• Leonardo Ritter

Excepcional: Fusível, Termofusível, Fusistor e PPTC

Atualizado: 20 de jun.

O artigo desta semana é sobre o fusível e o fusistor.

Fusíveis

Imagem 1


O HC vai mostrar alguns detalhes e diferenças sobre estes quatro componentes eletrônicos muito populares.

O fusível é um dispositivo de sacrifício, isto é, um componente eletrônico cuja função é proteger o circuito de sobrecargas de corrente e Curto-Circuito, evitando que outras peças e fios sejam danificados ou até mesmo peguem fogo, provocando um problema muito mais grave.

Internamente, o fusível é composto por um fio ou uma lâmina (ambos podem ser chamados de “elo fusível”) de liga metálica de baixo ponto de fusão, isto é, que derrete com uma certa facilidade quando se sobe a temperatura. Devido à esta característica, quando o fluxo de elétrons ultrapassa o limite suportado por este fio ou lâmina, ele se rompe, abrindo o circuito e interrompendo o funcionamento do mesmo. Observe o fio presente no fusível abaixo:

Fusível comum

Imagem 2


Perceba que o fio está dentro de uma cápsula de vidro com suporte há altas temperaturas e com extremidades feitas de um metal com alto ponto de fusão, tudo para que apenas o fio se rompa, sem causar danos externos ao componente.

Mas o que temperatura tem a ver com corrente elétrica? Simples! Isto pode ser explicado pelo Efeito Joule, algo muito comum na eletrônica!

EFEITO JOULE

“A corrente elétrica aplicada num filamento o sobrecarrega, isto é, os elétrons tem dificuldade em passar pelo condutor e acabam colidindo com os átomos que estão se agitando. Parte da energia cinética (energia do movimento) dos elétrons circulantes é transferida para o átomo, que aumenta seu estado de agitação, consequentemente deixando o filamento cada vez mais quente. A colisão entre os átomos se agitando faz com que o corpo fique cada vez mais quente.

Lembrando que, o Oxigênio colabora para a combustão do corpo, que já está muito quente.”

Trecho retirado dos artigos “Cap. 02. Circuitos elétricos - Condutores e Isolantes” e “Cap. 01. Circuitos elétricos - Corrente, Resistência, Tensão e Potência”.

A Lei de Joule pode ser expressa por:

Onde:

> Q: Calor gerado por um fluxo de corrente elétrica constante durante um determinado tempo;

> I: O fluxo de corrente que percorre o condutor elétrico;

> R: Resistência elétrica do condutor/

> T: Intervalo de tempo em que houve circulação de corrente elétrica.

Para entender a Lei de Joule, precisamos também ter uma noção do que é Trabalho.

Um Joule é o trabalho realizado para transportar 1 Coulomb de um polo ao outro que possui uma diferença de potencial de 1 Volt. Lembrando que, Coulomb é a unidade de medida para carga elétrica, e Volt é a unidade de medida para tensão elétrica.

A fórmula matemática simples que pode definir trabalho é mostrada abaixo:

Onde:

> W: Trabalho realizado;

> Q: Carga elétrica, em Coulomb;

> T: Tensão elétrica entre os polos.

A energia elétrica que se transforma em energia térmica é diretamente proporcional à resistência elétrica (medida em Ohms), ao quadrado da corrente que o percorre e ao tempo em que houve fluxo de corrente. Esta lei pode ser mostrada na equação abaixo:

Onde:

> W: É o trabalho realizado, sendo neste caso, a energia dissipada por Efeito Joule;

> R: Resistência elétrica, em Ohms;

> I: Intensidade do fluxo de corrente elétrica, em Amperes;

> T: Período de tempo em que houve o fluxo de corrente.

CARACTERÍSTICAS DOS FUSÍVEIS

Quando a corrente ultrapassa o limite, a temperatura máxima suportada pelo fio é imediatamente ultrapassada, fazendo com que o metal derreta.

Quando se trata do tempo de ação do fusível, isto é, o tempo que ele leva para derreter após uma sobrecarga ou um curto-circuito, o diâmetro do fio ou lâmina metálica é essencial para determinar quantos milésimos de segundos vão passar até que ele entre em colapso para proteger as outras peças. Por isso que existem os fusíveis:

de “ação rápida” (são classificados com a letra “a”), indicados para correntes de Curto-Circuito;

e os “retardados” (são classificados pela letra "g"), indicados para correntes de Sobrecarga.


