ヒューズは、多くの電子機器にとって不可欠な保護装置です。それらは単に回路/負荷によって消費される電流を監視し、回路に安全でない電流が流れる場合、ヒューズはそれ自体を溶断し、したがってその大電流によって負荷/回路の形状が損傷するのを防ぎます。このタイプのヒューズは機械式ヒューズと呼ばれ、高速ブロー、低速ブローなど多くのタイプのヒューズがありますが、1つの一般的な欠点があります。ヒューズが飛んだ場合、デバイスを再び正常に機能させるには、消費者/オペレーターがヒューズを交換する必要があります。これが、トースターや電気ケトルなどの多くの古い電子機器に、製品と一緒に予備のヒューズが付属している理由です。
この欠点を克服するために、最近の電子機器のほとんどは電子ヒューズを使用しています。電子ヒューズは、機械式ヒューズと同じ目的を果たしますが、交換する必要はありません。内部にパワーエレクトロニクススイッチがあり、必要に応じて回路を開閉します。万が一故障が発生した場合、スイッチは回路を開いて電源から切り離します。良好な状態に戻ったら、ボタンをクリックするだけでヒューズをリセットできます。適切な値のヒューズを購入して古いものと交換する手間はありません。おもしろいですね！したがって、このチュートリアルでは、電子ヒューズ回路を構築する方法、それがどのように機能するか、および設計でどのように使用できるかを学習します。
電子ヒューズ回路図：
電子ヒューズ回路の完全な回路図を以下に示します。回路に示されているように、回路が少ないため、設計の構築と実装が簡単です。
ここでは、12Vで動作するモーター（LOAD）の動作電流を監視するように回路が構成されています。負荷は、電流を監視しようとしている任意の回路に置き換えることができます。抵抗R1は、回路が過電流シナリオに反応する前に、回路に許容できる電流の量を決定します。各コンポーネントの機能と、要件に基づいて値を選択する方法について説明します。
ワーキング：
電子ヒューズ回路の動作は、SCRがどのように機能するかを見ると簡単に理解できます。通常の状態では、ユーザーはボタンを押して負荷を電源に接続する必要があります。ボタンを押すと、SCRのゲートピンが1K抵抗を介して電源電圧に接続されます。これによりSCRがトリガーされ、カソードとアノードピン間の接続が閉じられます。接続が閉じられると、電流がソース（+ 12V）から負荷に流れ始め、SCRのアノードからカソードへのピンを通ります。
ボタンを離すと、オフにする整流回路がないため、SCRはオンのままになります。したがって、SCRはON状態でラッチされ、SCRの保持電流を下回っても電流が流れるまでそこに留まります。
サイリスタの転流（SCR）とはどういう意味ですか？
信号によって一度オンになったサイリスタは、信号が除去されてもそれ自体ではオフになりません。したがって、サイリスタをオフにするには、外部回路が必要です。この回路は転流回路と呼ばれます。ゲートパルスを供給してサイリスタをオンにするプロセスをトリガーと呼び、サイリスタをオフにするプロセスを転流と呼びます。
サイリスタ（SCR）の保持電流とは何ですか？
保持電流（これをラッチング電流と混同しないでください）は、サイリスタをオンに保つためにサイリスタのアノードピンとカソードピンを流れる電流の最小値です。電流の値がこの値を下回ると、サイリスタは外部転流なしで自動的にオフになります。
私たちの回路で使用されているSCRはTYN612で、最大保持電流は30mAです（値についてはデータシートを参照してください）。したがって、アノードとカソードを流れる電流が30mA未満になると、SCRは自動的にオフになります。したがって、電力を負荷から分離します。
抵抗R1（0.2オーム）とトランジスタ（2N2222A）は、SCRをオフにする上で重要な役割を果たします。負荷（モーター）が動作している通常の状態では、抵抗R1を介して電流が流れます。オームの法則によれば、抵抗器の両端の電圧降下は次の式で計算できます。
抵抗両端の電圧=回路を流れる電流x抵抗値
したがって、式によれば、抵抗器の両端の電圧降下は、回路を流れる電流に正比例します。電流が増加すると、この電圧降下が0.7Vの値を超えると、抵抗の両端の電圧降下も増加します。抵抗がトランジスタのベースピンとエミッタピンの間に直接接続されているため、トランジスタがオンになります。トランジスタが閉じると、回路に必要な完全な電流がトランジスタを瞬間的に流れます。その間、SCRを流れる電流は保持電流を下回り、抵抗の両端の電圧降下も電流が流れていないため0Vになります。 。最後に、トランジスタとSCRがオフになり、負荷（モーター）も電源から分離されます。完全な動作は、以下のGIF画像を使用して示されています。
SCRのアノードカソード端子を流れる電流を監視するために、抵抗器に電流計が配置されています。この電流はSCRの保持電流を下回ってはなりません（シミュレーションでのSCRの保持電流は5mAです）。この値を下回ると、SCRはオフになります。また、電圧計を抵抗器の両端に150オーム配置して、抵抗器の両端の電圧を監視し、SCRが閉じる前にNPNトランジスタがトリガーされているかどうかを確認します。
ハードウェア：
前に述べたように、この回路には最小数のコンポーネントがあり、1つのSCR、1つのトランジスタ、および2つの抵抗が含まれます。したがって、ブレッドボード上に構築することで簡単に分析できます。繰り返しますが、それはあなたのアプリケーションに依存します。 2Aを超えるものを計画している場合は、ブレッドボードはお勧めしません。ブレッドボード上に電子ヒューズ回路を構築すると、以下のようになります。
画像でわかるように、負荷としてLEDストリップを使用しました。別の負荷を使用したり、保護する必要のある回路を接続したりすることもできます。負荷を電源に接続するには、SCRをオンにするボタンを押す必要があります。また、大きな値の電流を許容する必要があるため、R2として2W 0.2オームの抵抗を使用したことにも注意してください。この抵抗のワット数定格を考慮することは、常に重要です。
定格電流を上げても故障状態を作り出すことができなかったので、電圧を下げて故障を作り、SCRを流れる電流を減らしました。あるいは、トランジスタのコレクタエミッタピンをワイヤで短絡することもできます。これにより、電流がSCRではなくワイヤに流れ、SCRがオフになります。故障が発生して回復した後、前述のようにボタンを押すだけで回路を再びオンにすることができます。回路の完全な動作は、以下のビデオにも示されています。あなたが回路を理解し、それを学ぶことを楽しんだことを願っています。疑問がある場合は、下のコメントセクションに投稿するか、フォーラムを使用して技術的なヘルプを参照してください。
制限：
すべての回路と同様に、これにも特定の制限があります。これらがあなたのデザインに影響を与えると思うなら、あなたは代替案を見つけるべきです
- 負荷電流全体が抵抗R2を流れるため、抵抗R2の両端に電力損失が発生します。したがって、この回路はバッテリー駆動のアプリケーションには適していません
- 各抵抗器はビットごとに変化し、経年変化により抵抗器の特性も変化するため、ヒューズが設計されている定格電流は正確ではありません。
- トランジスタは変化に反応するのに時間がかかるため、この回路は突然のスパイク電流には反応しません。