【導(dǎo)讀】隨著人們安全意識的增強，電子產(chǎn)品的可靠性成為產(chǎn)品設(shè)計的最重要的考慮因素之一。電子產(chǎn)品設(shè)計工程師通常會采用被動保護器件實現(xiàn)過電流、過電壓及過溫保護，但是如果器件的選型不恰當(dāng)，往往會起不到應(yīng)有的效果。
隨著人們安全意識的增強，電子產(chǎn)品的可靠性成為產(chǎn)品設(shè)計的最重要的考慮因素之一。電子產(chǎn)品設(shè)計工程師通常會采用被動保護器件實現(xiàn)過電流、過電壓及過溫保護，但是如果器件的選型不恰當(dāng)，往往會起不到應(yīng)有的效果。
前不久在網(wǎng)上讀到一篇關(guān)于保險絲的文章——《保險絲是不是真的足夠保險？》的評論，認(rèn)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(dāng)電源損壞時，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)該燒掉保險絲，但在在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有時標(biāo)“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(xiàn)橋堆的腳都燒斷的現(xiàn)象。博文作者認(rèn)為保險絲雖然也熔斷了，但并沒有起到設(shè)計所期望的效果，在保險絲熔斷的同時，電源內(nèi)部的短路還是進一步導(dǎo)致了部分電路的損壞。該文作者查閱了如圖2所示保險絲熔斷時間示意圖，認(rèn)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(rèn)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(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(yīng)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(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(jù)實際應(yīng)用的條件，分別考慮穩(wěn)態(tài)折減和脈沖折減，確定最終的保險絲型號。由于脈沖環(huán)境下保險絲額定電流的確定需要根據(jù)客戶產(chǎn)品的脈沖的波形進行計算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絲選型依據(jù)及過程。通常專業(yè)的保險絲供應(yīng)商都可以根據(jù)客戶的實際應(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(shè)計余量有可能帶來保險絲動作不及時的后果。實現(xiàn)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(dāng)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(yīng)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(jīng)可以滿足220V/30W的應(yīng)用要求。由于開機脈沖的影響，通常電源應(yīng)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(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(fā)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(fù)，無需更換保險絲，在獲得更優(yōu)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(fā)生燒板的情況。PPTC則可以在工作的全溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)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(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驗確定適合的型號。
