の場所です。 PPTC の保持電流は、静止空気中 20 °C または 23 °C で規定されています。 80 °C では、同じ保持電流が約 50% 低下する可能性があります。高温の筐体では 1 A の部品が 0.5 A の部品になります。これは、より大きなパッケージで補償できる軽減曲線ではありません。これはポリマーの熱トリップ機構の基本的な特性です。このデバイスは構造上すでに温度センサーになっており、周囲温度はトリップ方程式の一部です。周囲温度が 75 °C であり、選択時に想定されていた 23 °C ではなかったために、リニア レギュレーターの隣で 1 A PPTC の迷惑トリップが繰り返し発生するのを見たことがあります。修正はより大きな PPTC ではありませんでした。修正は、保護機能をレギュレーターの熱を気にしないワンタイムヒューズに移すことでした。

劣化の話は、安全性が重要な回路において PPTC の「リセット可能性」を信頼性の利点として扱うことに私が抵抗を感じる理由です。リセットは元の状態に戻すことではありません。トリップサイクルごとに、導電ネットワークは前回よりもわずかに混乱します。トリップ後の抵抗は、初期 RMIN を大幅に上回る最大値 R1MAX として指定されます。RUEF250 の 0.02 Ω に対する 0.07 Ω は控えめな例であり、電流定格が低いほどこの比は広がります。サイクルを繰り返すと抵抗が上昇し、トリップしきい値がシフトし、時には迷惑なトリップに向けて下降し、意図した電流で保護できなくなるデバイスに向けて上昇することもあります。メリーランド大学でのチェン氏とペヒト氏の故障メカニズムの研究では、カーボンブラック粒子の凝集、ポリマーの結晶化度の変化、複合材料とその接触部分の間の熱膨張の不一致など、根本的な原因を直接特定しました。彼らの結論は単刀直入で、「動作によりリセッタブルヒューズが劣化し、その結果、回路の保護機能が失われるか、異常が生じる」というものである。ワンタイム ヒューズには 2 回目の動作がないため、同様の故障モードはありません。損傷がなく電流が流れているか、開いていて回路が停止しているかのどちらかです。どの状態にあるかについてはあいまいさはありません。

この曖昧さこそが、安全性に関する議論の転換点となる。トリップとリセットを 3 回繰り返した PPTC は、ベンチ テストでは新品と同じに見える場合があります。耐寒性はデータシートの最大値内にある可能性があり、導通チェックは合格します。しかし、そのトリップ電流はドリフトしている可能性があり、それを知る唯一の方法は、アプリケーションの周囲温度で特性評価することですが、実稼働環境では誰もそれを行いません。従来のヒューズが切れた場合は、間違いなくヒューズが切れています。故障は目に見えてわかるため、交換が必須です。保護機能が確定的である必要がある回路では、ワンタイム ヒューズの「欠点」、つまり再利用できないことが特徴です。 PPTC の利便性は、目に見えない段階的な校正の損失を伴います。

私はこれを、「利便性の観点からリセット可能な方が優れており、安全性の観点からはリセット不可能な方が優れている」という枠組みにはしません。なぜなら、その枠組みはあまりにもきれいすぎるからです。本当の違いは、定義された中断を必要とする保護機能と、反復可能な電流制限を必要とする保護機能の違いです。 PPTC は後者に優れています。バッテリー パックでは、密閉アセンブリに保守可能なコンポーネントを追加することなく、持続的な過電流からセル ストリングを保護できます。 USB ポートでは、ケーブルがショートしても、ユーザーの介入なしで回復できます。自動車のアクセサリ レールでは、通常動作の一環として停止および再起動するモーターの繰り返しの突入電流を吸収できます。これらの各ケースでは、回路は電流をゼロに駆動する必要はありません。外乱が通過するまで電流を閾値以下に保つ必要があります。

ワンタイムヒューズは、配線ミス、半導体の故障、電源を入れ直しても残る短絡など、故障が原因の場合に適切なデバイスです。産業用配電盤の 355 A JPU ボルティング ヒューズでは、その耐用年数中に 1 回以上障害が発生することは想定されていません。それを開く障害は、再通電する前に調査が必要なイベントです。その位置にあるリセット可能なデバイスはイベントを隠し、自身をリセットし、回路が同じ障害に再通電できるようにします。それは保護ではありません。これは、診断のない自動再試行ループです。

したがって、選択の問題は、「どのタイプがより信頼できるか」ということではありません。どちらのタイプも、意図した範囲内では信頼性があります。問題は、回路の保護哲学が遮断または制限を中心に構築されているかどうかです。設計で障害後の開回路の検証が必要で、利用可能な障害電流がデバイスが安全に制限できる電流を超えている場合、その保持電流に関係なく、PPTC は間違ったコンポーネントです。設計で低電圧での反復可能な自己復元電流制限が必要な場合、遮断容量に関係なく、ワンタイム ヒューズは間違ったコンポーネントです。私が最もよく見る間違いは、間違ったタイプを選択していないことです。リセット可能性を理由に PPTC を選択し、交換したヒューズと同じ障害クリア保証が提供されると想定しています。そうではなく、その違いは程度の問題ではありません。