【導(dǎo)讀】隨著人們安全意識的增強(qiáng)，電子產(chǎn)品的可靠性成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最重要的考慮因素之一。電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師通常會(huì)采用被動(dòng)保護(hù)器件實(shí)現(xiàn)過電流、過電壓及過溫保護(hù)，但是如果器件的選型不恰當(dāng)，往往會(huì)起不到應(yīng)有的效果。
隨著人們安全意識的增強(qiáng)，電子產(chǎn)品的可靠性成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最重要的考慮因素之一。電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師通常會(huì)采用被動(dòng)保護(hù)器件實(shí)現(xiàn)過電流、過電壓及過溫保護(hù)，但是如果器件的選型不恰當(dāng)，往往會(huì)起不到應(yīng)有的效果。
前不久在網(wǎng)上讀到一篇關(guān)于保險(xiǎn)絲的文章——《保險(xiǎn)絲是不是真的足夠保險(xiǎn)？》的評論，認(rèn)為保險(xiǎn)絲存在不能有效保護(hù)電路的情況。本文引述其故障電路及分析，如下。該博文描述，當(dāng)電源損壞時(shí)，如果內(nèi)部發(fā)生類似圖1示意位置的短路，短路電流應(yīng)該燒掉保險(xiǎn)絲，但在在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有時(shí)標(biāo)“爆裂”字樣位置銅皮也會(huì)因電流過大燒焦、燒斷，更有甚者有時(shí)候居然會(huì)出現(xiàn)橋堆的腳都燒斷的現(xiàn)象。博文作者認(rèn)為保險(xiǎn)絲雖然也熔斷了，但并沒有起到設(shè)計(jì)所期望的效果，在保險(xiǎn)絲熔斷的同時(shí)，電源內(nèi)部的短路還是進(jìn)一步導(dǎo)致了部分電路的損壞。該文作者查閱了如圖2所示保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間示意圖，認(rèn)為保險(xiǎn)絲是需要熔斷時(shí)間的，由于保險(xiǎn)絲電阻很小，這個(gè)熔斷時(shí)間并不短。認(rèn)為即使使用快燒保險(xiǎn)絲，只是加快熔斷速度，還是不能解決問題，而且選了快燒保險(xiǎn)絲后，需要考慮通電沖擊電流的影響，如果選擇的電流余量不夠大，沖擊電流會(huì)誤燒保險(xiǎn)絲，如果電流余量留大，又會(huì)回到類似使用普通保險(xiǎn)絲的慢響應(yīng)狀態(tài)。博文作者建議解決辦法是在電路中串接歐姆級電阻，利用其壓降降低最大故障電流，或直接燒斷。
圖1：電源銅皮爆裂位置示意圖
圖2：保險(xiǎn)絲動(dòng)作時(shí)間對比
該博文談到的情況是使用者時(shí)常遇到的，如博文作者所分析的，基本的原因都是保險(xiǎn)絲響應(yīng)不及時(shí)，但是更根本的原因是使用者對于保險(xiǎn)絲的選型存在誤區(qū)導(dǎo)致選型不當(dāng)。在其博文中，220V/30W的電源，選用1A的Fuse，而工作電流只有0.14A，其選型的合理性是值得懷疑的。在保險(xiǎn)絲選型的過程中，最好能夠摸清電路能夠承受的最大故障電流、最高工作電流/電壓、工作溫度及開機(jī)脈沖波形等。如圖3所示，通常可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的條件，分別考慮穩(wěn)態(tài)折減和脈沖折減，確定最終的保險(xiǎn)絲型號。由于脈沖環(huán)境下保險(xiǎn)絲額定電流的確定需要根據(jù)客戶產(chǎn)品的脈沖的波形進(jìn)行計(jì)算I2t，并應(yīng)用脈沖循環(huán)和溫度折減，所以我們不能確認(rèn)博文中描述電源的保險(xiǎn)絲選型依據(jù)及過程。通常專業(yè)的保險(xiǎn)絲供應(yīng)商都可以根據(jù)客戶的實(shí)際應(yīng)用幫助選擇比較恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品型號，避免設(shè)計(jì)者為了防止開機(jī)脈沖、溫度等造成保險(xiǎn)絲誤動(dòng)作而選擇過大額定電流的保險(xiǎn)絲的情況，保險(xiǎn)絲額定電流過大的設(shè)計(jì)余量有可能帶來保險(xiǎn)絲動(dòng)作不及時(shí)的后果。實(shí)現(xiàn)最佳的保護(hù)效果，在確定保險(xiǎn)絲的選型范圍后，需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證選型是否有效。
圖3：保險(xiǎn)絲選型流程圖
當(dāng)然還有一種更為突出的保護(hù)方案，就是采用TE的LVR系列PPTC。在如上所示的電源方案中，PPTC由于保持電流定義與保險(xiǎn)絲額定電流不同，且無需考慮脈沖折減等因素，選擇的PPTC型號對應(yīng)的保持電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于保險(xiǎn)絲定義的額定電流，考慮60℃工況條件，保持電流0.25A的LVR025S已經(jīng)可以滿足220V/30W的應(yīng)用要求。由于開機(jī)脈沖的影響，通常電源應(yīng)用中會(huì)選用慢斷保險(xiǎn)絲。對比LVR025S和1A慢斷保險(xiǎn)絲的動(dòng)作時(shí)間，在故障電流小于約3A時(shí)，PPTC可以更快的響應(yīng)，避免下游電路燒毀；而在較大的故障電流情況下，二者的動(dòng)作時(shí)間都遠(yuǎn)低于1s，而且由于LVR025S初始電阻在1.3~2.1ohm左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于1A保險(xiǎn)絲的電阻（約0.3ohm），在實(shí)際短路發(fā)生時(shí)，回路中的故障電流將遠(yuǎn)小于使用保險(xiǎn)絲的電流。在故障解除后，PPTC自動(dòng)恢復(fù)，無需更換保險(xiǎn)絲，在獲得更優(yōu)的保護(hù)效果的同時(shí)，降低了維護(hù)成本。
圖4：PPTC和保險(xiǎn)絲動(dòng)作時(shí)間對比
考慮更全面的情況，由于PPTC有較好的溫度保護(hù)效果，在極端的使用溫度條件下，如圖5示意圖所示，以80℃為例，由于保險(xiǎn)絲在該溫度下耐受的最大電流甚至有可能高于銅線本身，所以有可能發(fā)生燒板的情況。PPTC則可以在工作的全溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更好的保護(hù)。
圖5:全溫度范圍保護(hù)效果對比
被動(dòng)保護(hù)器件的選型，關(guān)系到產(chǎn)品的可靠性和安全性，應(yīng)該得到工程師足夠的重視，通過充分的溝通與實(shí)驗(yàn)確定適合的型號。