Dentro destas duas classes de fusíveis, há variantes indicados para aplicações em circuitos onde há motores, semicondutores, transformadores, cabos elétricos e uso geral. Para saber mais alguns detalhes sobre a nomenclatura de tais fusíveis e a curva característica de cada um, veja o PDF abaixo:

Classificação de fusíveis
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CURIOSIDADE: Uma variação de fusíveis relativamente atual é "gPV", feita para uso em sistemas fotovoltaicos. De acordo com a IEC 60269-6, somente podem ser utilizados fusíveis deste tipo. O principal motivo é que este modelo é o único parametrizado especificamente para o funcionamento dos sistemas fotovoltaicos.

Dentre as características exclusivas deste modelo está a sua curva de atuação que suporta uma sobrecorrente de 135% da corrente nominal por 2 horas, diferente dos outros modelos de fusíveis do mercado, além de ser específico para corrente contínua (CC). Essa característica é de fundamental importância para o funcionamento do sistema e para que não haja atuações desnecessárias da proteção (por exemplo em momentos de máxima geração, com irradiação maior que 1000W/m², quando a corrente de operação pode ultrapassar a corrente de curto-circuito do sistema).

Lembrando que, nestas aplicações o fusível deve ser inserido tanto no polo positivo quanto no polo negativo do circuito. A principal sobrecorrente que os fusíveis oferecem proteção é relacionada a corrente reversa. Corrente reversa é a que circula em sentido contrário ao do funcionamento normal do sistema, indo em direção aos módulos e não saindo deles (isto é, do polo positivo para o negativo). Todos os módulos fotovoltaicos têm uma característica chamada geralmente de “Max Fuse Rating” (MFR), que é a máxima corrente que ele suporta de maneira reversa (presente no datasheet). Ou seja, se existir a possibilidade de uma corrente reversa ocorrer no sistema e ela ser maior que a MFR suportada pelo módulo, é necessário a utilização de fusíveis para garantir a proteção dos módulos e cabos e evitar incêndios.


Abaixo, a descrição de algumas características gerais dos fusíveis:

→ Tensão Nominal: Deve ser igual ou maior que a tensão de circuito aberto. Por exemplo, um fusível feito para 32 volts não interromperia de forma confiável a corrente de uma fonte de 127 ou 220 V. Caso essa façanha seja feita, pode ocorrer um arco. O plasma dentro do tubo de vidro pode continuar a conduzir corrente até o ponto em que chegue ao estado de gás não condutor. Sendo assim, a tensão nominal deve ser maior do que a fonte de tensão. A conexão de fusíveis em série não aumenta a tensão nominal da combinação, nem de nenhum fusível;


Corrente nominal: É o valor de corrente que o fusível foi projetado para suportar sem se fundir. Esse valor de corrente é expresso no corpo do fusível e é de fácil compreensão;


Corrente de ruptura: É o valor máximo de corrente que o fusível pode atingir e se romper;


Corrente convencional de atuação: É o valor de corrente que provoca a ação do fusível dentro de um determinado período de tempo;


Curva característica: Serve para mostrar o tempo necessário para o fusível entrar em ação em relação à quantidade de corrente circulante;


Elo fusível: O tempo que o fio ou lâmina leva para se fundir é proporcional a corrente aplicada e da inércia térmica do material que constitui o Elo, que em muitos Fusíveis pode ser Chumbo ou Cobre recoberto de Zinco, ou então Zinco galvanizado com Estanho, por exemplo.

CURIOSIDADE: Leia este pequeno texto sobre Inércia Térmica:

"Podemos fazer uma analogia à mecânica:

Um corpo parado em algum lugar, tende a ficar parado caso nenhuma força externa seja aplicada a ele. Já um corpo em movimento, tende a permanecer em movimento após uma força o movimenta-lo. A inércia é a tendência de um corpo em manter seu estado inicial, de repouso, ou seu estado final, de movimento.

O estado inicial, isto é, um corpo parado, imóvel, só pode ser alterado se uma força for aplicada a ele, uma força externa, já o estado final de movimento, é quando a força já foi aplicada, e o objeto tende a se mover e manter o estado de movimento, parando apenas por questões de atrito ou por uma outra força externa maior.

A Terra mantém seu movimento sobre si (um movimento de rotação), que é um movimento inercial. Se a Terra parasse seu movimento de rotação neste exato momento, todos os corpos presentes no planeta tenderiam a continuar o movimento e seriam ejetados para o espaço!

Um automóvel, ao colidir numa parede por exemplo, é parado instantaneamente, enquanto que os passageiros tendem a manter o movimento e serem ejetados para fora. Por este motivo que o cinto de segurança é uma ótima invenção.

