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保險(xiǎn)絲是不是真的足夠保險(xiǎn)

發(fā)布時(shí)間:2019-06-10 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】對(duì)于功率電子產(chǎn)品,設(shè)計(jì)上是有保險(xiǎn)絲的要求的,因?yàn)槲矣凶鯨ED調(diào)光電源,今天就以LED電源為例來說一說保險(xiǎn)絲的那些事兒,對(duì)于電源來說,保險(xiǎn)絲是一個(gè)非常關(guān)鍵的元件,所以個(gè)人觀點(diǎn)的對(duì)錯(cuò),就非常重要,如果我個(gè)人觀點(diǎn)有不對(duì)的地方,嚴(yán)重感謝朋友批評(píng)指正。
 
先發(fā)一個(gè)免責(zé)申明:文中觀點(diǎn)只限于技術(shù)探討,不表明作者和討論者觀點(diǎn)一定正確,所有涉及人身財(cái)產(chǎn)安全的設(shè)計(jì),一切以當(dāng)?shù)匕惨?guī)標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn),如因參考文中內(nèi)容導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)出現(xiàn)安全問題,作者和討論者不承擔(dān)任何責(zé)任。
 
如果按照傳統(tǒng)的電子學(xué)理論基礎(chǔ),電源前面肯定會(huì)串聯(lián)一個(gè)保險(xiǎn)絲,尤其是開關(guān)電源,當(dāng)電源發(fā)生短路等異常情況時(shí),保險(xiǎn)絲會(huì)自己熔斷切斷回路,防止故障影響進(jìn)一步擴(kuò)大。
 
在我接觸電源的過程中,發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題,就是電源在工作的時(shí)候損壞,電源內(nèi)部電路短路導(dǎo)致大電流,按照常規(guī)理解此時(shí)應(yīng)該只是保險(xiǎn)絲迅速燒斷,不會(huì)有其它的影響才對(duì)。但是在我們同客人的溝通了解中發(fā)現(xiàn)不是這樣,會(huì)有一定幾率出現(xiàn)空氣開關(guān)跳閘、電源板走線銅皮爆裂和冒煙等現(xiàn)象,壞的時(shí)候動(dòng)靜比較大,會(huì)嚇人一跳。既然保險(xiǎn)絲燒了,按說是不會(huì)出現(xiàn)這些情況的,看來其中原因值得分析。
 
先上一個(gè)示意圖,說明一下是什么地方的銅皮爆裂,讓大家清楚了問題表征,才好對(duì)其進(jìn)行理解、分析。
 
保險(xiǎn)絲是不是真的足夠保險(xiǎn)
圖一  電源銅皮爆裂位置示意圖
 
當(dāng)電源損壞時(shí),如果內(nèi)部發(fā)生類似圖一示意位置的短路,就會(huì)燒掉保險(xiǎn)絲,我們?cè)趯?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。
 
看來保險(xiǎn)絲雖然也熔斷了,但并沒有起到我們所期望的效果,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,保險(xiǎn)絲的響應(yīng)速度好像有點(diǎn)偏慢,沒有我們期望的那么快。
 
我查閱了保險(xiǎn)絲的相關(guān)資料,找到一張圖,我們先來看下這張圖,通過這張圖我們可以知道流過保險(xiǎn)絲不同電流時(shí)其具體熔斷時(shí)間。
 
保險(xiǎn)絲是不是真的足夠保險(xiǎn)
圖二  保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間示意圖
 
假定我們現(xiàn)在用的是250V/1A的普通保險(xiǎn)絲,從圖二我們可以知道:電流為2A時(shí)大約要5秒熔斷,電流為4A時(shí)可在0.1秒內(nèi)熔斷,顯然不管多大電流,保險(xiǎn)絲熔斷都存在一個(gè)熔斷時(shí)間,電流越大,熔斷時(shí)間越短。
 
如果結(jié)合我們現(xiàn)有國(guó)情,我覺得對(duì)這個(gè)熔斷時(shí)間要打點(diǎn)折扣才行,我從市場(chǎng)上隨機(jī)抽取了幾種250V/1A的普通保險(xiǎn)絲進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試電流2A,可以看到保險(xiǎn)絲逐漸變紅,然后熔斷。這幾種保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)間都是7~8秒,顯然比圖二種的時(shí)間要偏長(zhǎng)。因?yàn)槲覜]有好的儀器設(shè)備,無法進(jìn)行大電流測(cè)試,這里就不能給大家給出大電流情況下熔斷時(shí)間的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。
 
