中心議題：
- 保險(xiǎn)絲的三項(xiàng)基本功能
- 貼片保險(xiǎn)絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用
- 保險(xiǎn)絲在LED照明燈具中的應(yīng)用
- 雙保險(xiǎn)絲為大電流板級(jí)電路提供有效保護(hù)
- 保險(xiǎn)絲應(yīng)用設(shè)計(jì)的常見問(wèn)題
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在電路的過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用到保險(xiǎn)絲，換句話說(shuō)，合理應(yīng)用保險(xiǎn)絲對(duì)于設(shè)計(jì)可靠的過(guò)流保護(hù)電路非常重要。本文將在介紹保險(xiǎn)絲的基本功能的基礎(chǔ)上，介紹保險(xiǎn)絲在鋰電池保護(hù)板及LED照明燈具中的應(yīng)用方案，并整理出行業(yè)內(nèi)的專家們對(duì)保險(xiǎn)絲應(yīng)用中的一些常見問(wèn)題的解答及經(jīng)驗(yàn)分享，對(duì)工程師初步認(rèn)識(shí)保險(xiǎn)絲非常有幫助，對(duì)工程師進(jìn)一步合理使用保險(xiǎn)絲有指導(dǎo)意義。
保險(xiǎn)絲的三項(xiàng)基本功能
什么樣的保險(xiǎn)絲才是好的保險(xiǎn)絲？AEM（蘇州）科技有限公司副總經(jīng)理鄭索平先生總結(jié)概括出保險(xiǎn)絲的三項(xiàng)主要基本功能，即：
- 保護(hù)功能：該斷的時(shí)侯要斷
- 承載功能：不該斷的時(shí)侯不能斷
- 安全功能：斷的過(guò)程必須保證安全
保險(xiǎn)絲的保護(hù)功能決定了保險(xiǎn)絲在需要的時(shí)侯必須動(dòng)作，當(dāng)被保護(hù)電路上出現(xiàn)不被允許的異常過(guò)電流時(shí)能夠及時(shí)而有效地切斷電流。要滿足保險(xiǎn)絲的保護(hù)功能，需選擇恰當(dāng)熔斷特性和恰當(dāng)?shù)念~定電流規(guī)格的保險(xiǎn)絲品種。
并不是所有出現(xiàn)過(guò)流的時(shí)侯保險(xiǎn)絲必須動(dòng)作的，有些過(guò)流并不是異常的，這樣的過(guò)流保險(xiǎn)絲必須能夠承受，例如，開關(guān)電源熱插拔時(shí)出現(xiàn)的浪涌電流就是保險(xiǎn)絲需要承載的，因此，保險(xiǎn)絲需具備承載能力。換句話說(shuō)，保險(xiǎn)絲的承載能力保證了保險(xiǎn)絲在絕大部分時(shí)間里的正常工作。選擇有恰當(dāng)熔化熱能值的保險(xiǎn)絲品種規(guī)格和放大足夠并合理的安全余量才能滿足保險(xiǎn)絲的承載功能（耐脈沖能力）。
保險(xiǎn)絲的安全功能確保了保險(xiǎn)絲在任何條件下的絕對(duì)安全。具體來(lái)說(shuō)就是，優(yōu)質(zhì)可靠的保險(xiǎn)絲應(yīng)該在其動(dòng)作前，動(dòng)作中和動(dòng)作后都能保證安全性，即安全地導(dǎo)通和安全地熔斷，不發(fā)生任何不安全的因素，如持續(xù)拉弧、多次導(dǎo)通、破碎、飛濺、燃燒、以至爆炸等。選擇具有足夠分?jǐn)嗄芰皖~定電壓的，并獲得必要的應(yīng)用地區(qū)的安全認(rèn)證的保險(xiǎn)絲品種，才能滿足保險(xiǎn)絲的安全功能。