Quando se trata de inércia térmica, temos a absorção de calor, que pode ser alta ou baixa dependendo do material e do volume que ele ocupa. Materiais como por exemplo o Estanho, derretem com facilidade pois absorvem calor de forma muito rápida, isto é, possuem uma baixa inércia térmica. Com o elo do fusível deve ocorrer a mesma coisa, isto é, ele deve chegar ao seu limite de temperatura e se romper bastando-se do excesso de corrente elétrica que flui durante um curtíssissimo período de tempo."


Emendando o assunto inércia térmica, podemos dissertar brevemente sobre o envelhecimento dos fusíveis!

A exposição contínua a pulsos de alta corrente pode envelhecer o fusível. A oscilação de temperatura pode provocar alterações na estrutura do elo fusível

Imagem 3 - O número de pulsos aos quais o elo será exposto também deve ser considerado ao escolher um fusível


O Que é Curto-Circuito? Dissertamos tanto de Fusíveis, mas um termo comum e que provavelmente muitos não tem um conhecimento grande é o tal do "Curto-Circuito". Observe a explicação abaixo, retirada do artigo “Cap. 01. Circuitos elétricos - Corrente, Resistência, Tensão e Potência”:

"Um curto-circuito é quando a resistência do circuito é igual a zero, e quando isso acontece a corrente tende a ser infinita, pois neste caso qualquer número dividido por zero gera um valor infinito. Se você colocar um fio de Cobre no polo positivo e outro no polo negativo de uma fonte de energia e interliga-los, isso gerará um curto circuito e a corrente infinita acabará danificando os fios."


Em datasheets, com certeza você irá se deparar com o termo "Breaking Capacity". A capacidade de interrupção é a corrente máxima de curto-circuito que um fusível pode queimar com segurança sem uma falha catastrófica, como por exemplo incêndio, ruptura ou explosão. As classificações de baixa e alta capacidade de interrupção geralmente variam de 35A a 10kA. A condição de curto-circuito no produto final determina qual a capacidade de interrupção necessária, para que daí possa se escolher um fusível apropriado.

Nos Folders seguintes, a especificação "Breaking Capacity" também é dada.

 

Tipos de Fusíveis

Existem vários formatos de fusíveis. Os principais vão ser detalhados abaixo!

Fusível de vidro: Está presente em fontes de PC e diversos outros aparelhos comuns no nosso cotidiano. Este é o tipo de fusível mais comum e é mostrado na imagem abaixo:

Imagem 4


O Fusível de vidro possui este nome pois, o elo fusível está inserido num invólucro de vidro protetor bastante resistente, e seus terminais em forma de caneco podem ser encaixados num soquete específico na PCB.


CURIOSIDADE: Estes fusíveis podem ter os 'canecos' confeccionados em latão galvanizado com Estanho ou então liga de Zinco galvanizada com Estanho.


Este fusível pode ter um terminal fixado em cada caneco, permitindo que o mesmo seja soldado diretamente na PCB.

O Valor de corrente nominal vem especificado na carcaça e pode ser entendido facilmente.


Aqueles fusíveis gPV, descritos anteriormente, também podem existir em formato axial e com corpo cilíndrico, porém, nestes casos é comum não haver a região vidraçada entre os terminais, como mostra a figura abaixo:

Imagem 5

Mini-Fusível: Este é bastante encontrado no compartimento de fusíveis de automóveis. Veja a imagem abaixo.

Imagem 6


São pequenas peças com dois terminais laminados e um invólucro plástico que pode assumir diversas cores, sendo que cada cor representa características diferentes do componente. Na Imagem 5 você pode ver um desenho detalhado de um Mini-Fusível com o elo fusível rompido.


CURIOSIDADE: Estes fusíveis automotivos são confeccionados com uma liga de Zinco. A carcaça destes fusíveis é feita em Policarbonato (PC) e no caso daqueles opacos (que não é possível enxergar o elo fusível em seu interior) pode ser feita em PBT-GF ou então PA66-GF, como mostra os folders abaixo:

Folder 1 - Linha de fusíveis automotivos da MTA


Perceba que, destacado em verde está a composição química da carcaça plástica, que pode ser feita em PES / PESU (as duas siglas significam Poliéter Sulfonado). A carcaça também pode ser Policarbonato (PC), sendo o material mais comum.

Perceba que, em vermelho é destacado a liga metálica não-ferrosa que compõe os terminais e o elo fusível. O uso de liga de Zinco (Zinc Alloy) exposta ou galvanizada com Estanho (Tin plated) é um tanto comum, no entanto, alguns mais modernos já são confeccionados em Cobre galvanizado com Prata.

