¿Se pueden usar secciones delgadas de trazas de cobre como fusibles?

Ciertamente se ha hecho.

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Es un poco más de un crapshoot que un fusible tradicional, como una chispa impresa, pero se puede hacer. El rastro no debe estar expuesto. Una traza expuesta estará sujeta a contaminación, posiblemente contaminación conductiva, lo que cambia la cantidad de conductor que diseñó para una cierta corriente. Es cierto que es una preocupación menor, pero no veo ningún profesional para exponer el rastro.

La placa superior fue diseñada con almohadillas para reemplazar el fusible, es de un sistema estéreo para auto, por lo que es probable que esperen cortocircuitos descendentes en lugar de sobrecargas desde el origen. Tener almohadillas expuestas para el último caso sería menos deseable, ya que una oleada podría quemar el fusible y dejar una vía de fuga conductora entre las almohadillas.

Este documento explora y proporciona cálculos para determinar el tamaño del rastro de un fusible impreso con una variedad de pesos de cobre.

Un punto saliente del papel, en caso de que no esté siempre disponible, es la aproximación del tiempo en segundos (\ $ t \ $) antes de que una traza alcance la temperatura de fusión dada la corriente que pasa a través de él (\ $ I \ $ ) y su área de sección transversal en mils square (\ $ A \ $):

$$ t = 0.0346 \ times {{A} \ over {I}} ^ 2 $$

Tenga en cuenta que este es el tiempo aproximado para fundir el cobre a una temperatura ambiente de 20 ° C. Puede fallar mucho antes o poco después de este valor.

He hecho esto en un diseño de producción real, y lo lamenté. "Parecía una buena idea en ese momento".

Quería proteger una placa posterior contra una tarjeta que se conecta con un cortocircuito de alimentación a tierra en el conector de la tarjeta. Puse una pista con cuello en la línea de alimentación a cada zócalo del plano posterior. Claro, funcionó, y nunca voló por error. Sin embargo, cuando el rastro hizo explotar, significó que los ingenieros de campo pobres tuvieron que reemplazar todo el backplane. Debería haber usado trazas más gruesas y dejar que la fuente de alimentación se apague.

Quizás otra consideración es la posibilidad de un incendio en una PCB. Una corriente baja en una traza de PCB no elevará la temperatura. Una corriente alta hará volar el rastro. ¿Una corriente intermedia, limitada por algún otro efecto? Tal vez eso aumentará la temperatura de traza lo suficiente como para quemar la PCB pero no derretir el cobre. He visto que eso sucede con trazas muy, muy finas, y puede prender fuego a un PCB de fibra de vidrio. El epoxi cambia a solo carbono, luego el carbono comienza a llevar más corriente que se calienta más, luego ... los resultados no son bonitos. Debe haber formas de diseñar la traza para que esto no pueda suceder, pero busqué reglas de diseño y no pude encontrarlas.

Entonces, sí, usted puede hacerlo. ¡Pero yo no!

Tengo gente de diseño de PCB para que haga esto por mí durante más de 20 años. Las aplicaciones fueron principalmente en material automotriz donde la batería de 12 voltios tiene una gran corriente de falla. Yo llamaría a esto una pista de cuello. Nunca he usado esto para cualquier aplicación de precisión. La pista de cuello es buena para proteger el telar de cableado de los automóviles en caso de falla cuando se haya pasado por alto el fusible en línea. Hicimos pruebas cortando una batería marina de 12 voltios en un cable de varias longitudes para emular el cableado de los automóviles. Nuestra configuración habría tenido microhenries de inductancia no milihenries por lo que sería referido como resistivo. Por lo tanto, a bajas tensiones resistivas y altas corrientes de falla, la pista de cuello es segura. Usamos 10 mil pistas. En ese momento estábamos mucho más preocupados por el soplado seguro que por la precisión. La idea en ese momento era que si querías precisión usarías un MCB.

¿Por qué usar una traza para un fusible? Significa que la placa no podrá utilizarse si hay una sobrecarga hasta que alguien la repare. ¿Y cómo se repara tal falla? Tire el tablero y consiga uno nuevo, ¿verdad? Si solo estás perdiendo el tiempo, sigue adelante y usa un rastro. Si tiene una aplicación seria, considere un fusible reajustable, por aproximadamente $ 1, que se restablecerá automáticamente después de una sobrecarga. Sus técnicos de reparación escribirán blogs sobre cuánto les gusta. Un fusible común montado en una placa de PC con un fusible es una solución barata, pero el servicio es más costoso, en mano de obra, inconvenientes y tiempo de inactividad. Un interruptor automático cuesta más y aún requiere la intervención humana. Si se monta en el panel, es más fácil de reemplazar, pero eso agrega costos, mano de obra y esfuerzo de diseño adicional.

Es difícil imaginar una aplicación comercial donde una traza de placa de circuito utilizada como fusible es una buena idea. Es más probable que sea una muy mala idea. Y en muchos casos, un circuito diseñado con protección contra sobrecargas es mejor en todos los aspectos. A veces es tan sencillo como elegir el chip regulador de voltaje correcto con protección contra sobrecorriente incorporada.