Compared to circuit breakers, fuses

Compared to circuit breakers, fuses attain faster current limitation by means of arc quenching. Since fuses are passive elements, they are inherently secure. Their drawback is that once blown, they need to be replaced.
Inrush current limiting:
An inrush current limiter is a device or group of devices used to limit inrush current. Negative temperature coefficient (NTC) thermistors and resistors are two of the simplest options, with cool-down time and power dissipation being their main drawbacks, respectively. More complex solutions can be used when design constraints make simpler options infeasible.
In electronic power circuits:
Electronic circuits like regulated DC power supplies and power amplifiers employ, in addition to fuses, active current limiting since a fuse alone may not be able to protect the internal devices of the circuit in an over-current or short-circuit situation. A fuse generally is too slow in operation and the time it takes to blow may well be enough to destroy the devices.

A typical short-circuit/overload protection scheme is shown in the image. The schematic is representative of a simple protection mechanism employed in regulated DC supplies and class-AB power amplifiers‡.

Q1 is the pass or output transistor. Rsens is the load current sensing device. Q2 is the protection transistor which turns on as soon as the voltage across Rsens becomes about 0.65 V. This voltage is determined by the value of Rsens and the load current through it (Iload).

When Q2 turns on, it removes base current from Q1 thereby reducing the collector current of Q1. Neglecting the base currents of Q1 and Q2, the collector current of Q1 is also the load current. Thus, Rsens fixes the maximum current to a value given by 0.65/Rsens, for any given output voltage and load resistance.

For example, if Rsens = 0.33 Ω, the current is limited to about 2 A even if Rload becomes a short (and Vo becomes zero). With the absence of Q2, Q1 would attempt to drive a very large current (limited only by Rsens, and dependent on the output voltage Vo if Rload is not zero) and the result would be greater power dissipation in Q1.

If Rload is zero the dissipation will be much greater (enough to destroy Q1). With Q2 in place, the current is limited and the maximum power dissipation in Q1 is also limited to a safe value (though this is also dependent on Vcc, Rload and current-limited Vo).

Further, this power dissipation will remain as long as the overload exists, which means that the devices must be capable of withstanding it for a substantial period. For example, the pass-transistor in a regulated DC power supply system (corresponding to Q1 in the schematic above) rated for 25 V at 1.5 A (with limiting at 2 A) will normally (i.e. with rated load of 1.5 A) dissipate about 7.5 W for a Vcc of 30 V‡‡ (1).

With current limiting, the dissipation will increase to about 60 W if the output is shorted‡‡ (2). Without current limiting the dissipation would be greater than 300 W‡‡ (3) - so limiting does have a benefit, but it turns out that the pass-transistor must now be capable of dissipating at least 60 W.

In short, an 80-100 W device will be needed (for an expected overload and limiting) where a 10-20 W device (with no chance of shorted load) would have been sufficient. In this technique, beyond the current limit the output voltage will decrease to a value depending on the current limit and load resistance.

‡ – For class-AB stages, the circuit will be mirrored vertically and complementary devices will be used for Q1 & Q2.

‡‡ – The following conditions are considered for determining the power dissipation in Q1, with Vo = 25 V, Iload = 1.5 A (limit at 2 A), Rsens = 0.33 Ω (for limiting at 2A) and Vcc = 30 V —