Observe o próximo Folder:

Folder 2 - Outra linha de fusíveis do fabricante MTA


No Folder 2 vemos que a carcaça é opaca, sendo feita em Polibutileno Tereftalato com 20% de lã de vidro (PBT-GF20). Em vermelho podemos notar o uso de liga de Zinco exposta (raw) ou então galvanizada com Estanho (Tin Plated).

Na sequência, um último Folder:

Folder 3 - Mais uma linha de fusíveis produzida pela MTA


Aqui o corpo do fusível (body) é feito em PES / PESU e sua capa superior (onde é pintada com a cor que identifica sua corrente nominal) é feita em Poliamida 66 reforçada com 25% de lã de vidro (PA66-GF25). Já os terminais e o elo são feitos de liga de Zinco também, e estanhada.


CURIOSIDADE: Para saber mais sobre PA66, PBT, PC e sobre vários outros polímeros, comece CLICANDO AQUI!


Fusível JCase: Fusíveis comumente encontrados em automóveis. Veja a imagem abaixo:

Imagem 7


Possuem versões de Perfil Baixo e Standard, conector fêmea centralizado, invólucro plástico bastante resistente e disponibilizado em várias cores de carcaça, cada cor representando uma corrente máxima diferente.

Um dos pontos positivos é o maior tempo de atraso e a baixa queda de tensão.

CURIOSIDADE: Os materiais utilizados na confecção destes fusíveis podem ser os mesmos dos mini-fusíveis descrito anteriormente.

 

Alguns adendos ao que foi exibido até aqui...


CURIOSIDADE: Perceba que nos Folders aqui mostrados, o elo fusível têm sua medida dada no padrão ISO (International Organization for Standardization), e não no AWG (American Wire Gauge). A diferença é que, no primeiro é medido a área nominal da seção transversal - em mm³ -, e no segundo a medida é simplesmente o diâmetro do fio.


CURIOSIDADE: Note que, a resistência média em temperatura ambiente (Average Cold Resistence - na faixa dos 23 °C ~ ±1 °C) para os fusíveis mostrados no Folder 3 fica na faixa dos 0 ~ 4 MegaOhms. Já os do Folder 2 ficam entre 1 e 88 MegaOhms. A temperatura ambiente alterará os parâmetros operacionais de um fusível. Um fusível classificado para 1 A a 25 °C pode conduzir até 10% ou 20% mais corrente numa temperatura de -40 °C e pode abrir a 80% de seu valor nominal em 100 °C. Os valores operacionais variam de acordo com cada família de fusíveis.

Já a corrente elétrica x tempo (I³t - medida da quantidade de energia térmica necessária para derreter o elo fusível) é inversamente proporcional: Quanto maior a resistência, menor a corrente circulante, característica básica de um circuito elétrico / eletrônico. Em outras palavras, quanto maior a resistência elétrica, menos Ampéres por segundo são necessários para derreter o elo.


CLIQUE AQUI e veja um PDF com outros tipos de fusíveis, sendo que alguns deles são menos populares ou até mesmo obsoletos.

O fusível térmico protege o circuito das temperaturas muito elevadas, que também podem prejudicar e até mesmo causar grandes problemas num equipamento.

Um fusível térmico possui como componente principal uma Cera Térmica eletricamente isolada. Sob esta Cera, uma mola de contato apoiado contra um contato fixo. Todo este conjunto se mantém desta forma durante temperaturas normais de funcionamento. Quando a temperatura limite predefinida é atingida, a base de Cera se liquefaz (derrete), a mola cede, desfazendo o contato elétrico do Fusível Térmico e abrindo o circuito. Veja o diagrama abaixo:

Diagrama 1 - como funciona o Fusível Térmico. No desenho "2" a cera está sólida e no desenho "3" os contatos estão abertos e a cera derretida


No diagrama 1 é possível ver um esboço do modelo mais comum de construção de um Termo Fusível. No entanto, existem outros métodos de construção, como é possível ver na imagem abaixo:

Diagrama 2 - Termo Fusível em formato radial com construção interna diferente


Observe o Diagrama 2 e note que o Termo Fusível possui um invólucro de fenolite ou baquelite (que aguentam temperaturas muito altas) e um selante de poliepóxido, que também suporta altas temperaturas. Os Termo Fusíveis axiais são feitos com um encapsulamento metálico ou cerâmico. Veja a imagem abaixo:

Imagem 8 - Os principais tipos de Termo Fusíveis


Na Imagem 8 estão os três tipos principais de Termo Fusíveis disponíveis no mercado identificados como "A", "B" e "C".

