Bezpieczniki topikowe z kwalifikacją AEC-Q200 odgrywają kluczową rolę w środowisku motoryzacyjnym

Bezpieczniki topikowe były stosowane jako niezbędne urządzenia ochronne od początków oświetlenia elektrycznego pod koniec XIX wieku. Chronią one urządzenia przed usterkami, takimi jak zwarcia występujące na odbiorniku poprzez przerwanie przepływu prądu elektrycznego. Przerwanie takie może chronić oprzewodowanie, urządzenia elektroniczne i odbiorniki przed poważnymi uszkodzeniami. W związku z tym bezpieczniki topikowe mogą minimalizować ryzyko odniesienia obrażeń ciała lub uszkodzenia mienia, powiązane z występowaniem usterek.

Ochrona, jaką zapewniają bezpieczniki topikowe jest szczególnie przydatna w rozwijającej się branży motoryzacyjnej, w obliczu rosnącego zapotrzebowania na pojazdy elektryczne (EV). Wraz z konwersją mocy w pojazdach elektrycznych i stale rosnącą liczbą układów elektronicznych, ochrona obwodów i niezliczonych urządzeń w pojazdach elektrycznych stała się koniecznością.

Motoryzacyjne bezpieczniki topikowe

Typowy motoryzacyjny bezpiecznik topikowy działa na zasadzie stopienia łącznika przewodzącego. Następnie pojawia się łuk elektryczny, który zamienia łącze w obwód otwarty. Impuls prądowy (wielkość, kształt i czas), temperatura otoczenia oraz charakterystyka bezpiecznika topikowego określają temperaturę wewnątrz elementu topikowego, przy której to następuje. Krzywa czasowo-prądowa (zwana TCC) przy różnych prądach znamionowych bezpiecznika topikowego pomaga określić czas przerwania przy danym prądzie. Wraz z energią topnienia (I² x t, gdzie I to prąd, a t to czas), pomaga ona określić bezpiecznik odpowiedni do zastosowania. Motoryzacyjne bezpieczniki topikowe ewoluowały, aby sprostać zmieniającym się potrzebom branży. W latach 60. powszechnie stosowano bezpieczniki topikowe ze szklaną rurką. Obecnie najczęściej stosowane są bardziej kompaktowe bezpieczniki ostrzowe. Większość z nich reaguje szybko (w ciągu kilku milisekund), co skutecznie zapobiega uszkodzeniom wrażliwych układów elektronicznych, ale nie jest korzystne w przypadku silników ze względu na wysoki początkowy prąd rozruchowy. Do tego zastosowania opracowano bezpieczniki topikowe zwłoczne, w których czas reakcji może być rzędu kilku sekund. Oto niektóre inne wymagania charakterystyczne dla bezpieczników używanych w zastosowaniach motoryzacyjnych:

• Wkrótce spodziewane są wyższe napięcia dochodzące do 800V dla ewoluującej magistrali. Z tego powodu wymagane będą napięcia znamionowe przekraczające 1000V, przy czym szczególną uwagę należy zwrócić na wyładowania łukowe powstające przy tych napięciach, aby zapobiec uszkodzeniu obwodów.
• Wysoka niezawodność ze względu na ryzyko katastrofalnych wypadków spowodowanych awarią.
• Szeroki zakres temperatur otoczenia. Bezpieczniki topikowe stosowane w komorze silnika mogą pracować w temperaturach od -40˚C do +150˚C i wyższych.
• Rozmiary, waga i kształt to kluczowe cele miniaturyzacji wszystkich komponentów stosowanych w pojazdach elektrycznych, wynikające z potrzeby zwiększenia osiągów i zasięgu pojazdu przy danym stanie naładowania baterii.
• Odporność na drgania jest kluczowym wymogiem ze względu na zróżnicowane warunki drogowe i profile jazdy.

Norma motoryzacyjna AEC-Q200

W celu stworzenia wspólnego systemu jakości i ujednolicenia standardów kwalifikacji części do zastosowań motoryzacyjnych, w latach 90. ubiegłego wieku firmy Chrysler, Ford i General Motors utworzyły Radę Elektroniki Motoryzacyjnej (AEC). Norma AEC-Q200 obejmuje kwalifikację komponentów pasywnych w próbach obciążeniowych. Wcześniejsza wersja D normy AEC-Q200, która obowiązywała od czerwca 2010 roku, obejmowała takie komponenty, jak rezystory, kondensatory, transformatory, rezonatory, kryształy, bezpieczniki resetowalne, termistory i warystory. Norma ta obejmowała dwie główne kategorie obciążeń dla komponentów pasywnych:

• Obciążenia środowiskowe: obejmują one próby z cyklami temperaturowymi, odchyleniem wilgotności, przechowywaniem w wysokiej temperaturze oraz próby okresu użytkowania w wysokich temperaturach.
• Obciążenia fizyczne: obejmują one drgania, wstrząsy mechaniczne, łatwość lutowania i odporność na ciepło lutowania, palność, wytrzymałość zacisków i odporność na rozpuszczalniki.