Normal operation: Vo = 25 V at a load current of 1 A. So Q1 dissipates a power of (30 - 25) V * 1.5 A = 7.5 W. The transistor used must be a 10-20 W device to account for ambient temperature (i.e., derated) and must be mounted on a heat-sink.
Output shorted, with limiting at 2A: The dissipation is given by (30 - 0.65) V * 2 A = 58.7 W. The 0.65 V is the drop across Rsens. In practice, if the power supply Vcc is not able to provide the maximum short-circuit current it will collapse thereby reducing dissipation in Q1. However this is dependent on how "stiff" the supply is. A stiffer supply will sustain the voltage for a heavier current draw before collapsing. Further, the transistor used must be a 80-100 W device to account for ambient temperature (i.e., derated) and must be mounted on a heat-sink.
Output shorted, and no limiting: A shorted load will mean that only Rsens is present as the load. With this, the circuit will attempt to put 25 V across Rsens (0.33 Ω) - here the output voltage has to be measured at the emitter of Q1 since Q1 is connected as an emitter-follower and the lower end of Rsens is effectively grounded due to the short. Thus the load current (and collector current of Q1) becomes nearly 76 A, and the dissipation in Q1 becomes (30 - 25) V * 76 A = 380 W. This is a very large power to dissipate, since in normal circumstances Q1 will only be required to dissipate about 7.5 W (60 W at worst with limiting), and even a 100 W transistor will not withstand a 380 W dissipation. Without Rsens (i.e., Q1 emitter is directly connected to the load) the situation is even worse — Q1 becomes a dead short across 30 V and will draw current limited only by its internal resistance. In practice, the dissipation will be less because the supply (Vcc) will collapse under such a condition. However the dissipation will still be enough to destroy Q1.
Single power-supply circuits:
An issue with the previous circuit is that Q1 will not be saturated unless its base is biased about 0.5 volts above Vcc.
The circuits at right and left operate more efficiently from a single (Vcc) supply.

In both circuits, R1 allows Q1 to turn on and pass voltage and current to the load. When the current through R_sense exceeds the design limit, Q2 begins to turn on, which in turn begins to turn off Q1, thus limiting the load current. The optional component R2 protects Q2 in the event of a short-circuited load. When Vcc is at least a few volts, a MOSFET can be used for Q1 for lower dropout-voltage. Due to its simplicity, this circuit is sometimes used as a current source for high-power LEDs
Slew rate control:
Many electronics designers put a small resistor on IC output pins.[2] This slows the edge rate which improves electromagnetic compatibility. Some devices have this "slew rate limiting" output resistor built in; some devices[3][4][5][6] have programmable slew rate limiting. This provides overall slew rate control.

Kết quả (Việt) 1:

So với bảo vệ mạng, cầu chì đạt được nhanh hơn giới hạn hiện tại bằng phương tiện của arc tôi. Kể từ khi cầu chì là phần tử thụ động, họ là an toàn vốn. Nhược điểm của họ là rằng một khi thổi, họ cần phải được thay thế.Inrush hạn chế hiện hành:Một giới hạn hiện tại inrush là một thiết bị hoặc nhóm của thiết bị được sử dụng để hạn chế inrush hiện tại. Tiêu cực nhiệt độ hệ số (NTC) thermistors và điện trở là hai trong số các tùy chọn đơn giản nhất, với thời gian mát xuống và điện tản là nhược điểm chính của họ, tương ứng. Giải pháp phức tạp hơn có thể được sử dụng khi thiết kế khó khăn làm cho tùy chọn đơn giản infeasible.Trong mạch điện điện tử:Mạch điện tử như quy định DC điện nguồn cung cấp và sử dụng bộ khuếch đại điện, ngoài các cầu chì, hoạt động hạn chế hiện hành kể từ khi một cầu chì một mình có thể không có khả năng để bảo vệ các thiết bị nội bộ của các mạch trong một dòng hơn hoặc ngắn mạch tình hình. Một cầu chì thường là quá chậm trong hoạt động và thời gian nổ cũng có thể là đủ để tiêu diệt các thiết bị.Một chương trình bảo vệ short-circuit/quá tải điển hình hiển thị trong hình ảnh. Sơ đồ là đại diện của một cơ chế bảo vệ đơn giản làm việc trong quy định các nguồn cung cấp DC và lớp-AB điện amplifiers‡.Q1 là vượt qua hoặc đầu ra transistor. Rsens là thiết bị cảm biến hiện tại tải. Q2 là bảo vệ transistor mà lần lượt vào ngay khi điện áp trên Rsens trở thành về 0,65 V. Điện áp này được xác định bởi giá trị Rsens và tải hiện tại thông qua nó (Iload).Khi Q2 bật, nó loại bỏ cơ sở hiện tại từ Q1, do đó làm giảm hiện tại collector của Q1. Bỏ qua các dòng cơ sở của Q1, Q2, hiện tại collector của Q1 là cũng tải hiện tại. Vì vậy, Rsens sửa chữa tối đa hiện tại một giá trị được đưa ra bởi 0,65/Rsens, cho bất kỳ đầu ra cho điện áp và tải kháng.Ví dụ, nếu Rsens = 0,33 Ω, hiện nay là giới hạn khoảng 2 A ngay cả Rload trở thành một đoạn ngắn (và võ trở thành số không). Với sự vắng mặt của Q2, Q1 sẽ cố gắng lái xe một rất lớn hiện tại (giới hạn chỉ bởi Rsens, và phụ thuộc vào điện áp đầu ra võ nếu Rload không phải là số không) và kết quả sẽ là lớn hơn quyền lực tản trong Q1.Nếu Rload là zero tản sẽ lớn hơn nhiều (đủ để tiêu diệt Q1). Với Q2 tại chỗ, hiện nay là hạn chế và tản công suất tối đa trong Q1 cũng là giới hạn đối với một giá trị an toàn (mặc dù điều này cũng phụ thuộc vào Vcc, Rload và giới hạn hiện tại Vo).Hơn nữa, tản quyền lực này sẽ vẫn miễn là quá tải tồn tại, có nghĩa là các thiết bị phải có khả năng chịu nó trong một thời gian đáng kể. Ví dụ, bóng bán dẫn vượt qua trong một quy định DC cung cấp hệ thống điện (tương ứng với Q1 trong sơ đồ ở trên) xếp cho 25 V 1.5 A (với hạn chế tại 2 A) sẽ bình thường (tức là với xếp tải 1,5 A) tiêu tan khoảng 7,5 W cho một Vcc 30 V‡‡ (1).Với hạn chế hiện hành, tản sẽ tăng lên khoảng 60 W nếu đầu ra là shorted‡‡ (2). Mà không có dòng hạn chế tản sẽ lớn hơn 300 W‡‡ (3) - hạn chế như vậy có một lợi ích, nhưng nó chỉ ra rằng pass-transistor bây giờ phải có khả năng dissipating tối thiểu 60 W.Trong ngắn hạn, một 80-100 W thiết bị sẽ được cần thiết (cho một dự kiến quá tải và hạn chế) nơi một 10-20 W thiết bị (với không có cơ hội quá thiếu tải) sẽ có được đầy đủ. Trong kỹ thuật này, vượt quá giới hạn hiện tại điện áp đầu ra sẽ làm giảm giá trị tùy thuộc vào giới hạn hiện tại và tải sức đề kháng.