總的來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)谋ｋU(xiǎn)絲應(yīng)當(dāng)具備：適當(dāng)?shù)娜蹟嗵匦院皖~定電流；足夠而合理的熔化熱能值；合適的分?jǐn)嗄芰Α㈩~定電壓和安全認(rèn)證，只有在具備了這三個(gè)條件的基礎(chǔ)上，同時(shí)協(xié)調(diào)好保護(hù)性能和耐脈沖能力之間的制約，求得最合理的平衡的保險(xiǎn)絲才是最適當(dāng)、最好的保險(xiǎn)絲。
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貼片保險(xiǎn)絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用
鋰電池被廣泛用作照相機(jī)、手機(jī)等便攜消費(fèi)電子產(chǎn)品的供電電源，其安全性非常重要，故而鋰電池保護(hù)板選擇合適的貼片保險(xiǎn)絲是非常必要的。鋰電池保護(hù)板的主要元器件有保護(hù)IC 、MOSFET和貼片保險(xiǎn)絲，下面將通過(guò)兩個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明保險(xiǎn)絲在鋰電池保護(hù)板中的選擇及應(yīng)用。（資料下載：http://www.52solution.com/data/datainfo/id/2518）
某單節(jié)鋰電池保護(hù)板電路圖如圖1，保護(hù)IC采用SII(精工) S8261ACJ，基本參數(shù)如表1，采用的MOS管為BF9028DNJ / BF9028DNJ-A ，部分參數(shù)如表2。
圖1 單節(jié)鋰電池保護(hù)板電路圖
表1 S-8261ACJ的部分參數(shù)
表2 MOSFET的部分參數(shù)
A：保護(hù)電路工作正常
根據(jù)公式：過(guò)電流檢測(cè)電壓 V = 放電電流 I x Rds(on) x 2 可以算出放電電流達(dá)到多少保護(hù)IC開始進(jìn)行保護(hù)作用。
當(dāng)過(guò)電流檢測(cè)電壓為 0.9V，MOS管內(nèi)阻取最大值時(shí)候，可以檢測(cè)過(guò)電流將為最小值。算出此時(shí)過(guò)電流值為15A ，此時(shí)保護(hù)IC保護(hù)延遲時(shí)間320us；當(dāng)過(guò)電流檢測(cè)電壓 1.5V，MOS管內(nèi)阻取最小值時(shí)候，可以檢測(cè)過(guò)電流將為最大值。算出此時(shí)過(guò)電流值為46.875A，此時(shí)保護(hù)IC保護(hù)延遲時(shí)間380us。即，需求保險(xiǎn)絲在46.875A時(shí)候熔斷時(shí)間要大于380us，才能保證短路保護(hù)情況下保險(xiǎn)絲不會(huì)先于保護(hù)IC熔斷。
B：保護(hù)電路工作異常
保護(hù)IC失效電路示意圖如圖2所示，此時(shí)保護(hù)IC對(duì)短路不能起到保護(hù)作用，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路時(shí)候需要保險(xiǎn)絲快速熔斷。
圖2 保護(hù)IC失效電路示意圖
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考慮因素如下：
- 電芯電壓：3.8～4.2V
- 電芯內(nèi)阻： <150mΩ
- 保護(hù)板內(nèi)阻：MOS管內(nèi)阻＋保險(xiǎn)絲內(nèi)阻（15mΩ）＋PCB板內(nèi)阻（10mΩ）
- 短路負(fù)載內(nèi)阻：0～100mΩ
要考慮保險(xiǎn)絲的快速熔斷，所以就考慮短路電流的最小值，可以算出短路電流最小值11A。即保險(xiǎn)絲需在11A電流情況下快速熔斷。
綜合A，B兩種情況，單節(jié)鋰電池上選擇保險(xiǎn)絲需要考慮到保護(hù)IC的短路保護(hù)時(shí)間。
