ฟิวส์ Fuse ในแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ฟิวส์หลอดแก้ว ฟิวส์กระเบื้อง ฟิวส์ SMD

   ฟิวส์      ในแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์

ฟิวส์เป็นอุปกรณ์ป้องกันวงจร อุปกรณ์และคนจากอันตรายร้ายแรงที่เกิดขึ้นจากกระแสไหลเกิน  เพื่อให้เข้าใจการทำงานของฟิวส์เราจำเป็นต้องเข้าใจคำศัพท์ที่ใช้อธิบายการทำงานของฟิวส์ คำศัพท์เหล่านี้จะพบได้ในเอกสารสเปค หรือ Datasheet ของผู้ผลิต บทความนี้เราจะกล่าวถึงหัวข้อสำคัญและการทำงานของฟิวส์เบื้องต้นเท่านั้น  ในการออกแบบวงจรจริงต้องมีการคำนวณตามหลักการคำนวณ การเลือกใช้ชนิดของฟิวส์ให้เหมาะกับชนิดของวงจรและสุดท้ายต้องมีการทดสอบเพื่อพิสูจน์ว่าฟิวส์สามารถป้องกันกระแสเกินและทำงานได้จริงในสภาวะวงจรที่ทำงานไม่ปกติแบบต่าง ๆ

   ฟิวส์ในแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์

หน้าที่ของฟิวส์  

ฟิวส์เป็นอุปกรณ์ป้องกันอันตรายจากกระแสเกิน   หน้าที่ของฟิวส์คือตัดการจ่ายกระแสและแรงดันออกจากวงจรเมื่อกระแสไหลเกินกำหนดและเกิดการลัดวงจร ฟิวส์เป็นอุปกรณ์ป้องกันที่เชื่อถือได้ไม่มีส่วนทำงานทางกลไกใด ๆ จึงไม่มีข้อบกพร่องในการป้องกัน  ตัวฟิวส์ทำจากโลหะตัวนำผสมสามารถนำไฟฟ้าได้ดีจุดหลอมละลายต่ำ คุณสมบัติของฟิวส์คือจะเกิดการหลอมละลายทันที เมื่อมีกระแสไหลผ่านมากเกินค่าที่ตัวฟิวส์ทนได้        ตัวลวดฟิวส์ทำมาจากโลหะตัวนำผสม เช่น ตะกั่ว สังกะสี  ดีบุกและทองแดง สามารถนำไฟฟ้าได้ดี มีจุดหลอมละลายต่ำ

การเกิดกระแสเกิน (Over current)           

กระแสเกิน หมายถึง ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลมากกว่ากระแสของวงจรขณะทำงานปกติและเกินพิกัดของอุปกรณ์   เช่น สายไฟ หน้าสัมผัสของรีเลย์ สวิตช์ เครื่องใช้ไฟฟ้า และสิ่งอื่นๆ ที่คล้ายกัน   สาเหตุของการเกิดกระแสเกินมีดังนี้

1) เกิดจากโหลดเกิน (Overload)   หมายถึงกระแสไหลเกินมากกว่ากระแสเต็มพิกัดของวงจรในภาวะปกติ   อยู่ในช่วง100-500% ของพิกัดกระแสปกติ  ภาวะโหลดเกินชั่วขณะ  เช่น กระแสพุ่งตอนวงจรเริ่มทำงานเนื่องจากตัวเก็บประจุทำการชาร์จ   ขณะมอเตอร์เริ่มหมุน ( Motor start )   การจุดไส้หลอดบางชนิด เป็นต้น 

2) เกิดจากการลัดวงจร (Short circuit )  ปริมาณกระแสไฟฟ้าจำนวนมากที่ไหลมากกว่ากระแสของวงจรขณะทำงานปกติ กระแสไฟฟ้าที่ไหลมีปริมาณสูงมากอาจสูงเป็นหลายพันแอมป์ การลัดวงจรมีสองลักษณะคือการลัดวงจรระหว่างสายและการลัดวงจรลงดินหรือไฟรั่ว 

