ヒューズ（2） ―― ヒューズの選定方法：中堅技術者に贈る電子部品“徹底”活用講座（8）（2/3 ページ）

[加藤博二（Sifoen），EDN Japan]

ヒューズのI²tｰT特性と電流波形

図1：電流波形の例※1

　連続電流以外にもヒューズ選定時に考慮しなければならない項目として表1に挙げた⑤のヒューズのIｰT特性とI²tｰT特性があります。
　ヒューズの代表特性であるI-T特性は、ある一定電流を流し続けた時のヒューズが溶断するまでの時間をグラフにしたものですが、実際の機器において電流が一定であるということはほとんどなく、多くの場合、図1に示す電流波形のような振動を伴う波形となります。

　このままでは溶断特性のI-T特性を当てはめることはできませんし、ピーク電流が一定時間続くと仮定した時には過剰スペックになり、今度は異常時に溶断しなくなります。このため、実際の電流波形の判定にはより現実に適したI²t-T特性が使われます。

　I²tｰT特性とは瞬時の電流値Iを2乗し、その値を累積(積分)したもので、
　　　｛(I²･R)/R｝×t⇒(P×t)/R と考えれば、
抵抗Rに印加されるエネルギー（J）に比例する値です。つまり、この曲線はデバイスの破壊エネルギーに関係する曲線なのです。電流波形が複雑でも累積エネルギー値として評価すればよく、波形に依存せずに判定ができます。

図2：I²t-Tによる判定※1

　例として、図1の電流波形に対してヒューズが溶断せず耐えるか否かを考えます。この場合は簡易的にはノコギリ波状の各ピーク電流値を矩形波状に細分化し各区間のI²･tを算出して累積すればよく、それをヒューズのI²t-Tグラフに重ねてプロットしたのが図2です。この図からFuse-Aは溶断すること、そしてFuse-Bは電流波形のI²tがヒューズのI²ｔ-T曲線を越えないので溶断しないことが分かります。

　I²tｰT曲線を提出してもらえない場合は図3の手順で作図する必要がありますがメーカーの資料ではありませんので取り扱いについては注意が必要です。このI²t-T曲線の使い方の例を図4に示します。
　基本的には曲線を矩形波近似して刻み時間と演算しますが、最近のデジタルオシロスコープは波形の数値出力が可能なので得られたデータから表計算ツールで計算することはそれほど困難ではありません。

左＝図3：I-T特性からI²t-T曲線の作成／右＝図4：I²t-T曲線の判定例

　ただし、SW電源などで突入電流値の抑制にPTCサーミスタを使用している場合は高温で電流値が大きくなり、さらにヒューズの温度ディレーティングが加わります。したがって判定は高温時の突入電流波形と温度ディレーティングを加味したI²t-T曲線を比較して行います。