保險(xiǎn)絲在LED照明燈具中的應(yīng)用
對(duì)于LED照明燈具的過(guò)流保護(hù)，應(yīng)從燈體的輸入電流來(lái)來(lái)考慮。LED照明燈具的輸入電流主要有直流輸入和電網(wǎng)交流輸入兩種最基本的類型，這兩種類型的主要區(qū)別在于驅(qū)動(dòng)電源是否有交流轉(zhuǎn)直流的模塊。針對(duì)不同的輸入電流類型，其過(guò)流保護(hù)的方式有所不同，保險(xiǎn)絲的應(yīng)用應(yīng)根據(jù)具體的情況來(lái)考慮：
1、針對(duì)直流輸入類型的DC in保險(xiǎn)絲的選用，需要特別關(guān)注保險(xiǎn)絲的溫度折減系數(shù)參數(shù)，由于大功率LED的發(fā)熱量比較大，在LED燈杯內(nèi)部的溫度相對(duì)較高，如果選用溫度折減比較大的保險(xiǎn)絲就會(huì)選擇電流較大的規(guī)格，在同樣的工作電流下，電流規(guī)格大的保險(xiǎn)絲的保護(hù)能力相對(duì)要降低一些；另外DC in的位置，由于后端都會(huì)使用電容濾波，會(huì)產(chǎn)生比較大的開機(jī)脈沖電流，所以在此部位選擇保險(xiǎn)絲需要注意嚴(yán)格考慮脈沖的條件，否則錯(cuò)誤選項(xiàng)易造成保險(xiǎn)絲被開機(jī)脈沖沖斷現(xiàn)象，很難經(jīng)過(guò)很多次開關(guān)機(jī)實(shí)驗(yàn)和浪涌電流實(shí)驗(yàn)，在此推薦使用耐脈沖能力強(qiáng)的產(chǎn)品。
2、針對(duì)驅(qū)動(dòng)輸出端的保險(xiǎn)絲選型，在注意保險(xiǎn)絲溫度折減系數(shù)的同時(shí)，還需要考慮保險(xiǎn)絲的熔斷速度指標(biāo)，由于此處電流波動(dòng)不大，在電路出現(xiàn)異常或者元器件失效的情況下，需要快速切斷電路，保護(hù)后端的LED燈串，在此位置推薦選擇快斷類型和溫度折減小的保險(xiǎn)絲。
以上2種場(chǎng)合一般市場(chǎng)上有比較多的貼片低壓保險(xiǎn)絲可供選擇，比如AEM科技的SolidMatrix®技術(shù)的保險(xiǎn)絲，尺寸從0402到1206，電流規(guī)格從0.5到30A，有快斷、快快斷、耐高脈沖、慢斷等多個(gè)不同系列，不同規(guī)格，不同特性的產(chǎn)品供各位工程師選用。
3、而針對(duì)交流輸入LED照明的AC in位置，特別是LED球狀燈泡既需要考慮保險(xiǎn)絲的尺寸問(wèn)題，又需要考慮保險(xiǎn)絲的耐電壓值。可以考慮選用AEM科技推出的AirMatrixTM AF2系列貼片保險(xiǎn)絲，該系列保險(xiǎn)絲具有體積小，可以承受250VAC的電壓，同時(shí)還具有高一致性、低內(nèi)阻、高耐脈沖能力等優(yōu)點(diǎn)。
雙保險(xiǎn)絲為大電流板級(jí)電路提供有效保護(hù)
保護(hù)電路板元器件不受越來(lái)越大電流的損壞是件復(fù)雜的事，因?yàn)闆]有現(xiàn)成滿足要求的保險(xiǎn)絲。提供保護(hù)的方法可以是仔細(xì)設(shè)計(jì)的雙保險(xiǎn)絲電路，或有足夠額定值的單個(gè)保險(xiǎn)絲。但是，由于不存在兩個(gè)完全相同的保險(xiǎn)絲，總有一個(gè)保險(xiǎn)絲承受的電流大于另一個(gè)。因此，即使線路電流是在規(guī)格范圍內(nèi)，承擔(dān)較高負(fù)載的保險(xiǎn)絲仍會(huì)熔斷，于是很快另一個(gè)也會(huì)熔斷。如何解決這個(gè)難題？以下是保險(xiǎn)絲匹配以及確定電路額定值的一些指南，為雙保險(xiǎn)絲方案提供所需的保護(hù)。
