Quali sono le differenze tra gli altri fusibili ripristinabili e non ripristinabili?
Un PPTC non cancella un errore. Lo soffoca. Questa distinzione sembra semantica finché non se ne osserva il comportamento in un circuito in cui la corrente di guasto disponibile è sufficientemente elevata da avere importanza. Un PolySwitch della serie RUEF da 2,5 A, ad esempio, mantiene 2,5 A indefinitamente a 20 °C ma scatta a valori superiori a 5,0 A e la sua resistenza dopo lo scatto può salire a 0,07 Ω da 0,02 Ω iniziali. Il dispositivo non apre il circuito. Aumenta la sua resistenza di circa tre volte e mezzo e lascia che la corrente cada fino a qualunque cosa la sorgente possa spingere attraverso quella nuova impedenza. Per una porta USB o un piccolo stallo motore, è sufficiente. Un guasto che può erogare centinaia di ampere non costituisce affatto un'interruzione del circuito. È un resistore limitatore di corrente che sembra essere termicamente autoattivante.
Questa è la prima cosa che vorrei che un team di progettazione interiorizzasse prima di confrontare i cartellini dei prezzi. Un fusibile convenzionale - il JPU a bullone da 355 A in un quadro di distribuzione, o un fusibile di Classe J da 30 A su un ramo del motore - è un dispositivo di interruzione di corrente. Si scioglie, si forma un arco, l'arco viene spento in silice o in un mezzo deionizzante e il percorso della corrente viene interrotto. Il circuito è morto finché qualcuno non sostituisce il fusibile. Un PPTC non raggiunge mai quello stato. Anche nella condizione di intervento ad alta resistenza, richiede una piccola corrente di dispersione o una fonte di calore esterna per rimanere attiva, poiché il suo stato di alta resistenza è un equilibrio termico, non un'interruzione fisica. Rimuovendo la corrente di guasto, il polimero si raffredda, la rete conduttiva del nerofumo si riforma e il dispositivo ritorna autonomamente a uno stato di bassa resistenza. Quel comportamento autoripristinante è l’intera proposta di valore. È anche la fonte di ogni limitazione che conta.
Il limite di tensione è il punto in cui le due tecnologie smettono di essere del tutto comparabili. La stragrande maggioranza dei dispositivi PPTC è classificata per circuiti inferiori a 60 V. Esistono eccezioni relative alla tensione di linea: la serie LVR di Littelfuse raggiunge 240 V CA, la serie FRV di Fuzetec arriva a 240 V CA/CC - ma le correnti di mantenimento in quelle famiglie crollano nell'intervallo compreso tra 50 mA e 2 A e la tensione di interruzione massima è tipicamente 265 V. Un PPTC da 240 V che contiene 550 mA e scatta a 1,25 A è un componente legittimo per la protezione del lato primario di un piccolo alimentatore. Non sostituisce un collegamento BS 88 da 63 A in un quadro di distribuzione, o un fusibile a bullone da 200 A in un circuito di batteria, o un fusibile di Classe J da 30 A su un alimentatore da 480 V. La fisica del composito polimerico non si adatta a quelle correnti e tensioni senza che il dispositivo diventi qualcos'altro.
L'andamento della temperatura è il secondo punto in cui i numeri del titolo della scheda tecnica ingannano. La corrente di mantenimento di un PPTC è specificata a 20 °C o 23 °C in aria calma. A 80 °C, la stessa corrente di mantenimento può diminuire di circa il 50%: una parte da 1 A diventa una parte da 0,5 A in un involucro caldo. Questa non è una curva di declassamento che può essere compensata con un pacchetto più grande. È una proprietà fondamentale del meccanismo di intervento termico del polimero. Per costruzione il dispositivo è già un sensore di temperatura e la temperatura ambiente fa parte dell'equazione di viaggio. Ho riscontrato ripetutamente un intervento di disturbo PPTC da 1 A accanto a un regolatore lineare perché la temperatura ambiente locale era di 75 °C, non dei 23 °C presupposti dalla selezione. La correzione non era un PPTC più grande. La soluzione consisteva nello spostare la funzione di protezione su un fusibile monouso che non si preoccupava del calore del regolatore.