→ "A": É o modelo radial, geralmente com encapsulamento feito de resinas poliméricas. Normalmente é projetado para funcionar com correntes de até 5 Amperes.

→ "B": É o modelo axial, talvez o mais comum do mercado. Possui um encapsulamento metálico com um selante em uma das pontas e geralmente é feito para operar com correntes que variam entre 5 A e 15 A.

→ "C": Outro modelo axial, só que com encapsulamento feito em cerâmica e apto a trabalhar com correntes acima dos 15 Amperes.


CURIOSIDADE: É comum encontrar Fusíveis Térmicos com seus terminais crimpados ou parafusados no circuito. Isso se deve ao risco de dano ao componente por causa calor gerado no momento da solda. Ele pode ser soldado, porém deve ser algo bem planejado, utilizando fluxo de solda e bastante cuidado para não condensar calor no componente.


O Fusível Térmico é um componente barato e eficiente na proteção do superaquecimento de equipamentos diversos. Até mesmo dentro de motores elétricos é possível encontrar um componente destes, como você pode ver na imagem abaixo:

Imagem 9


O Fusível Térmico pode ser encontrado dentro de air friers, ferros de passar roupas, panelas elétricas, fornos elétricos, fornos micro-ondas, aspiradores de pó e ventiladores, além de vários outros equipamentos.

Na mecânica automotiva é possível encontrar Fusíveis Térmicos nos circuitos de controle da ventilação. Para os veículos que possuem ar condicionado é comum haver geralmente dois estágios de rotação do eletroventilador. No primeiro estágio há um resistor de alta potência (aquece muito) gerando uma queda de tensão sobre o motor elétrico. Mesmo havendo circulação de ar, há um Termo Fusível protegendo o circuito contra incêndios. Veja a imagem abaixo:

Imagem 10 - Observe o Fusível Térmico por baixo do resistor verde. Os dois componentes eletrônicos são ligados em série


Já na cabine do veículo, há um ventilador responsável por distribuir ar pelos dutos e difusores do habitáculo. Os ocupantes do veículo podem ajustar a rotação deste ventilador através de um botão no painel do veículo. Geralmente são quatro velocidades, necessitando também de resistores para gerar a queda de tensão da ventoinha, Apesar destes resistores receberem ar do próprio ventilador, há um ou mais Termo Fusíveis (depende do projeto) para proteger o circuito de incêndios. Veja a imagem abaixo:

Imagem 11 - Observe a existência de três Fusíveis Térmicos no circuito acima


Quando um fusível térmico entra em ação, ele não pode ser restaurado, e assim como um fusível comum, deve ser substituído por um de características idênticas. Não é recomendado substituir um Termo Fusível por um fusível comum ou um fusistor. O Fusível Térmico está ali pra prevenir incêndios, abrindo o circuito durante um super aquecimento.

O Fusistor, também chamado de Pico-Fusível e Chip-Fusível, é outro método de proteção de circuitos, mas de forma nenhuma pode ser confundido com o Fusível: são componentes bastante diferentes!

O Fusistor "original" é constituído por um resistor de baixa resistência elétrica, um ponto de solda e uma mola metálica. Quando a corrente ultrapassa o limite do resistor, o excesso de temperatura gerado faz com que a solda derreta antes do resistor entrar em curto, pois ela também é uma liga metálica com um baixo ponto de fusão. Com a solda derretida, a mola empurra o resistor, abrindo o circuito. Veja nos desenho abaixo, a ideia de funcionamento do do Fusistor:

Fusistor em condições normais de funcionamento

Diagrama 3


Agora, observe o que acontece com o Fusistor após um curto-circuito:

Fusistor em ação

Diagrama 4


Se o resistor for empurrado novamente para o lugar e um novo ponto de solda for feito, o Fusistor pode voltar à vida e proteger o circuito novamente.

Os Fusistores mais atuais, chamados de Pico-Fusível ou Chip-Fusível, tem um funcionamento diferente: o excesso de corrente é transformado em energia térmica e ou luz, depende do modelo e da aplicação também!

Na imagem abaixo, um Pico-Fusível em formato axial:

Pico -Fusível

Imagem 12


Perceba na imagem abaixo que eles são bastante semelhantes com os resistores axiais:

Pico-Fusíveis e resistores

Imagem 13


Obviamente, estes componentes possuem um limite de dissipação, e após este limite ser ultrapassado, o componente dá sua vida pelos demais e então o circuito é aberto.

Normalmente, o valor de corrente nominal de um Pico-Fusível é informado na carcaça do componente, de forma quase sempre legível.