從圖二和我的測(cè)試可知道保險(xiǎn)絲也是需要熔斷時(shí)間的,而且這個(gè)熔斷時(shí)間并不短。從原理上講,保險(xiǎn)絲也是流過電流,其存在的內(nèi)阻發(fā)熱,電流越大,發(fā)熱越快,當(dāng)發(fā)熱速度超過散熱速度時(shí),其溫度就會(huì)持續(xù)上升,直到熔斷。我用萬用表量了一下測(cè)試的保險(xiǎn)絲,其電阻都很小,不到0.5歐(萬用表量小阻值電阻偏差比較大),這樣不管電流多大,保險(xiǎn)絲都要經(jīng)過一段熔斷時(shí)間后才能熔斷。
 
我們回過頭來再看圖一,當(dāng)短路發(fā)生時(shí),我們會(huì)看到和保險(xiǎn)絲串聯(lián)的只有銅皮(為便于分析這里我把開關(guān)電源的MOS管和變壓器主繞組省略掉)和整流橋,其內(nèi)阻都很小(銅皮也有內(nèi)阻的),回路中消耗的能量可以認(rèn)為是接近平均的,這個(gè)時(shí)候就看保險(xiǎn)絲、銅皮和整流橋誰(shuí)先燒斷,因?yàn)閮?nèi)阻都很小,從短路到燒斷這個(gè)過程中的電流會(huì)非常大,就算加上MOS管和變壓器主繞組也會(huì)達(dá)到幾十安,所以這個(gè)過程動(dòng)靜就會(huì)比較大,有可能出現(xiàn)跳閘、嘭的一聲和冒黑煙等現(xiàn)象。
 
到這里就不難理解為什么會(huì)有文中開頭客人所反映的現(xiàn)象,原因就是保險(xiǎn)絲響應(yīng)速度不夠快,就算使用快燒保險(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)。
 
看來保險(xiǎn)絲雖然名字中有保險(xiǎn)二字,但實(shí)際應(yīng)用中還是存在不足,雖然保險(xiǎn)絲可以把問題的嚴(yán)重程度控制在客人可以接受的范圍之內(nèi),但跳閘、嘭一聲、冒煙這樣的現(xiàn)象還是會(huì)嚇到使用者,如果能夠消除那肯定是最好不過。
 
一開始我們思維被禁錮在必須使用保險(xiǎn)絲這一框框中,如果客人遇到此類問題,只好耐心象他們解釋,并沒有好的應(yīng)對(duì)措施。后來看到一些產(chǎn)品使用電阻當(dāng)保險(xiǎn)絲,心想是不是對(duì)解決此類問題有幫助,可又擔(dān)心用電阻的方式不符合安規(guī)標(biāo)準(zhǔn),還是不敢用。
 
再后來,我們看到知名家電廠商出日本和美國(guó)的產(chǎn)品,器阻容降壓電路大量使用電阻當(dāng)保險(xiǎn),而且出美國(guó)的產(chǎn)品還是實(shí)過了UL認(rèn)證的,心想難道真的可以用電阻來當(dāng)保險(xiǎn)絲使用?
 
接下來了解了一些安規(guī)要求,發(fā)現(xiàn)安規(guī)要求中存在保險(xiǎn)電阻的提法,這樣看來用電阻方式替代保險(xiǎn)絲的做法是符合安規(guī)要求的,只是保險(xiǎn)電阻的選用存在一定要求,這里先不討論如何選取合適的電阻,有興趣的朋友請(qǐng)自己查閱相關(guān)資料。
 
既然可以用電阻做保險(xiǎn)絲,那電阻的效果如何呢?如果我們用一個(gè)10歐的保險(xiǎn)電阻,圖一的情況最大電流就會(huì)降低許多,220V輸入電壓下,最大電流肯定小于22A。這個(gè)最大電流還不是最關(guān)鍵的,因?yàn)?2A的電流也還是非常大,不過實(shí)際中是達(dá)不到這么大電流的,下面我們用一個(gè)例子來進(jìn)行分析。
 
一個(gè)30瓦的電源使用10歐保險(xiǎn)電阻,220V輸入時(shí)平均工作電流約為0.14A,短路發(fā)生后,電流就會(huì)從這個(gè)電流附近迅速上升,這個(gè)時(shí)候因?yàn)?0歐保險(xiǎn)電阻的存在,回路中的能量幾乎都集中到10歐保險(xiǎn)電阻上,這個(gè)保險(xiǎn)電阻會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)燒斷,當(dāng)其燒斷時(shí),我個(gè)人認(rèn)為電流遠(yuǎn)達(dá)不到22A的極限值,保險(xiǎn)電阻應(yīng)該在電流上升的過程中就已經(jīng)燒斷。我們計(jì)算一下,在22A的電流下,10歐保險(xiǎn)電阻的功率可以達(dá)到22*22*10=4840瓦,估計(jì)離這個(gè)功率還遠(yuǎn)著的時(shí)候保險(xiǎn)電阻就已經(jīng)灰飛煙滅了。
 