‡-Cho giai đoạn lớp-AB, các mạch sẽ được nhân đôi theo chiều dọc và thiết bị bổ sung sẽ được sử dụng cho Q1 & Q2.‡‡-Các điều kiện sau đây được coi là để xác định tản điện Q1, với võ = 25 V, Iload = 1.5 (giới hạn tại 2 A), Rsens = 0,33 Ω (đối với các hạn chế tại 2A) và Vcc = 30 V-Hoạt động bình thường: võ = 25 V tại một hiện nay tải của 1 A. Vì vậy Q1 tiêu hao một sức mạnh của (30-25) V * 1.5 A = 7,5 W. Bóng bán dẫn sử dụng phải là một 10-20 W thiết bị vào tài khoản cho môi trường xung quanh nhiệt độ (tức là, làm) và phải được gắn trên một tản nhiệt.Đầu ra quá thiếu, với giới hạn tại 2A: tản được đưa ra bởi (30 - 0,65) V * 2 A = 58.7 W. 0,65 V là thả trên Rsens. Trong thực tế, nếu việc cung cấp điện Vcc là không thể cung cấp tối đa ngắn mạch hiện tại nó sẽ sụp đổ do đó làm giảm tản trong Q1. Tuy nhiên đây là phụ thuộc vào cách "cứng" việc cung cấp là. Một nguồn cung cấp stiffer sẽ duy trì điện áp cho một trận hòa hiện nay nặng hơn trước khi sụp đổ. Hơn nữa, bóng bán dẫn sử dụng phải là một thiết bị W 80-100 vào tài khoản cho môi trường xung quanh nhiệt độ (tức là, làm) và phải được gắn trên một tản nhiệt.Đầu ra quá thiếu, và không có giới hạn: một tải shorted sẽ có nghĩa là chỉ Rsens là hiện nay như tải. Với điều này, các vi mạch sẽ cố gắng đặt 25 V trên Rsens (0,33 Ω) - ở đây điện áp đầu ra có được đo tại emitter Q1 kể từ khi Q1 được kết nối như một đi theo emitter và kết thúc thấp hơn của Rsens là căn cứ có hiệu quả do ngắn. Do đó các tải hiện tại (và hiện tại collector của Q1) trở nên gần như 76 A, và trở thành tản trong Q1 (30-25) V * 76 A = 380 W. Đây là một quyền lực rất lớn để tiêu tan, kể từ khi trong trường hợp bình thường Q1 chỉ sẽ được yêu cầu để tiêu tan khoảng 7,5 W (60 W lúc tồi tệ nhất với hạn chế), và thậm chí một 100 W bóng bán dẫn sẽ không chịu được một tản W 380. Nếu không có Rsens (tức là, Q1 emitter được kết nối trực tiếp để tải) tình hình là thậm chí tệ hơn — Q1 trở thành một đoạn ngắn chết trên 30 V và sẽ rút ra dòng giới hạn bởi sức đề kháng nội bộ của nó. Trong thực tế, tản sẽ là ít hơn bởi vì việc cung cấp (Vcc) sẽ sụp đổ dưới điều kiện như vậy. Tuy nhiên, tản sẽ vẫn là đủ để tiêu diệt Q1.Duy nhất cung cấp điện mạch:Một vấn đề với các mạch trước là Q1 sẽ không được bão hòa trừ khi cơ sở của nó thiên vị khoảng cách 0.5 volt trên Vcc.Các mạch ở bên phải và trái hoạt động hiệu quả hơn từ một nguồn cung cấp duy nhất (Vcc).Trong cả hai mạch, R1 cho phép Q1 để bật và vượt qua điện áp và dòng để tải. Khi dòng R_sense vượt quá giới hạn thiết kế, Q2 bắt đầu bật, mà lần lượt bắt đầu tắt Q1, do đó hạn chế tải hiện tại. Các thành phần tùy chọn R2 bảo vệ quý 2 trong trường hợp một tải chập. Khi Vcc là ít nhất một vài volt, MOSFET một có thể được sử dụng cho Q1 dropout áp thấp. Do của nó đơn giản, mạch này đôi khi được sử dụng như một nguồn hiện tại cho sứ đèn LEDKiểm soát tốc độ quay:Nhiều thiết bị điện tử thiết kế đặt một điện trở nhỏ trên IC đầu ra chân. [2] điều này làm chậm tốc độ cạnh đó cải thiện khả năng tương thích điện từ. Một số thiết bị đã này "xoay giới hạn tỷ lệ" sản lượng điện trở được xây dựng vào; một số thiết bị [3] [4] [5] [6] có thể lập trình quay tốc độ hạn chế. Điều này cung cấp tổng thể quay tỷ lệ kiểm soát.