Observe o diagrama abaixo, simbolizando o funcionamento de um Pico-Fusível:

Diagrama de funcionamento do Pico-Fusível

Diagrama 5


Analisando algumas placas de vídeo, é possível notar um Chip-Fusível na linha de tensão de 12 Volts do slot PCI Express. Este pequeno componente em formato SMD deve ter uma resistência elétrica menor que a das trilhas, pois caso dê algum curto-circuito na placa, quem será prejudicado é ele.

Chip-Fusível numa placa de vídeo

Imagem 14


Observe que o Chip-Fusível SMD possui valor "0" marcado em sua carcaça.

No caso dos Chip-Fusíveis, o número mostrado em cima do componente pode ser um pouco confuso.

-> Quanto menor o valor marcado, maior a resistência do componente;

-> Quanto maior o valor marcado, menor a resistência do componente.

Um Fusistor na entrada de energia impede que um curto-circuito danifique componentes mais complexos e até mesmo as trilhas da PCB, só que ao trocar um Fusistor queimado, deve se observar atentamente suas características e as características do circuito.

Caso o curto-circuito afete e rompa as trilhas da PCB, dificilmente a placa poderá ser recuperada, pois são trilhas muito finas e em várias camadas da placa, por isso que um Chip-Fusível faz toda a diferença.

DETALHE: Assim como no Fusível, o coeficiente do Fusistor é a corrente elétrica, diferente do Fusível Térmico, em que o coeficiente é a temperatura!


Esse tal Chip-Fusível pode ser conhecido também como um simples "Jumper" ou "Link Zero Ohm". Ele pode ser utilizado para conectar trilhas em uma placa de circuito impresso (PCB). Este formato SMD permite que o jumper seja colocado na placa de circuito através do mesmo equipamento automatizado utilizado para montar outros resistores, reduzindo assim custos industriais.

A resistência é apenas "aproximadamente zero". Um máximo é especificado, que normalmente está na faixa de 10 ~ 50 mΩ. No entanto, variantes de resistência ultra baixa (considerada abaixo de 0,5 mΩ) estão disponíveis. Uma tolerância percentual não faria sentido, pois seria especificada como uma porcentagem do valor ideal de zero ohms (que sempre seria zero).

Veja abaixo, um Folder de um Chip-Fusível:

Folder 4 - Note que este elo de ligação é feito de Cobre galvanizado com Níquel e contatos de Estanho


Abaixo, outro Folder:

Folder 5 - Jumpers de ultra baixa resistência


Veja abaixo a imagem agrupamentos de fusistores, que formam pequenas barras e que ligam o barramento de dados do controlador de RAM do chipset GXcel ST num slot SDR:

Imagem 15 - Barras de jumpers numa velha placa de notebook que integra uma CPU VIA 1 GigaPro


Note, na imagem acima, que cada barra possui quatro fusistores. O uso destes componentes não é obrigatório para implementação de um canal de memória RAM SDR.


EXEMPLO:

Podemos usar uma placa de vídeo como exemplo:

Suponha que, um determinado modelo de chip gráfico necessite de 50 amperes para funcionar com os clocks e configurações internas em Default.

As trilhas de todo o circuito de alimentação do chip gráfico são feitas para suportarem uma corrente maior que essa. Para que não haja problemas de sobrecarga nos condutores da PCB, normalmente as trilhas suportam cerca de o dobro da corrente máxima extraída pela GPU. Neste exemplo então, as trilhas do PCB suportarão uma corrente de 100 amperes.

O Fusistor deve estar entre estes valores: ele não poderá exceder os 100 amperes, pois a partir deste valor ele não terá mais efeito no circuito, mas também não poderá estar abaixo dos 50 amperes, pois abaixo disso ele limitará todo o circuito de alimentação, e consequentemente a GPU, que poderá ficar instável.

Como se trata de uma placa de vídeo, o overclock é algo que está no sangue da maioria dos gamers, e quando se aumenta os valores de clock do chip gráfico, deve se aumentar também a alimentação elétrica, para que não haja instabilidades, portanto, o Fusistor deve estar entre a corrente necessária para o funcionamento do VRM do processador gráfico e a corrente máxima suportada pelas trilhas da PCB, isto é, neste exemplo o Fusistor deve estar na faixa de suporte há 75 Amperes.

EXEMPLO 2:

Utilizando-se do Exemplo 1: E se, no lugar do Fusistor, fosse colocado um Fusível?

O Fusível possui um limite de corrente elétrica, a partir desse limite ele simplesmente se romperia e a placa deixaria de funcionar. Um Chip-Fusível ou um Pico-Fusível não faz isso. Não é recomendado a substituição de um Fusistor por um Fusível comum.