接下來我們做了詳細(xì)的驗(yàn)證測(cè)試,測(cè)試證明推測(cè)是正確的,自從加了保險(xiǎn)電阻,無論是生產(chǎn)測(cè)試還是實(shí)際應(yīng)用,再也沒有出現(xiàn)電源損壞時(shí)動(dòng)靜大得嚇人一跳的情況。可能有人會(huì)有疑問,如果出現(xiàn)客人不接受保險(xiǎn)電阻的方式,堅(jiān)持要用保險(xiǎn)絲怎么辦?沒事,我們也遇到這樣的客人,如果客人堅(jiān)持必須用保險(xiǎn)絲,那我們就給他用保險(xiǎn)絲和保險(xiǎn)電阻串聯(lián)的方式,這樣處理還沒有遇到客人不接受的,只是成本增加了一點(diǎn)而已。
 
既然保險(xiǎn)電阻比保險(xiǎn)絲好用,那直接用保險(xiǎn)電阻不就得了?這個(gè)問題我也想過,個(gè)人看法是保險(xiǎn)電阻只適合小功率的電源,如果是一個(gè)220V100W的電源,滿負(fù)荷下平均工作電流有0.45A,這樣10歐保險(xiǎn)電阻的功耗就會(huì)達(dá)到2W以上,發(fā)熱過于厲害,無法長(zhǎng)時(shí)間工作,所以不適用。另外常用開關(guān)電源在整流橋后面會(huì)有一個(gè)高壓電解電容,這個(gè)電容的存在會(huì)讓電源上電時(shí)的沖擊電流加大,適用保險(xiǎn)電阻需要考慮這電解電容對(duì)其的沖擊影響,如果余量不夠會(huì)明顯影響保險(xiǎn)電阻的使用壽命。
 
前兩天《電子工程專輯》的Mike Zhang問我有些LED電源不用保險(xiǎn)絲的看法,這些做法都是現(xiàn)階段以低價(jià)為終極目的的市場(chǎng)現(xiàn)導(dǎo)致的畸形做法,也不能全把責(zé)任怪在廠家頭上?,F(xiàn)階段,對(duì)于大多數(shù)國(guó)內(nèi)廠家來說,認(rèn)證就是一張紙,好多次有客人問我:“能不能做過認(rèn)證的MINI蘋果充電器?”我回答做不了,再告訴客人以我知道的情況,還沒有人能做得了,可客人不信,因?yàn)橐呀?jīng)有不少?gòu)S家告訴他能做,而且給他看了證書。
 
正是這種情況,就出現(xiàn)了后面的這種局面:既然你說能做,那我也說可以做,既然你敢省元件,那我就比你更敢省,收錢做貨,有人敢要,我自然敢做,真要出了事,錢已經(jīng)收了,客戶能把我怎么地?“有問題拿回來我給你修”就是不錯(cuò)的態(tài)度了,既然你要找便宜的,我不做別人也會(huì)做,那不如我做算了。
 
正是這個(gè)原因,就有人想到用一條細(xì)銅皮來替代保險(xiǎn)絲,這樣還不夠,更猛的人連那條細(xì)銅線都省了,直接把輸入線連到整流橋管腳上,因?yàn)镻CB也需要錢,那條細(xì)銅皮會(huì)占用PCB板面積。
 
有時(shí)候,廠家也并不一定愿意那么做,好多時(shí)候是被客人逼的。我經(jīng)??吹娇腿艘笪覀兒炗袉栴}按整機(jī)賠和承擔(dān)客人全部損失的質(zhì)保協(xié)議,我不知道客人是怎么想的?反正我們是認(rèn)為天底下沒有只賺不賠的買賣,既然自己想從中賺錢,就要承擔(dān)自己該承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn),不要總想著把風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)嫁給上游的供應(yīng)商。我們會(huì)用到不少芯片,對(duì)于供應(yīng)商我們只是要求如果是假貨需要承擔(dān)全部責(zé)任,別的我們基本上不會(huì)做太多要求,在我們看來這些風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該是我們自己承擔(dān)的。
 
 
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