La storia del degrado è quella che mi rende riluttante a considerare la "reimpostabilità" del PPTC come un vantaggio in termini di affidabilità nei circuiti critici per la sicurezza. Il reset non è un ripristino allo stato originale. Ogni ciclo di viaggio lascia la rete conduttiva leggermente più interrotta del precedente. La resistenza post-intervento è specificata come massimo, R1MAX, che si trova ben al di sopra dell'RMIN iniziale: 0,07 Ω contro 0,02 Ω del RUEF250 è un esempio modesto e il rapporto si allarga a valori di corrente inferiori. Il ciclo ripetuto spinge la resistenza verso l'alto e sposta la soglia di intervento, a volte verso il basso verso interventi fastidiosi, a volte verso l'alto verso un dispositivo che non protegge più alla corrente prevista. Il lavoro di Cheng e Pecht sui meccanismi di guasto presso l'Università del Maryland ha identificato direttamente le cause sottostanti: agglomerazione di particelle di nerofumo, cambiamenti nella cristallinità del polimero e disallineamenti di dilatazione termica tra il composito e i suoi contatti. La loro conclusione è secca: "Il fusibile ripristinabile si degrada con le operazioni con conseguente perdita o funzionamento anomalo della protezione del circuito". Un fusibile monouso non ha una modalità di guasto analoga perché non ha una seconda operazione. O è intatto e trasporta corrente oppure è aperto e il circuito è morto. Non vi è alcuna ambiguità sullo stato in cui si trova.
Questa ambiguità è il punto in cui si sviluppa l’argomento della sicurezza. Un PPTC che è scattato e ripristinato tre volte può sembrare identico a uno nuovo durante un test al banco. La sua resistenza al freddo potrebbe essere ancora entro il valore massimo indicato nella scheda tecnica e il controllo di continuità verrà superato. Ma la sua corrente di intervento potrebbe essersi spostata e l'unico modo per saperlo è caratterizzarla alla temperatura ambiente dell'applicazione, cosa che nessuno fa in produzione. Un fusibile convenzionale che si è aperto è inconfondibilmente aperto. Il suo fallimento è visibile e la sua sostituzione è obbligatoria. In un circuito in cui la funzione di protezione deve essere deterministica, lo "svantaggio" del fusibile monouso, cioè che non può essere riutilizzato, è la caratteristica. La comodità del PPTC si ottiene con una perdita di calibrazione graduale e invisibile.
Non lo inquadrerei come "ripristinabile è meglio per comodità, non ripristinabile è meglio per sicurezza", perché quell'inquadratura è troppo pulita. La vera distinzione è tra le funzioni di protezione che richiedono un'interruzione definita e quelle che richiedono un limite di corrente ripetibile. Un PPTC è eccellente in quest'ultimo caso. In un pacco batteria, può proteggere una stringa di celle da una sovracorrente prolungata senza aggiungere un componente riparabile a un gruppo sigillato. In una porta USB, può sopravvivere a un cavo corto e ripristinarsi senza l'intervento dell'utente. In un binario per accessori automobilistici, può assorbire lo spunto ripetitivo di un motore che va in stallo e si riavvia come parte del normale funzionamento. In ciascuno di questi casi, il circuito non ha bisogno che la corrente venga portata a zero. È necessario che la corrente venga mantenuta al di sotto di una soglia finché il disturbo non passa.
Un fusibile monouso è il dispositivo corretto quando il guasto è un guasto: un errore di cablaggio, un semiconduttore guasto, un cortocircuito che sarà ancora presente dopo aver spento e riacceso. Non si prevede che il fusibile a bullone JPU da 355 A in un quadro di distribuzione industriale subisca un guasto più di una volta nella sua vita utile. Il guasto che lo apre è un evento che richiede un'indagine prima della rimessa in tensione. Un dispositivo ripristinabile in quella posizione nasconderebbe l'evento, si ripristinerebbe e consentirebbe al circuito di riattivarsi nello stesso guasto. Questa non è protezione. Si tratta di un ciclo di tentativi automatico senza diagnosi.
La questione della selezione, quindi, non è "quale tipo è più affidabile". Entrambi i tipi sono affidabili nel regime previsto. La domanda è se la filosofia di protezione del circuito si basa sull'interruzione o sulla limitazione. Se il progetto richiede un circuito aperto verificato dopo un guasto e la corrente di guasto disponibile supera quella che il dispositivo può limitare in modo sicuro, un PPTC è il componente sbagliato indipendentemente dalla sua corrente di mantenimento. Se il progetto richiede un limite di corrente ripetibile e autoripristinante a bassa tensione, un fusibile monouso è il componente sbagliato, indipendentemente dal suo potere di interruzione. L'errore che vedo più spesso è non scegliere il tipo sbagliato. Sta scegliendo un PPTC per la sua ripristinabilità e quindi presupponendo che fornisca la stessa garanzia di eliminazione dei guasti del fusibile che ha sostituito. Non è così e la differenza non è una questione di grado.