Aktualizacja normy AEC-Q200 w wersji E, wydana w marcu 2023 r., dodaje wymagania dotyczące niezawodności bezpieczników topikowych. Jak pokazano na ilustracji 1, wersja E zawiera obszerną listę prób obciążeniowych, które obejmują zarówno środowiskowe, jak i fizyczne czynniki obciążeniowe wymienione powyżej.

Ilustracja 1: próby obciążeniowe bezpieczników według normy AEC-Q200 w wersji E. (Źródło ilustracji: Littelfuse)

Jak pokazano na ilustracji 1, warunki obciążeniowe normy AEC-Q200 w wersji E są bardziej rygorystyczne niż w typowych próbach innych niż motoryzacyjne. Obecnie dodawane są niektóre kluczowe próby, takie jak próby pracy przez 1000 godzin w maksymalnej określonej specyfikacją temperaturze roboczej. Metodologia testowania bezpieczników topikowych wymaga pomiarów rezystancji przed i po zastosowaniu obciążenia oraz dodatkowo wykonania prób obciążalności prądowej i przeciążeniowych po zastosowaniu obciążenia. Celem normy AEC-Q200 w wersji E jest zapewnienie wspólnego standardu, który producenci mogą wykorzystywać do projektowania i testowania bezpieczników topikowych stosowanych na rynku motoryzacyjnym.

Bezpieczniki topikowe firmy Littelfuse z kwalifikacją AEC-Q200 w wersji E

Firma Littelfuse posiada długą historię rozwoju i produkcji bezpieczników motoryzacyjnych. Firma wprowadziła bezpieczniki motoryzacyjne po raz pierwszy w latach 30. XX wieku, a jej szybkie bezpieczniki ostrzowe ATO^® są uznawane za światowy standard. Firma Littelfuse przyczyniła się do opracowania kwalifikacyjnych testów obciążeniowych bezpieczników normy AEC-Q200 w wersji E, ponieważ jej wewnętrzne testy kwalifikacyjne bezpieczników motoryzacyjnych były już zgodne z tą wersją normy.

Ilustracja 2 przedstawia asortyment produkowanych przez firmę Littelfuse bezpieczników topikowych do zastosowań motoryzacyjnych. Mogą one posiadać różne korpusy, na przykład typu przewlekanego, do montażu powierzchniowego i kasetowego.

Ilustracja 2: asortyment bezpieczników topikowych firmy Littelfuse z kwalifikacją AEC-Q200 do zastosowań motoryzacyjnych. (Źródło ilustracji: Littelfuse)

Poniższa lista wyszczególnia niektóre bezpieczniki topikowe z kwalifikacją AEC-Q200:

• Seria 828 bezpieczników kasetowych charakteryzuje się wysokim napięciem znamionowym 1000V₌ i zdolnością wyłączeniową 10kA przy napięciu znamionowym. Są one przeznaczone do ładowarek wbudowanych (OBC) i jednostek dystrybucji mocy (PDU).
• Seria 885 Nano2^® do montażu powierzchniowego ma napięcia znamionowe do 500V₌ z dostępną zdolnością wyłączeniową 1500A przy napięciu 350V₌. Omawiane kompaktowe bezpieczniki topikowe mogą być stosowane w pakietach baterii litowo-jonowych (Li-ion), systemach monitorowania baterii (BMS) oraz przetwornicach wysokiego napięcia prądu stałego.
• Seria mikroelektronicznych cienkowarstwowych bezpieczników topikowych do montażu powierzchniowego 437A posiada napięcia znamionowe od 32V₌ do 125V₌ oraz zdolność wyłączeniową 50A przy napięciu znamionowym. Dzięki niewielkiej zajmowanej powierzchni i krótkiemu czasowi reakcji, idealnie nadają się one do ochrony obwodów wtórnych w kompaktowej elektronice samochodowej, takiej jak reflektory przednie LED, systemy nawigacji, wyświetlacze TFT itp.
• Seria PICOII^® 521 z korpusem ceramicznym do montażu przewlekanego zawiera bardzo szybkie bezpieczniki topikowe zamknięte w miniaturowej obudowie oszczędzającej miejsce. Napięcie znamionowe wynosi 75V, a zdolność wyłączeniowa 300A przy napięciu znamionowym. Można je stosować do ochrony systemów monitorowania baterii (BMS).

Podsumowanie

Pojazdy elektryczne (EV) wymagają większej liczby komponentów oraz modułów elektronicznych i elektrycznych do konwersji energii. Bezpieczniki topikowe odgrywają kluczową rolę w ochronie nie tylko komponentów elektronicznych, okablowania i urządzeń, ale także personelu obsługującego pojazd. Uwzględnienie bezpieczników topikowych w normach kwalifikacyjnych AEC-Q200 zapewnia, że te kluczowe komponenty spełniają jednolitą normę. Firma Littelfuse oferuje szereg bezpieczników topikowych z kwalifikacją AEC-Q200, które mogą być używane w różnych zabezpieczeniach nadprądowych w pojazdach elektrycznych.