Prácticamente todos los dispositivos electrónicos, desde los portátiles y los de consumo hasta los de aplicaciones automotrices, militares y aeroespaciales, requieren cierto grado de protección contra eventos de sobrecorriente. La forma más económica y común de protección de sobrecorriente es el fusible. Eaton ofrece una amplia selección de fusibles en distintas configuraciones. La selección del fusible adecuado para una aplicación específica implica la consideración de una cantidad de parámetros asombrosamente grande; en la página web de tecnología de fusibles, repasaremos el funcionamiento básico, la aplicación y los criterios de selección de los fusibles.
Los fusibles de sobrecorriente tienen dos fines principales:
Se produce un evento de sobrecorriente cuando se excede la carga normal de un circuito. Puede ser una condición de sobrecarga o cortocircuito. Ambos tipos de sobrecorriente pueden provocar daños en componentes y equipos.
Una condición de sobrecarga es toda corriente que fluya dentro del trazado del circuito que sea mayor que la corriente de carga completa normal del circuito. Una sobrecarga suele ser de dos a cinco veces la magnitud de la corriente de operación normal de un circuito.
Una condición de cortocircuito es un evento de sobrecorriente que abandona el trayecto de corriente normal y excede significativamente la corriente de carga completa normal del circuito entre diez, cien o mil veces.
Durante condiciones normales de carga, un fusible debe transportar la corriente de operación normal del circuito sin experimentar aperturas molestas. Sin embargo, cuando se produce sobrecorriente, el fusible debe interrumpirla y soportar el voltaje después de la formación de arcos eléctricos internos.
Para seleccionar correctamente un fusible, se deben considerar los siguientes criterios:
La temperatura ambiente es la temperatura del aire que rodea inmediatamente al fusible y no es necesariamente la temperatura de la habitación. Todas las características eléctricas de un fusible se clasifican y validan a una temperatura ambiente de 25 °C. Las temperaturas ambiente más altas y más bajas afectarán la apertura del fusible y las características de conducción de corriente. Este efecto se demuestra en las curvas de disminución de potencia por temperatura que se encuentran en las fichas técnicas de los fusibles.
La integral de fusión de un fusible, comúnmente conocida como I2t, es la energía térmica necesaria para fundir un elemento del fusible específico. Este valor se determina a partir de la construcción, los materiales y el área transversal del elemento del fusible. Cada serie de fusibles y amperaje utiliza diferentes materiales y configuraciones de elementos; por lo tanto, es necesario determinar el valor I2t para cada fusible. Las pruebas para determinar el valor I2t de un fusible incluyen la corriente nominal con una constante de tiempo de menos de 50 microsegundos en un circuito de prueba de CC. Se utilizan osciloscopios de alta velocidad y programas integrales para medir valores I2t muy precisos. Los valores I2t se representan en un gráfico de tiempo vs. corriente (Figura 1).
El valor I2t de fusión de un fusible se utiliza para ayudar a los diseñadores de circuitos a seleccionar y dimensionar correctamente un fusible en una aplicación específica. Se puede comparar con la energía térmica que crean las corrientes de sobretensión transitorias en un circuito.
Una curva de tiempo/corriente representa la relación entre el tiempo de fusión o de despeje de un fusible y la magnitud de la corriente RMS o de CC. Las características representadas en la mayoría de los gráficos publicados suelen indicar el tiempo de fusión promedio de un fusible cuando se somete a un determinado nivel de corriente. Las curvas por lo general demostrarán la capacidad de transportar el 100 % de la corriente nominal. También representan la capacidad del fusible de abrirse dentro del tiempo máximo de apertura en los puntos de sobrecarga designados (por lo general entre el 135 % y 300 % de la capacidad nominal del fusible).
Las curvas de tiempo vs. corriente son muy útiles para que los ingenieros puedan especificar el tipo de fusible o la capacidad nominal para una aplicación en la etapa de diseño. Sin embargo, se recomienda probar muestras de fusibles en la aplicación real para verificar el rendimiento.
Las corrientes de sobretensión o impulso transitorias se utilizan para describir las formas de onda que resultan de cualquier corriente de arranque, irrupción, sobretensión o transitoria en un circuito. Las corrientes de impulso son normales para algunas aplicaciones.
Por lo tanto, es importante dimensionar el fusible correctamente para permitir que estos impulsos pasen sin aperturas molestas o degradación del elemento del fusible. El fusible debe abrirse dentro de los límites especificados por las normas UL y CSA si la condición de sobrecarga continúa. La capacidad de resistir sobretensiones es una función del diseño o clasificación del fusible en relación con el impulso, la duración y la frecuencia de sobretensión, entre otras cosas.