UL標(biāo)準(zhǔn)保險(xiǎn)絲通常都有75%的降額因素，以保證能提供所需的電路保護(hù)。保險(xiǎn)絲的直流阻抗通常有15%的公差；因此在最差情況下，兩個(gè)隨機(jī)選擇保險(xiǎn)絲（相同額定電流，且來(lái)自同一制造商）的直流阻抗可以相差到35%（1.15 Rdc/0.85 Rdc = 1.35，即差35%）。如果兩個(gè)保險(xiǎn)絲的直流阻抗有很大差別，流經(jīng)的電流也會(huì)相差很大，電路保護(hù)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)保險(xiǎn)絲承受的電流要高于另一個(gè)，可能工作在接近過(guò)流極限值處，而另一個(gè)則遠(yuǎn)低于安全極限。因此，用兩個(gè)保險(xiǎn)絲完成一種功能會(huì)影響到電路的過(guò)流保護(hù)。
除直流阻抗以外，另外一個(gè)重要的考慮因素是兩個(gè)保險(xiǎn)絲所處位置之間的溫度差。保險(xiǎn)絲是溫度敏感器件，它們的有效額定電流會(huì)隨著環(huán)境溫度的上升而減小。如果兩個(gè)并聯(lián)保險(xiǎn)絲中，其中一個(gè)的工作溫度高于另一個(gè)，則它將有較小的有效額定電流，因此比另一個(gè)更早地進(jìn)入過(guò)載。
雖然使用兩個(gè)并聯(lián)保險(xiǎn)絲有著上述不確定性，但可以從以下四個(gè)方面著手改進(jìn)它們的工作可靠性：
1)兩個(gè)保險(xiǎn)絲必須盡可能地匹配。不僅它們的額定值要相同，確保兩個(gè)保險(xiǎn)絲是同時(shí)制造的也是一個(gè)不錯(cuò)的想法。這樣能確保兩個(gè)保險(xiǎn)絲的直流阻抗盡可能匹配。
2)兩個(gè)保險(xiǎn)絲永遠(yuǎn)不可能均分電流。因此，要為組合增加20%的降額因素。
3)細(xì)心追蹤每個(gè)保險(xiǎn)絲的熱歷史。兩個(gè)保險(xiǎn)絲都應(yīng)保持在相同溫度下，包括環(huán)境溫度和正常工作溫度。因此，確定讓兩個(gè)保險(xiǎn)絲都暴露在相同的氣流中，引線或保險(xiǎn)絲管夾上都有相似的熱傳導(dǎo)機(jī)制。
4)最大斷路電流等于單個(gè)保險(xiǎn)絲的值，而不是兩個(gè)保險(xiǎn)絲最大斷路電流之和。同樣，最大斷路電壓也等于單個(gè)保險(xiǎn)絲的值，而不是兩個(gè)保險(xiǎn)絲斷路電壓之和。
遵守了以上的設(shè)計(jì)指南以后，流經(jīng)兩個(gè)并聯(lián)保險(xiǎn)絲的電流基本相等，它們可以在低于自己過(guò)流極限條件下良好地工作。此外，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載事件時(shí)，兩個(gè)保險(xiǎn)絲差不多在相同時(shí)間開路，為電路板的元器件提供保護(hù)。
保險(xiǎn)絲應(yīng)用設(shè)計(jì)的常見問(wèn)題
保險(xiǎn)絲的額定電壓有什么意義？如何選擇保險(xiǎn)絲的熔斷特性和額定電流？慢熔斷保險(xiǎn)絲與快熔斷有什么不同的性能和應(yīng)用？一次性保險(xiǎn)絲和可恢復(fù)保險(xiǎn)絲的異同？相同額定電流的不同品牌保險(xiǎn)絲一定能夠直接替換嗎？為什么保險(xiǎn)絲常在開機(jī)時(shí)或剛接通電源時(shí)斷開？怎樣才使保險(xiǎn)絲能承受多次瞬間脈沖的沖擊？這些都是工程師在保險(xiǎn)絲的選型和應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題，現(xiàn)在，通過(guò)專家的專業(yè)答疑和網(wǎng)友的熱烈討論，為你一一解答保險(xiǎn)絲的應(yīng)用難題。
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