Kết quả (Việt) 2:

So với các bộ phận ngắt mạch, cầu chì đạt giới hạn hiện nhanh hơn bằng các phương tiện dập tắt hồ quang. Kể từ khi các cầu chì có yếu tố thụ động, họ vốn đã an toàn. Nhược điểm của họ là một khi thổi, họ cần phải được thay thế.
Xâm nhập hiện tại hạn chế:
Một giới hạn hiện tại sự xâm nhập là một thiết bị hoặc nhóm các thiết bị được sử dụng để hạn chế sự xâm nhập hiện. Phủ định hệ số nhiệt độ (NTC) nhiệt trở và điện trở là hai trong số những lựa chọn đơn giản nhất, với mát-giảm thời gian và tản quyền lực là nhược điểm chính của họ, tương ứng. Giải pháp phức tạp hơn có thể được sử dụng khi chế thiết kế làm cho lựa chọn đơn giản không khả thi.
Trong các mạch điện tử:
mạch điện tử như quy định nguồn điện DC và bộ khuếch đại công suất sử dụng, ngoài việc cầu chì, năng động hiện nay hạn chế từ một cầu chì mình có thể không có khả năng bảo vệ các thiết bị bên trong của mạch trong một quá dòng hoặc tình trạng ngắn mạch. Một cầu chì thường là quá chậm trong hoạt động và thời gian cần để thổi cũng có thể là đủ để phá hủy các thiết bị. A / quá tải chương trình bảo vệ ngắn mạch điển hình được thể hiện trong hình ảnh. Các sơ đồ là đại diện của một cơ chế bảo vệ đơn giản được sử dụng trong nguồn cung cấp DC quy định và class-AB bộ khuếch đại điện ‡. Q1 là vượt qua hoặc đầu ra transistor. Rsens là thiết bị cảm biến hiện tại tải. Q2 là transistor bảo vệ mà quay về ngay sau khi điện áp trên Rsens trở thành khoảng 0,65 V. Điện áp này được xác định bởi giá trị của Rsens và tải trọng hiện tại qua nó (ILOAD). Khi Q2 lượt về, nó loại bỏ cơ sở hiện tại từ Q1 do đó làm giảm thu hiện tại của Q1. Không chú ý tới dòng cơ sở của Q1 và Q2, các sưu tập hiện tại của Q1 cũng là tải trọng hiện tại. Như vậy, Rsens sửa chữa tối đa hiện tại đến một giá trị được đưa ra bởi 0,65 / Rsens, cho bất kỳ điện áp đầu ra nhất định và điện trở tải. Ví dụ, nếu Rsens = 0.33 Ω, hiện nay là hạn chế đến khoảng 2 A thậm chí nếu Rload trở thành một đoạn ngắn (và Võ trở thành số không). Với sự vắng mặt của Q2, Q1 sẽ cố gắng để lái rất lớn hiện nay (chỉ giới hạn bởi Rsens, và phụ thuộc vào điện áp đầu ra Vo nếu Rload không phải số không được) và kết quả sẽ là tản quyền lực lớn hơn trong Q1. Nếu Rload là số không tản sẽ lớn hơn nhiều (đủ để phá hủy Q1). Với Q2 tại chỗ, hiện nay là hạn chế và tản quyền lực tối đa trong Q1 cũng được giới hạn đến một giá trị an toàn (mặc dù điều này cũng phụ thuộc vào VCC, Rload và hiện tại giới hạn Võ). Hơn nữa, tản quyền lực này sẽ vẫn còn miễn là tình trạng quá tải hiện hữu, có nghĩa là các thiết bị phải có khả năng chịu đựng nó trong một thời gian đáng kể. Ví dụ, các pass-transistor trong một hệ thống cung cấp điện DC quy định (tương ứng với Q1 trong sơ đồ trên) đánh giá cho 25 V ở mức 1,5 A (với giới hạn ở 2 A) sẽ bình thường (nghĩa với đánh giá tải trọng 1,5 A) tiêu tan về 7,5 W cho một VCC 30 V ‡‡ (1). Với hiện tại hạn chế, tản sẽ tăng lên khoảng 60 W nếu đầu ra là quá thiếu ‡‡ (2). Nếu không có hạn chế dòng tản sẽ lớn hơn 300 W ‡‡ (3) - vì vậy hạn chế không có một lợi ích, nhưng nó quay ra rằng vượt qua bóng bán dẫn hiện nay là phải có khả năng tiêu hao ít nhất 60 W. Trong ngắn hạn, một 80- 100 thiết bị W sẽ được cần thiết (cho một quá tải dự kiến và hạn chế) là một ví 10-20 W (không có cơ hội tải quá thiếu) sẽ có được đầy đủ. Trong kỹ thuật này, vượt ra ngoài giới hạn