Es posible que las corrientes de impulso produzcan energía térmica que no sea suficiente para abrir el fusible, pero sí para provocar la fatiga del elemento y disminuir la vida útil del fusible. Para dimensionar correctamente un fusible y determinar su capacidad de resistencia a sobretensiones, se debe determinar la energía de impulsos del circuito y compararla con la curva de tiempo/corriente y la clasificación I2t del fusible. El valor I2t de fusión del fusible debe ser mayor o igual que el valor I2t del impulso multiplicado por un factor de impulso.
La corriente pico y el tiempo de desintegración definen la característica de la corriente de impulso o la forma de onda. Los impulsos pueden generar diferentes formas de onda, que determinan la fórmula que se utiliza para calcular la energía de impulso o I2t. La Figura 2 muestra cómo seleccionar la forma de onda adecuada y el respectivo cálculo de I2t del impulso.
La capacidad de un fusible para soportar un impulso de sobretensión sin causar tensión térmica al elemento del fusible, lo que puede dar lugar a aperturas molestas, se puede determinar una vez que se calcula el valor I2t del impulso del circuito. Un diseñador de circuitos debe dimensionar correctamente el fusible de manera que el valor I2t de fusión del fusible sea mayor o igual que el I2t del impulso multiplicado por un factor de impulso Fp (I2t del fusible ≥ I2t del impulso x Fp).
El factor de impulso depende de la construcción del elemento del fusible. Un elemento de fusible construido con cable aéreo (p. ej., fusibles de virola serie 6125 y 1025) se verá afectado por el número y la frecuencia de los impulsos de sobretensión a los que se somete el fusible durante la vida útil del dispositivo. Este diseño de construcción utiliza metales de bajo punto de fusión recubiertos o depositados sobre el material del elemento principal para causar un efecto “M”. Si el fusible está mal dimensionado, es posible que las corrientes de impulso de bajo nivel hagan que los metales de bajo punto de fusión se suelden al elemento sin abrirlo por completo.
Una serie de corrientes de impulso eventualmente creará suficiente calor para cambiar la resistencia o incluso abrir el fusible de forma permanente. Por lo tanto, es importante tener en cuenta el número de corrientes de impulso a las que se someterá el fusible.
Los fusibles de matriz sólida (p. ej., fusibles de montaje en superficie de tamaño 0603FA o 3216FF) actualmente no utilizan ningún efecto “M” para la construcción del elemento. El elemento solo se verá afectado por la energía térmica de cada impulso y por lo general no se degradará como resultado de la cantidad o frecuencia de impulsos.
La Tabla 1 se puede utilizar para determinar el factor de impulso (Fp). Por ejemplo, para una corriente de impulso con un I2t de 0,0823 y un factor de impulso Fp=1,25 se debería seleccionar un fusible que tenga un I2t de fusión mayor o igual a 0,1029.
Es importante tener en cuenta que los valores de I2t de fusión del fusible y la corriente de impulso que se comparan deben calcularse o probarse en las mismas condiciones de prueba. Por sobre todo, la magnitud de la corriente pico debe ser la misma. Por ejemplo, si la corriente pico del impulso es de 15 A, entonces el valor I2t de fusión del fusible debe calcularse a 15 A para comprender totalmente sus características eléctricas a esa magnitud de corriente.
Tabla 1.
Factor de impulso, Fp
Tabla 2.
Tamaños físicos de los fusibles de virola tradicionales
Fusibles de chip
Los fusibles de chip de matriz sólida patentados proporcionan protección de sobrecorriente a circuitos secundarios que se encuentran en teléfonos móviles, paquetes de baterías, cámaras fijas digitales, dispositivos portátiles, impresoras, computadoras portátiles, televisores y paneles de instrumentos de automóviles, entre otros. Sus excelentes características de ciclo, dimensiones reducidas y paquete SMD proporcionan la solución de protección de sobrecorriente más eficaz y confiable para las tecnologías actuales y futuras.
Fusibles brick
Los fusibles brick patentados ofrecen excelentes capacidades de resistencia de irrupción en un paquete SMD que permite ahorrar espacio, necesarias en muchas de las aplicaciones actuales más exigentes, por ejemplo, fuentes de alimentación, estaciones de base, televisores, computadoras, electrodomésticos y circuitos de control de motores, entre otros.
Fusibles con conductores radiales
Eaton ofrece al mercado global fusibles de la serie Bussmann con conectores radiales que permiten ahorrar espacio, a fin de proporcionar protección de circuitos primarios rentable en aplicaciones con restricciones de espacio, por ejemplo, adaptadores de voltaje, televisores, productos de consumo portátiles, electrodomésticos y más.
