發布日期：2022-04-17 點擊率：85
【導讀】隨著人們安全意識的增強，電子產品的可靠性成為產品設計的最重要的考慮因素之一。電子產品設計工程師通常會采用被動保護器件實現過電流、過電壓及過溫保護，但是如果器件的選型不恰當，往往會起不到應有的效果。
隨著人們安全意識的增強，電子產品的可靠性成為產品設計的最重要的考慮因素之一。電子產品設計工程師通常會采用被動保護器件實現過電流、過電壓及過溫保護，但是如果器件的選型不恰當，往往會起不到應有的效果。
前不久在網上讀到一篇關于保險絲的文章——《保險絲是不是真的足夠保險？》的評論，認為保險絲存在不能有效保護電路的情況。本文引述其故障電路及分析，如下。該博文描述，當電源損壞時，如果內部發生類似圖1示意位置的短路，短路電流應該燒掉保險絲，但在在實際應用中發現有時標“爆裂”字樣位置銅皮也會因電流過大燒焦、燒斷，更有甚者有時候居然會出現橋堆的腳都燒斷的現象。博文作者認為保險絲雖然也熔斷了，但并沒有起到設計所期望的效果，在保險絲熔斷的同時，電源內部的短路還是進一步導致了部分電路的損壞。該文作者查閱了如圖2所示保險絲熔斷時間示意圖，認為保險絲是需要熔斷時間的，由于保險絲電阻很小，這個熔斷時間并不短。認為即使使用快燒保險絲，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，沖擊電流會誤燒保險絲，如果電流余量留大，又會回到類似使用普通保險絲的慢響應狀態。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：保險絲動作時間對比
該博文談到的情況是使用者時常遇到的，如博文作者所分析的，基本的原因都是保險絲響應不及時，但是更根本的原因是使用者對于保險絲的選型存在誤區導致選型不當。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、工作溫度及開機脈沖波形等。如圖3所示，通常可以根據實際應用的條件，分別考慮穩態折減和脈沖折減，確定最終的保險絲型號。由于脈沖環境下保險絲額定電流的確定需要根據客戶產品的脈沖的波形進行計算I2t，并應用脈沖循環和溫度折減，所以我們不能確認博文中描述電源的保險絲選型依據及過程。通常專業的保險絲供應商都可以根據客戶的實際應用幫助選擇比較恰當的產品型號，避免設計者為了防止開機脈沖、溫度等造成保險絲誤動作而選擇過大額定電流的保險絲的情況，保險絲額定電流過大的設計余量有可能帶來保險絲動作不及時的后果。實現最佳的保護效果，在確定保險絲的選型范圍后，需要通過實驗來驗證選型是否有效。
圖3：保險絲選型流程圖
當然還有一種更為突出的保護方案，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型號對應的保持電流要遠遠小于保險絲定義的額定電流，考慮60℃工況條件，保持電流0.25A的LVR025S已經可以滿足220V/30W的應用要求。由于開機脈沖的影響，通常電源應用中會選用慢斷保險絲。對比LVR025S和1A慢斷保險絲的動作時間，在故障電流小于約3A時，PPTC可以更快的響應，避免下游電路燒毀；而在較大的故障電流情況下，二者的動作時間都遠低于1s，而且由于LVR025S初始電阻在1.3~2.1ohm左右，遠遠的高于1A保險絲的電阻（約0.3ohm），在實際短路發生時，回路中的故障電流將遠小于使用保險絲的電流。在故障解除后，PPTC自動恢復，無需更換保險絲，在獲得更優的保護效果的同時，降低了維護成本。
圖4：PPTC和保險絲動作時間對比
考慮更全面的情況，由于PPTC有較好的溫度保護效果，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，所以有可能發生燒板的情況。PPTC則可以在工作的全溫度范圍內實現更好的保護。
圖5:全溫度范圍保護效果對比
被動保護器件的選型，關系到產品的可靠性和安全性，應該得到工程師足夠的重視，通過充分的溝通與實驗確定適合的型號。
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