dòng điện áp đầu ra sẽ giảm đến một giá trị tùy thuộc vào mức giới hạn và tải kháng cự hiện tại. ‡ - Đối với giai đoạn class-AB, mạch sẽ được nhân đôi theo chiều dọc và các thiết bị bổ sung sẽ được sử dụng cho Q1 & Q2. ‡‡ - Các điều kiện sau đây được xem xét để xác định tản quyền lực trong Q1, với Võ = 25 V, ILOAD = 1,5 A (giới hạn ở 2 A), Rsens = 0.33 Ω (để hạn chế tại 2A) và VCC = 30 V - Bình thường hoạt động: Võ = 25 V ở một tải hiện tại của 1 A. Vì vậy, Q1 mất đi một sức mạnh của (30-25) V * 1,5 A = 7,5 W. Các bóng bán dẫn được sử dụng phải là một thiết bị 10-20 W vào tài khoản cho nhiệt độ môi trường xung quanh ( tức là, giảm hiệu suất) và phải được đặt trên một tản nhiệt. Output thiếu, với giới hạn tại 2A: Các tản được cho bởi (30-0,65) V * 2 A = 58,7 W. 0,65 V là thả trên Rsens. Trong thực tế, nếu cung cấp điện VCC là không thể cung cấp ngắn mạch tối đa hiện tại nó sẽ sụp đổ do đó làm giảm tản trong Q1. Tuy nhiên điều này phụ thuộc vào cách "cứng" nguồn cung. A cung cứng hơn sẽ duy trì điện áp cho một vẽ hiện nặng hơn trước khi sụp đổ. Hơn nữa, các bóng bán dẫn được sử dụng phải là một thiết bị 80-100 W vào tài khoản cho nhiệt độ môi trường (ví dụ, giảm hiệu suất) và phải được đặt trên một tản nhiệt. Output thiếu, và không có giới hạn: Một nạp ngắn mạch sẽ có nghĩa là chỉ Rsens là hiện tại như tải. Với điều này, các mạch sẽ cố gắng đưa 25 V qua Rsens (0.33 Ω) - đây là điện áp đầu ra phải được đo tại emitter của Q1 kể từ Q1 được kết nối như một emitter-đi theo và cuối thấp của Rsens được hiệu quả căn cứ do để ngắn. Như vậy tải trọng hiện tại (và thu hiện tại của Q1) trở nên gần 76 A, và tản trong Q1 trở thành (30-25) V * 76 A = 380 W. Đây là một sức mạnh rất lớn để tiêu tan, vì trong hoàn cảnh bình thường sẽ Q1 chỉ được yêu cầu để tiêu tan khoảng 7,5 W (60 W lúc tồi tệ nhất với giới hạn), và thậm chí một transistor 100 W sẽ không chịu được một tản 380 W. Nếu không có Rsens (tức là, Q1 emitter được kết nối trực tiếp với tải) tình hình còn tồi tệ hơn - Q1 trở thành một người chết ngắn trên 30 V và sẽ rút ra hiện nay chỉ bị giới hạn bởi sức đề kháng nội bộ của mình. Trong thực tế, tản sẽ ít hơn do nguồn cung (VCC) sẽ sụp đổ dưới một điều kiện như vậy. Tuy nhiên tản sẽ vẫn còn đủ để tiêu diệt Q1. Độc mạch điện cung cấp: Một vấn đề với các mạch trước đó là Q1 sẽ không bị bão hòa, trừ khi cơ sở của nó là thiên vị về 0,5 volt trên VCC. Các mạch ở bên phải và bên trái hoạt động hiệu quả hơn từ một đĩa đơn (VCC) cung cấp. Trong cả hai mạch, R1 cho phép Q1 để bật và vượt qua điện áp và dòng điện cho tải. Khi dòng điện qua R_sense vượt quá giới hạn thiết kế, Q2 bắt đầu để quay về, mà lần lượt bắt đầu tắt Q1, do đó hạn chế tải trọng hiện tại. Các thành phần tùy chọn R2 bảo vệ Q2 trong trường hợp của một tải ngắn mạch. Khi VCC là ít nhất một vài volt, một MOSFET có thể được sử dụng cho Q1 cho học sinh bỏ học thấp hơn điện áp. Nó rất đơn giản, mạch này đôi khi được dùng như một nguồn dòng cho đèn LED công suất cao xoay kiểm soát tỷ lệ: thiết kế nhiều thiết bị điện tử đặt một điện trở nhỏ trên chân ra IC [2] Điều này làm chậm tốc cạnh đó cải thiện khả năng tương thích điện từ.. Một số thiết bị có "tốc độ quay hạn chế" đầu ra điện trở được xây dựng trong; một số thiết bị [3] [4] [5] [6] có tốc độ quay có thể lập trình hạn chế. Điều này cung cấp điều khiển tốc độ quay tổng thể.