Outro tipo de componente “protetor de circuitos" é o PPTC. Funciona de forma muito semelhante ao Fusistor.


PPTC é a sigla para “Polymeric Positive Temperature Coefficient”, que em bom português significa “Polímero com Coeficiente de Temperatura Positivo”. Ele possui suas semelhanças com o Termistor PTC, porém, ao contrário dele, opera através de alterações mecânicas ocasionadas por temperatura, e não por portadores de carga.

Pois bem, o PPTC é uma versão aprimorada do Termistor PTC que serve para proteger circuitos de sobre-corrente elétrica. Da mesma forma que ocorre com o fusistor, o PPTC não se danifica (desde que operando dentro de suas especificações, obviamente) e não precisa ser substituído tão facilmente.


Os PPTCs podem ser encontrados tanto em encapsulamento SMD (Surface Mounting Device) quanto em formato PTH (Pin Through-Hole).


Veja a imagem de PPTCs SMD abaixo:

Imagem 16 - Fusíveis rearmáveis em encapsulamento SMD

Veja abaixo PPTCs em formato PTH:

Imagem 17 - Polyfuses em formato PTH


Um dispositivo PTC polimérico é feito de um bloco de polímero orgânico semicristalino não condutor que é "misturado" com partículas de negro de fumo.


CURIOSIDADE: Existem algumas classes de negro de carbono, como por exemplo o negro de acetileno, que possuem propriedades químicas que os tornam mais condutores de energia que outros. Para saber mais sobre cargas negras, brancas e plastificantes, bem como as propriedades condutivas de polímeros, CLIQUE AQUI!


Enquanto frio, o polímero está em um estado semicristalino, com o negro de carbono forçado para as regiões entre os cristais, formando muitas cadeias condutoras. Por ser condutivo, em sua "resistência inicial" passará uma corrente elétrica, de acordo com a especificação do projeto.

Se muita corrente for aplicada no dispositivo, ele começará a aquecer. À medida que o dispositivo aquece, o polímero se expande, mudando de um estado semicristalino para um amorfo (um estado sem organização espacial das moléculas, sem forma geométrica definida). A dilatação separa as partículas de Carbono e quebra as vias condutoras, fazendo com que o dispositivo aqueça mais rápido e se expanda mais, aumentando ainda mais a resistência elétrica. Este aumento na resistência reduz substancialmente a corrente no circuito. Uma pequena corrente ainda flui através do dispositivo e é suficiente para manter a temperatura em um nível que o manterá no estado de alta resistência.

Essa pequena corrente, também chamada de "corrente de fuga" pode variar de menos de cem mA na tensão nominal até algumas centenas de mA em tensões mais baixas.


A "corrente de retenção" é a corrente máxima na qual o dispositivo tem garantia de não desarmar.

A “corrente de desarme” é a corrente na qual o dispositivo tem garantia de desarmar.


CURIOSIDADE: Para saber mais sobre estado semi-cristalino e amorfo dos polímeros, CLIQUE AQUI!


O valor da corrente de retenção fica em torno da metade da corrente de desarme, segundo a tabela de dados da série de PPTCs "30R" criados pela LittelFuse e mostrada na Tabela abaixo:

Tabela 1 - Algumas especificações da linha 30R da LittelFuse


Veja abaixo a definição de cada coluna da Tabela 1:

→ 1. Faixa de corrente em que o dispositivo não vai disparar, desde que esteja em temperatura ambiente de 20 ° C. Esta é a acorrente de retenção;

→ 2. Corrente mínima na qual o dispositivo desarmará desde que em temperatura ambiente de 20 ° C. Esta é a corrente de desarme;

→ 3. Tensão máxima que o dispositivo pode suportar sem danos desde que opere em corrente nominal;

→ 4. Corrente máxima que o dispositivo pode suportar sem danos desde que opere em tensão nominal;

→ 5. Energia dissipada pelo dispositivo quando no estado desarmado e sob temperatura ambiente de 20 ° C.


Dependendo do fabricante ou da série de componentes, pode ter variações, como por exemplo um PPTC com corrente de retenção de 1,5 A e uma corrente de desarme de 4,0 A, como é possível ver na Tabela 2 e Tabela 3 com especificações de PPTCs da Tyco Eletronics:

Tabela 2 - Algumas especificações da série AGRF da Tyco



Tabela 3 - Algumas especificações da série ASMD da Tyco


Veja abaixo a definição de cada coluna da Tabela 2 e 3:

→ Faixa de corrente em que o dispositivo não vai disparar, desde que esteja em temperatura ambiente de 25 ° C. Esta é a acorrente de retenção;

→ Corrente mínima na qual o dispositivo desarmará desde que em temperatura ambiente de 25 ° C. Esta é a corrente de desarme;

→ Tensão máxima que o dispositivo pode suportar sem danos desde que opere em corrente nominal;

→ Corrente máxima que o dispositivo pode suportar sem danos desde que opere em tensão nominal.


