Pojistky kvalifikované dle normy AEC-Q200 hrají v automobilovém prostředí klíčovou roli

Pojistky se používaly jako základní ochranná zařízení od počátků elektrického osvětlení na konci devatenáctého století. Přerušením toku elektrického proudu chrání zařízení před poruchami, jako jsou zkraty vznikající při zátěži. Toto přerušení může chránit kabeláž, elektronická zařízení a zátěž před katastrofálním poškozením. Pojistky proto mohou minimalizovat riziko poruchových stavů, zranění osob a majetku.

Ochrana, kterou pojistky poskytují, je zvláště užitečná pro rostoucí automobilový trh a poptávku po elektrických vozidlech („electric vehicle“, EV). S přeměnou energie v EV a se stále rostoucím počtem elektronických systémů se ochrana obvodů stala nezbytností pro ochranu nesčetných zařízení, která se v EV nacházejí.

Automobilové pojistky

Typická automobilová pojistka funguje tak, že roztaví vodivé spojení. Následuje elektrický oblouk, který přemění spojení na rozpojený obvod. Teplotu uvnitř prvku pojistky, při které k tomu dojde, určují proudový impulz (velikost, tvar a čas), okolní teplota a charakteristiky pojistky. Dobu vypnutí při daném proudu pomáhá určit křivka čas-proud („time-current curve“, TCC) při různých jmenovitých proudech pojistek. Ta spolu s energií tavení (I² × t, kde I je proud a t je čas) pomáhá určit vhodnou pojistku pro danou aplikaci. Automobilové pojistky se vyvíjely tak, aby vyhovovaly měnícím se potřebám tohoto oboru. V 60. letech 20. století se běžně používaly skleněné trubičkové pojistky. Dnes jsou nejpoužívanější kompaktnější nožové pojistky. Většina z nich reaguje rychle (během několika milisekund), což je dobré, aby nedošlo k poškození citlivé elektroniky, ale není to dobré pro motory kvůli vysokému náběhovému proudu při startu. Pro tuto aplikaci byly vyvinuty pomalé pojistky, kde může být doba reakce v řádu několika sekund. Mezi další charakteristické požadavky na pojistky používané v automobilových aplikacích patří:

• Brzy se pro měnící se sběrnici očekávají vyšší napětí až 800 V. Z tohoto důvodu budou vyžadovány jmenovité hodnoty přesahující 1 000 V, přičemž velká pozornost bude věnována obloukovému výboji vytvořenému při těchto napětích, aby se zabránilo poškození obvodu.
• Vysoká spolehlivost kvůli riziku katastrofálních havárií v důsledku poruchy.
• Velký rozsah okolních teplot. Pojistky používané v motorovém prostoru mohou být vystaveny teplotám v rozsahu od −40 ˚C do +150 ˚C nebo širšímu.
• Velikost, hmotnost a tvarový faktor jsou klíčovými cíli minimalizace pro všechny součástky používané v EV, což je poháněné potřebou zvýšit výkon vozidla a dojezd na dané nabití baterie.
• Klíčovým požadavkem vzhledem k různým stavům vozovky a jízdním profilům je odolnost proti vibracím.

Automobilový standard AEC-Q200

Společnosti Chrysler, Ford a General Motors založily v 90. letech 20. století Radu pro elektroniku v automobilech („Automotive Electronics Council“, AEC), aby vytvořily společný systém kvality a sjednotily standardy kvalifikace dílů pro automobilové aplikace. Kvalifikaci zátěžových testů pro pasivní součástky pokrývá norma AEC-Q200. Dřívější verze normy AEC-Q200, revize D, která platila od června 2010, se vztahovala na součástky, jako jsou rezistory, kondenzátory, transformátory, rezonátory, krystaly, resetovatelné pojistky, termistory a varistory. Tato norma pokrývala dvě hlavní kategorie namáhání pasivních součástek:

• Namáhání vlivem okolního prostředí: Patří sem teplotní cykly, odchylky vlhkosti, skladování při vysokých teplotách a testy provozní životnosti při vysokých teplotách.
• Fyzické namáhání: Sem patří vibrace, mechanické otřesy, pájitelnost a odolnost vůči teplu při pájení, hořlavost, pevnost svorek a odolnost vůči rozpouštědlům.