ผลของการเกิดกระแสเกินทำให้อุปกรณ์ที่กระแสไหล่ผ่านมีอุณหภูมิสูงขึ้นทำให้ฉนวนเสื่อมสภาพและอาจติดไฟได้และถ้าอุณหภูมิสูงถึงจุดที่สายหลอมละลายจนตัวนำขาดออกจากกัน  การลัดวงจรถ้ากระแสสูงมากจะทำให้เกิดประกายไฟจากการอาร์ก และอาจระเบิดได้

คำศัทพ์เกี่ยวกับฟิวส์ที่จำเป็นต้องทราบ

1)  ระยะเวลาในการตัดของฟิวส์  ( Fuse Characteristic  )

ฟิวส์ต้องตัดวงจรก่อนที่วงจรถัดไปจะเสียหาย  ความเร็วในการตอบสนองต่อกระแสเกิน/หลอมละลายของฟิวส์ว่าจะเร็วระดับไหน  เราจะกล่าวถึงฟิวส์ที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์เป็นหลัก ( PCB Fuse)ซึ่งอ้างอิงตามมาตรฐาน IEC 60127-4 เป็นฟิวส์ทีมีพิกัดแรงดัน  32V   63V  125V  250V   เงื่อนไขปริมาณกระแสที่ใช้ในการทดสอบคือ กระแสมากกว่าพิกัดกระแสปกติ   125%  ฟิวส์ต้องทนได้และไม่ตัดในระยะเวลาที่น้อยกว่า 1 ชม. ( ทนได้ไม่ต่ำกว่า 1 ชม. )   กระแสมากกว่าพิกัดกระแสปกติ  200% ฟิวส์ต้องตัดวงจรภายใน 2 นาที  ระดับความเร็วในการตัดของฟิวส์จะใช้เกณฑ์  Over load  1000%  เป็นเกณฑ์ ในการแบ่ง

ฟิวส์ขาดเร็วมาก   Type FF   ( Very Fast acting )  ใช้ระยะเวลาในการตัดน้อยกว่า  0.001 sec.

ฟิวส์ขาดเร็ว  Type F   (   Fast acting )  ใช้ระยะเวลาในการตัดอยู่ในช่วง   0.001 - 0.01 sec.  

ฟิวส์ขาดช้า  Type T    (  Time lag /Time Delay Slow Blow  )  ใช้ระยะเวลาในการตัดอยู่ในช่วง   0.01 - 0.1 sec.    

ฟิวส์ขาดช้า  Type TT   (  Time lag /Time Delay /Slow Blow  )  ใช้ระยะเวลาในการตัดอยู่ในช่วง   0.1 - 1.0 sec.      

ฟิวส์มีหลายมาตรฐานสำหรับมาตรฐานอื่นๆระยะเวลาและปริมาณกระแสที่ใช้ในการทดสอบจะแตกต่างกัน   การเลือกระดับความเร็วในการตัดกระแสของฟิวส์จะเลือกตอนออกแบบวงจรต้องเลือกให้ฟิวส์ป้องกันวงจรถัดไปได้และสอดคล้องกับชนิดของวงจร

กรณีการซ่อมต้องเลือกฟิวส์ที่มีสเปคตรงกับฟิวส์ตัวเก่าที่ใช้อยู่  ตัวอย่างแนวทางกว้างๆ เช่น โหลดลักษณะแบบตัวต้านทาน ( Resistive load type)  รวมถึงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป ซึ่งมีกระเสิร์จ กระแสพุ่งต่ำ จะเลือกใช้ฟิวส์ที่มีระดับความเร็วในการตัดกระแสแบบขาดเร็ว ( Fasting Acting  )   
  โหลดลักษณะแบบตัวเก็บประจุ ( Capacitive load type ) ซึ่งมีกระแสพุ่งมากกว่ากระแสปกติ 10 เท่า เช่น  วงจรแหล่งจ่ายไฟ วงจรมอเตอร์ และวงจรซึ่งมีตัวเก็บประจุค่าความจุสูงจะเลือกใช้ฟิวส์แบบขาดช้า    (  Time lag /Time Delay /Slow Blow  )  เพื่อป้องกันฟิวส์ขาดเร็วเกินไปหรือตัดวงจรโดยไม่จำเป็น