Quando a energia é cessada, o aquecimento devido à corrente de fuga irá parar e o dispositivo PPTC terá a temperatura reduzida para o valor do ambiente. Conforme o dispositivo esfria, o polímero retrai e retorna a um estado de baixa resistência, onde poderá manter a corrente conforme especificado para o dispositivo. Esse resfriamento geralmente leva alguns segundos, embora um dispositivo desarmado talvez retenha uma resistência um pouco mais alta por algumas horas.


Resumidamente, quando está na temperatura ambiente o PPTC funciona como um condutor dentro da especificação de alimentação de corrente do dispositivo. Com um surto de corrente o componente esquenta, ao esquentar sua resistência aumenta, diminuindo a corrente fornecida para o circuito e o protegendo. Após esfriar, sua resistência cai e ele volta ao seu estado inicial.


CURIOSIDADE: A temperatura ambiente é crucial para definir o funcionamento de um PPTC. Quanto maior a temperatura ambiente, menor será a corrente de retenção, isto é, o PPTC irá desarmar mais cedo. Na Tabela 4 vemos os valores de corrente de retenção da série 30R da LittelFuse para várias faixas de temperatura ambiente:

Tabela 4 - A variação de temperatura ambiente influi na corrente de retenção


CURIOSIDADE: Negro de fumo também é chamado de "Negro de Carbono" ou "Pó de sapato". O Negro de Carbono é um material essencialmente constituído por Carbono elementar sob forma de partículas aproximadamente esféricas (de diâmetro máximo inferior a 1µm) aglutinadas e agregadas.


CURIOSIDADE: O PPTC foi patenteado em 1939 por Gerald Pearson, da Bell Labs e pode ser definido como sendo um fusível ressetável ou rearmável, pois no momento que a sobre-corrente desparece, ele volta a sua condição normal.


CURIOSIDADE: O PPTC também é conhecido como “Polyfuse”, “Polyswitch” e “Multifuse”. A Tecno, Bourns e Littelfuse estão entre as maiores fabricantes destes fusíveis rearmáveis.


A simbologia e a curva característica do PTC pode ser vista no artigo “Capítulo 1.5. Os componentes: Termistor“.


Um PPTC deve ser ligado em série com os dispositivos que ele deve proteger.

Um bom exemplo de aplicação dos PPTCs é na interface PS/2 para mouse e teclado, muito utilizada em PCs. Ao conectar ou desconectar um mouse ou teclado com o PC ligado, um surto momentâneo de corrente poderia ocorrer, danificando o controlador PS/2. O risco de dano foi reduzido adicionando um Polyfuse na linha +VCC de cada porta PS/2.

Hoje a interface PS/2 foi substituída pela interface USB, que também pode ter um Polyfuse em cada porta para proteger o controlador e o periférico a ser conectado ou desconectado de surtos de corrente.


Para saber mais sobre a interface PS/2, das trilhas da placa ao protocolo de comunicação, leia o artigo “Hardware – A Interface PS/2”.

No manual de usuário de praticamente todos os veículos é possível encontrar informações sobre a localização e os tipos de fusíveis utilizados. Disponibilizamos o manual do Chevrolet Onix 2013 neste artigo, e para acessá-lo basta CLICAR AQUI!

E Este foi mais um artigo completão do Hardware Central! Como você pode ver, um simples fusível pode envolver dezenas de termos, características, tipos e várias outras coisas!


Se tu sabes mais alguma coisa sobre estes componentes ou deseja mandar uma correção, sugestão ou crítica, entre em contato pelo e-mail hardwarecentralr@gmail.com

 

FONTES e CRÉDITOS:

Texto: Leonardo Ritter

Imegens: Leonardo Ritter; Google imagens.

Fontes: Manual de Usuário do Chevrolet Onix 2013; MTA Automotive; Saber Elétrica; Mundo da Elétrica; Sala da Elétrica; Instituto Newton C. Braga; ADD Therm; Canal do You Tube "ElectroLab"; Canal do You Tube "Astronauta de Quintal"; Wikipédia (Somente artigos com fontes verificadas!).


Última atualização: 19 de Junho de 2022.

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