Aktualizace normy AEC-Q200, revize E vydaná v březnu 2023, přidává požadavky na spolehlivost pojistek. Jak je znázorněno na obrázku 1, revize E obsahuje úplný seznam zátěžových testů, které zahrnují jak faktory okolního prostředí, tak fyzické namáhání uvedené výše.

Obrázek 1: Znázornění zátěžových testů AEC-Q200 revize E specifikovaných pro pojistky. (Zdroj obrázku: společnost Littelfuse)

Jak je ukázáno na obrázku 1, zátěžové podmínky normy AEC-Q200 revize E jsou přísnější než typické testy pro jiný než automobilový průmysl. Nyní byly přidány některé klíčové testy, jako je provozní test životnosti 1 000 hodin při maximální specifikované provozní teplotě. Metodika testování pojistek vyžaduje měření odporu před namáháním a po namáhání spolu s testy proudové zatížitelnosti a testy přetížení prováděné po namáhání. Cílem normy AEC-Q200 revize E je poskytnout společný standard, který mohou výrobci použít k navrhování a testování pojistek používaných na automobilovém trhu.

Pojistky společnosti Littelfuse kvalifikované podle normy AEC-Q200 revize E

Společnost Littelfuse má dlouhou historii ve vývoji a výrobě automobilových pojistek. Automobilové pojistky představila poprvé ve 30. letech minulého století a jejich nožové pojistky ATO^® s rychlou reakcí jsou považovány za celosvětový standard. Společnost Littelfuse přispěla k vývoji kvalifikačních zátěžových testů revize E pro pojistky, protože jejich interní kvalifikační testy pro automobilové pojistky již v souladu s normou AEC-Q200 revizí E byly.

Na obrázku 2 je ukázána řada pojistek vyráběných společností Littelfuse pro automobilové aplikace. Dodávají se v různých provedeních konstrukce, jako je do průchozích otvorů, pro povrchovou montáž a typu patrony.

Obrázek 2: Řada pojistek společnosti Littelfuse kvalifikovaných dle normy AEC-Q200 pro automobilové aplikace. (Zdroj obrázku: společnost Littelfuse)

Níže je uveden seznam s podrobnostmi některých pojistek této společnosti kvalifikovaných dle normy AEC-Q200:

• Pojistka typu patrony řady 828 má vysoké jmenovité napětí 1 000 V_DC se jmenovitou vypínací schopností 10 kA při jmenovitém napětí. Pojistky jsou zaměřeny na OBC a PDU.
• Řada 885 Nano2^® pro povrchovou montáž má jmenovité napětí až 500 V_DC s dostupnou jmenovitou vypínací schopností 1 500 A při 350 V_DC. Tyto kompaktní pojistky lze použít v lithium-iontových bateriích, BMS a HV DC/DC převodnících.
• Řada čipových pojistek pro povrchovou montáž s technologií tenkých vrstev 437A nabízí jmenovité napětí od 32 V_DC do 125 V_DC a jmenovitou vypínací schopnost 50 A při jmenovitém napětí. S jejich malými rozměry a rychlou dobou reakce jsou ideální pro ochranu sekundárních obvodů kompaktní automobilové elektroniky, jako jsou LED světlomety, navigační systém, TFT displej atd.
• Řada PICOII^® 521 v keramickém tělísku do průchozího otvoru je velmi rychle reagující pojistka v prostorově úsporném subminiaturním pouzdru. Jmenovité napětí je 75 V se jmenovitou vypínací schopností 300 A při jmenovitém napětí. Tyto pojistky lze použít pro ochranu BMS.

Závěr

Elektromobily vyžadují více elektronických a elektrických součástek a modulů pro přeměnu energie. Pojistky hrají zásadní bezpečnostní roli nejen pro elektronické součástky, kabeláž a zařízení, která chrání, ale také pro personál obsluhující vozidlo. Zahrnutí pojistek do kvalifikačních norem AEC-Q200 zajišťuje, že tyto životně důležité součástky splňují jednotný standard. Společnost Littelfuse má řadu pojistek kvalifikovaných podle normy AEC-Q200, které lze použít v různých aplikacích nadproudové ochrany EV.