2)  พิกัดกระแส  ( Current rating )  หมายถึงปริมาณกระแสสูงสุดที่ฟิวส์สามารถนำกระแสต่อเนื่องโดยฟิวส์ไม่หลอมละลาย  ถ้ากระแสที่ไหลน้อยกว่าพิกัดกระแสของฟิวส์ฟิวส์ก็นำกระแสได้ปกติไม่หลอมละลอย

ตามนิยามของมาตรฐาน IEC  ( IEC standard ) หมายถึงฟิวส์สามารถทำงานและนำกระแสต่อเนื่องที่ 100% ของพิกัดกระแสของฟิวส์ 

ส่วนนิยามตามมาตรฐาน  UL ( UL Standard ) หมายถึงฟิวส์สามารถทำงานและนำกระแสต่อเนื่องที่ 75% ของพิกัดกระแสของฟิวส์

จะเห็นว่า 2 มาตรฐานนี้มีเงื่อนไขในการทดสอบฟิวส์ที่ต่างกัน ดังนั้นในการซ่อมบำรุงควรใช้ฟิวส์ตามมาตรฐานเดิมที่ใช้อยู่เพื่อความปลอดภัยและการหลอมละลายและเปิดวงจรได้ตามที่ออกแบบไว้

3)  พิกัดแรงดัน  ( Voltage Rating )  หมายถึงแรงดันสูงสุดที่ฟิวส์สามารถทำงานเปิดวงจรได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ระเบิด  ยกตัวอย่างเช่น

ฟิวส์พิกัดแรงดัน  125V    สามารถนำไปใช้กับไฟ  110V ได้ แต่ไม่สามารถนำไปใช้กับไฟ 220V

ฟิวส์พิกัดแรงดัน   250V   สามารถนำไปใช้กับไฟ  220V ได้ และยังสามารถนำไปใช้กับไฟ 110V ได้ด้วย

4)  พิกัดกระแสลัดวงจร ( Breaking Capacity หรือ Interrupting Rating ) หมายถึงกระแสลัดวงจรสูงสุดที่ฟิวส์สามารถเปิดวงจรได้อย่างปลอดภัย ( The maximum approve current ) ที่พิกัดแรงดันที่กำหนด เมื่อวงจรทำงานผิดปกติเกิดกระแสลัดวงและมีกระแสจำนวนมากไหลผ่านฟิวส์จะต้องทนได้คือชิ้นส่วนของฟิวส์ยังคงต่อกันและไม่ระเปิดพร้อมกันนั้นฟิวส์จะต้องหลอมละลอยเปิดวงจรได้อย่างปลอดภัย   ในการออกแแบบเราต้องคำนวนหาปริมาณกระแสลัดวงจรสูงสุดที่อาจเกิดขั้นจากนั้นก็เลือกใช้ฟิวส์ที่มีพิกัดกระแสลัดวงจรสูงกว่ากระแสลัดวงจรสูงสุดที่เกิดขึ้น

5) ฟิวส์ไฟ AC และ ไฟ DC 

ฟิวส์ไฟ AC พบได้ในวงจรแหล่งจ่ายไฟ AC  Input และอุปกรณ์ไฟฟ้า ส่วนฟิวส์ไฟ DC พบได้ในวงจรไฟ DC และวงจรที่ใช้แบตเตอร์รี่

เนื่องจากเงื่อนไขในการออกแบบการทดสอบฟิวส์ การหลอมละลาย รูปคลื่นแรงดันและพลังงานความร้อนที่เกิดกับฟิวส์เนื่องจากไฟ AC และ DC ต่างกันจึงไม่สามารถใช้แทนกันได้โดยตรง  ต้องมีการคำนวนเพื่อลดพิกัด  ยกเว้นฟิวส์ที่ระบุไว้ชัดเจนว่าสามารถใช้ได้ทั้งไฟ AC และ DC 

