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如果Fuse保護(hù)效果不佳,怎么辦?PPTC如何?

發(fā)布時(shí)間:2014-09-16 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】隨著人們安全意識(shí)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(guò)電流、過(guò)電壓及過(guò)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(shí)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(guò)電流、過(guò)電壓及過(guò)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(píng)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(guò)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(méi)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(wèn)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(jí)電阻,利用其壓降降低最大故障電流,或直接燒斷。
電源銅皮爆裂位置示意圖
圖1:電源銅皮爆裂位置示意圖
保險(xiǎn)絲動(dòng)作時(shí)間對(duì)比
圖2:保險(xiǎn)絲動(dòng)作時(shí)間對(duì)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(duì)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(guò)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(kāi)機(jī)脈沖波形等。如圖3所示,通??梢愿鶕?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(hào)。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(guò)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(hào),避免設(shè)計(jì)者為了防止開(kāi)機(jī)脈沖、溫度等造成保險(xiǎn)絲誤動(dòng)作而選擇過(guò)大額定電流的保險(xiǎn)絲的情況,保險(xiǎn)絲額定電流過(guò)大的設(shè)計(jì)余量有可能帶來(lái)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(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證選型是否有效。
保險(xiǎn)絲選型流程圖
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(wú)需考慮脈沖折減等因素,選擇的PPTC型號(hào)對(duì)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(kāi)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(duì)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(wú)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。
PPTC和保險(xiǎn)絲動(dòng)作時(shí)間對(duì)比
圖4:PPTC和保險(xiǎn)絲動(dòng)作時(shí)間對(duì)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)。
全溫度范圍保護(hù)效果對(duì)比
圖5:全溫度范圍保護(hù)效果對(duì)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(guò)充分的溝通與實(shí)驗(yàn)確定適合的型號(hào)。
 
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