Fusibles electrónicos IEC y UL
Además de los fusibles SMD y con orificio pasante, Eaton ofrece una gama completa de fusibles electrónicos tradicionales de la serie Bussmann diseñados conforme a las normas IEC (línea de productos de 5 mm) y a las normas UL (línea de productos de 6,35 mm(1/4 in)). Ambas líneas de productos ofrecen una solución de protección de sobrecorriente rentable para una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo, fuentes de alimentación, electrodomésticos, equipos de control de motores y decodificadores.
Amperio al cuadrado segundos I2t La integral de fusión, formación de arcos eléctricos o despeje de un fusible, denominada I2t, es la energía térmica necesaria para fundir, formar arcos eléctricos o despejar una corriente específica. Puede expresarse como I2t de fusión, I2t de arco eléctrico o la suma de ellas, I2t de despeje. |
Sobrecorriente Condición que existe en un circuito eléctrico cuando se excede la corriente de carga normal. Las condiciones de sobrecorriente adquieren dos características separadas: sobrecargas y cortocircuitos. |
Tiempo de arco eléctrico Tiempo que transcurre desde el instante en que el eslabón fusible se funde hasta que la sobrecorriente se interrumpe o se despeja. |
Sobrecarga Puede clasificarse como una condición de sobrecorriente que excede de dos a cinco veces la magnitud de la corriente de carga completa normal del circuito y permanece dentro del trayecto de corriente normal. |
Tiempo de despeje Tiempo total entre el comienzo de la sobrecorriente y la apertura final del circuito a voltaje nominal por parte de un dispositivo de protección de sobrecorriente. El tiempo de despeje es la suma del tiempo de fusión y el tiempo de formación de arco eléctrico. |
Carga resistiva Carga eléctrica que se caracteriza por no generar corriente de entrada significativa. Cuando se energiza una carga resistiva, la corriente aumenta de inmediato a su valor de estado estable, sin dispararse primero a un valor más alto. |
CSA El Grupo CSA trabaja con empresas, organizaciones y autoridades de códigos que someten productos a prueba y los certifican. |
Corriente RMS El valor RMS (media cuadrática) de cualquier corriente periódica es equivalente al valor de la corriente continua que, al fluir a través de una resistencia, produce el mismo efecto de calentamiento en la resistencia que la corriente periódica. |
Fusible de acción rápida Fusible que se abre muy velozmente durante condiciones de sobrecarga y cortocircuito. Este tipo de fusible no está diseñado para soportar corrientes de sobrecarga temporales asociadas con algunas cargas eléctricas. Los fusibles de acción rápida que cuentan con reconocimiento o certificación UL suelen abrirse en cinco segundos, como máximo, cuando se someten a un valor entre el 200 % y el 250 % de su corriente nominal. IEC60127-4 incluye dos categorías de fusibles de acción rápida:
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Cortocircuito Evento de sobrecorriente que abandona el trayecto de corriente normal y excede significativamente la corriente de carga completa normal del circuito entre diez, cien o mil veces. |
Fusible de virola Fusible tubular con cuerpo de vidrio o de cerámica y cubiertas de metal que sirven como punto de terminación para los clips que se utilizan para facilitar la inserción y extracción. |
Fusible de retardo Fusible con retardo incorporado que permite el paso de corrientes de entrada temporales e inofensivas sin funcionar; y está diseñado para abrirse ante sobrecargas y cortocircuitos sostenidos. Los fusibles de retardo que cuentan con reconocimiento y certificación UL suelen abrirse en dos minutos, como máximo, cuando se someten a un valor entre el 200 % y el 250 % de la corriente nominal. IEC incluye dos categorías de fusibles de retardo:
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Fusible Dispositivo de protección de sobrecorriente con elemento fusible que funciona y abre permanentemente el circuito ante una condición de sobrecorriente. |
UL UL es una empresa de certificación global que establece estándares de seguridad para productos eléctricos comerciales, industriales y de consumo. |
IEC La Comisión Electrotécnica Internacional es la organización líder a nivel mundial en elaboración y publicación de Normas Internacionales para todas las tecnologías eléctricas, electrónicas y relacionadas. |
Clasificación de voltaje Voltaje máximo de circuito abierto al que se puede utilizar un fusible mientras se interrumpe una sobrecorriente de manera segura. Exceder el voltaje nominal de un fusible afecta su capacidad de eliminar una sobrecarga o un cortocircuito de manera segura. |
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