5) การลดพิกัดเนื่องจากอุณหภูมิ  ( Rerating /  Derating )

ปกติแล้วพิกัดแสของฟิวส์จะทดสอบที่อุณหภูมิ 25°C  เช่นฟิวส์ 10A หมายถึงฟิวส์ที่สามารถนำกระแสต่อเนื่อง 10A ได้โดยไม่หลอมละลาย  โดยมีเงื่อนไขว่าอุณหภูมิที่ใช้ในการทดสอบนี้คือ 25°C   ถ้าเรานำฟิวส์นี้ไปใช้งานที่อุณหภูมิที่สูงกว่า 25°Cจะเกิดอะไรขึ้น   ?

เนื่องจากฟิวส์เป็นอุปกรณ์ที่ไวต่อความร้อนเมื่อมีกระแสเล็กน้อยไหลผ่านก็จะเกิดความร้อนในฟิวส์เล็กน้อยฟิวส์ก็ไม่หลอมละเลย    เมื่อกระแสไหลผ่านมากกว่าพิกัดที่กำหนดก็จะเกิดความร้อนจำนวนมากจนเพียงพอที่จะทำให้ฟิวส์หลอมละลาย   ฟิวส์อาศัยความร้อนเพื่อหลอมละลายและความร้อนเกิดจากกระแสที่ไหลผ่าน อุณหภูมิแวดล้อมก็มีส่วนในการเร่งให้ฟิวส์หลอมละลายเร็วขึ้น    เช่นถ้านำฟิวส์  10A   25°C   ไปใช้ที่อุณหภูมิ 40°C  ฟิวส์จะหลอมละลายเร็วกว่าปกติเพราะมีความร้อนจากอุณหภูมิแวดล้อมเป็นตัวเร่ง  ถ้านำไปใช้  ที่อุณหภูมิ  10°C ฟิวส์จะหลอมละลายช้ากว่าปกติ

ในการออกแบบวงจรต้องคำนึงถึงอุณหภูมิแวดล้อมด้วยเพราะต้องมีการลดพิกัด( Derating )เพื่อชดเชยการทำงานของฟิวส์ให้ทำงานตรงกับจุดตัดกระแสที่ต้องการให้ตัดวงจรและสอดคล้องกับปัจจัยอื่นๆในวงจรด้วย

ุ6) กราฟ Time-Current ( Time-Current Curve )  เป็นกราฟเส้นโค้งแสดงระยะเวลาในการหลอมละลายและแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณกระแสและระยะเวลาในการตัดของฟิวส์   กราฟนี้มีประโยชน์ในการออกแบบวงจรป้องกันกระแสเกินคือใช้เลือกจุดทำงานหรือจุดตัดกระแสเกินของฟิวส์  สิ่งที่ต้องพิจารณคือฟิวส์แต่ละรุ่นแต่ละโรงงานผลิตจะะมี กราฟ Time-Current ที่ต่างกัน ต้องอ้างอิงข้อมูลการทดสอบจากโรงงานผลิต

ตัวอย่าง กราฟ Time-Current  ของ

Very Fast Acting  SMD  NANO2   Fuse  

รูปแบบฟิวส์ที่ใช้ในแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์

1) ฟิวส์ SMD  มีขนาด  0402  0603  0805  1206 และ  2410  มีชื่อเรียกขนาดมาตรฐานเหมือน R SMD และ C SMD  ยังมีฟิวส์ SMD ขนาดอื่นๆ ด้วย เช่น  2-SMD, J-Lead  มีขนาด  ยาว 7.24mm x  กว้าง 4.32mm x สูง 3.05mm  และ  2-SMD, Square End Block  มีขนาด   ยาว 6.10mm x กว้าง 2.54mm x สูง 2.54mm   เป็นต้น

                              ฟิวส์ SMD ขนาด 5A

                              ฟิวส์ SMD

   ฟิวส์ SMD แบบขาดช้า อักษร T ที่ตัวฟิวส์หมายถึง Time Delay = ขาดช้า  4 = 4 แอมป์

    รูปแสดงฟิวส์ SMD อยู่ในแผงวงจร

2)  ฟิวส์มีขาแนวตั้ง

รูป  Littelfuse   36913150000   3.15A  300VAC   แบบขาดช้า (Slow Blow)
ที่ตัวฟิวส์จะเขียนอักษร T  หมายถึงแบบขาดช้า  ( Time Delay)

                                   ฟิวส์มีขาแนวตั้งใช้ในแผง PCB หรือ  Fuse  Board Mount

รูป Fuse  Board Mount    6.3A 250VAC  แบบขาดช้า
ที่ตัวฟิวส์จะเขียนอักษร T  หมายถึงแบบขาดช้า  ( Time Delay)

รูป Fuse  Board Mount    2A 250VAC  แบบขาดช้า  

ที่ตัวฟิวส์จะเขียนอักษร T  หมายถึงแบบขาดช้า  ( Time Delay)

                                  ฟิวส์มีขาแนวตั้งใช้ในแผง PCB หรือ  Fuse  Board Mount

รูป Fuse  Board Mount  สีดำ   2A 250VAC  แบบขาดช้า  

ที่ตัวฟิวส์จะเขียนอักษร T  หมายถึงแบบขาดช้า  ( Time Delay)

                                 ฟิวส์มีขาแนวตั้งใช้ในแผง PCB หรือ  Fuse  Board Mount

3) ฟิวส์มีขาแนวนอน

                                     ฟิวส์หลอดแก้วมีขาแนวนอน

ฟิวส์เซรามิคมีขาแนวนอน

   

                              ฟิวส์สีเขียวนี้คือ Littelfuse  Series PICO® II 251  เป็นฟิวส์ขาดเร็ว

             

4)   ฟิวส์หลอดแก้ว

มีทั้งแบบขาดเร็ว ( Fast Blow )  ขาดช้าปานกลาง ( Medium blow )  และ ขาดช้า ( Slow Blow )  ที่พบมากที่สุดเป็นแบบขาดเร็วและขาดช้า  มีขนาดมาตรฐานคือ  5x20mm  6x30mm    ยังมีขนาดอื่นๆด้วยเช่น 1AG   2AG  3AG    5AG  7AG
8AG  เป็นต้น 

                                                      ฟิวส์หลอดแก้ว 

                              ฟิวส์หลอดแก้วขนาดมาตรฐาน 5x20mm  

                              ฟิวส์หลอดแก้วขนาดมาตรฐาน 6x30mm  

                              ฟิวส์หลอดแก้ว 

5) ฟิวส์เซรามิค 

ฟิวส์เซรามิคมีทั้งแบบขาดเร็ว ( Fast Blow )  ขาดช้าปานกลาง ( Medium blow )  และ ขาดช้า ( Slow Blow )  ที่พบมากที่สุดเป็นแบบขาดเร็วและขาดช้า     มีขนาดมาตรฐานที่นิยมใช้งานทั่วไปคือ  5x20mm   6x30mm  กับ  10x38mm

 ฟิวส์กระเบื้อง หรือฟิวส์เซรามิค

                                 ฟิวส์เซรามิคขนาดมาตรฐาน 5x20mm  

                                                                      ฟิวส์เซรามิคขนาดมาตรฐาน 6x30mm

  

 

• เลือก   รายการต่อไปนี้    50   เรื่องน่ารู้     เพื่อ   อ่านเพิ่ม    

  • ตัวเก็บประจุ คาปาซิเตอร์ (20)         โดย (20) =  มี  20  เรื่อง
  • ตัวต้านทาน รีซิสเตอร์ (22)      
  • ตัวเหนี่ยวนำ อินดักเตอร์ (6)
  • ฟิวส์ FUSE (5)      
  • อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อื่นๆ (20)