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保险丝在电路中是万能的吗?
  1. [ 添加时间:2015-12-1 浏览次数:3684次 ]
在电子产品故障中有这样一种现象,由于电路异常烧坏电源,拆开电源发现保险丝熔断了,照理保险丝已经熔断了电路板应该是安全无故障了,但经常发生的事实,电路板上的一些铜皮走线出现爆裂和冒烟现象,甚至一些元件也烧坏了,难道是保险丝不合格?没有起到保护作用?本文将用一起实例来分析这种情况。
先看下面的示意图,看看电源电路板上铜皮爆裂出现在哪些地方,从问题的表征才好剖析故障现在的原因。
图一
当电源损坏时,如果内部发生类似图一示意位置的短路,就会烧掉保险丝,我们在实际应用中发现有时标“爆裂”字样位置铜皮也会因电流过大烧焦、烧断,更有甚者有时候居然会出现桥堆的脚都烧断的现象。如图所示在保险丝熔断的同时,电源内部的短路还是进一步导致了部分电路的损坏,保险丝的响应速度好像有点偏慢,没有我们期望的那么快。
我们再看一下保险丝的一个重要参数熔断时间(I-T),下面图二我们可以知道流过保险丝不同电流时其具体熔断时间。
图二
假定我们现在用的是250V/1A的普通保险丝,从图二我们可以知道:电流为2A时大约要5秒熔断,电流为4A时可在0.1秒内熔断,显然不管多大电流,保险丝熔断都存在一个熔断时间,电流越大,熔断时间越短。如果是不合格的保险丝,这个熔断时间还要打折扣,从图二和我的测试可知道保险丝也是需要熔断时间的,而且这个熔断时间并不短。从原理上讲,保险丝也是流过电流,其存在的内阻发热,电流越大,发热越快,当发热速度超过散热速度时,其温度就会持续上升,直到熔断。一般的保险丝,其电阻都很小,不到0.5欧(万用表量小阻值电阻偏差比较大),这样不管电流多大,保险丝都要经过一段熔断时间后才能熔断。
再看图一,当短路发生时,保险丝串联的只有铜皮(为便于分析这里我把开关电源的MOS管和变压器主绕组省略掉)和整流桥,其内阻都很小,回路中消耗的能量可以认为是接近平均的,这个时候就看保险丝、铜皮和整流桥谁先烧断,因为内阻都很小,从短路到烧断这个过程中的电流会非常大,就算加上MOS管和变压器主绕组也会达到几十安,所以这个过程动静就会比较大,有可能出现跳闸、嘭的一声和冒黑烟等现象。
从这就可以看出,原因就是保险丝响应速度不够快,就算使用快断保险丝,只是加快熔断速度,还是不能解决问题,而且选了快断保险丝后,需要考虑通电冲击电流的影响,如果选择的电流余量不够大,冲击电流会误烧保险丝,如果电流余量留大,又会回到类似使用普通保险丝的慢响应状态。
对于这方面,虽然保险丝可以把问题的严重程度控制在可以接受的范围之内,但跳闸、嘭一声、冒烟这样的现象还是会吓到使用者,那么有没有好的方法可以解决呢?
在一些安规要求中有要求要存在保险电阻的提法,那电阻的效果如何呢?如果我们用一个10欧的保险电阻,图一的情况最大电流就会降低许多,220V输入电压下,最大电流肯定小于22A。这个最大电流还不是最关键的,因为22A的电流也还是非常大,不过实际中是达不到这么大电流的,下面我们用一个例子来进行分析。
一个30瓦的电源使用10欧保险电阻,220V输入时平均工作电流约为0.14A,短路发生后,电流就会从这个电流附近迅速上升,这个时候因为10欧保险电阻的存在,回路中的能量几乎都集中到10欧保险电阻上,这个保险电阻会在极短的时间内烧断,当其烧断时,电流远达不到22A的极限值,保险电阻应该在电流上升的过程中就已经烧断。我们计算一下,在22A的电流下,10欧保险电阻的功率可以达到22*22*10=4840瓦,还没达到这个功率,保险电阻早就已经灰飞烟灭了。
测试证明,自从加了保险电阻,无论是生产测试还是实际应用,再也没有出现电源损坏时动静大得吓人一跳的情况。既然这样就有人提出,弃用保险丝那直接用保险电阻不就完了吗?这个想法是错误的。保险电阻只适合小功率的电源,如果是一个220V100W的电源,满负荷下平均工作电流有0.45A,这样10欧保险电阻的功耗就会达到2W以上,发热过于厉害,无法长时间工作,所以不适用。另外常用开关电源在整流桥后面会有一个高压电解电容,这个电容的存在会让电源上电时的冲击电流加大,用保险电阻就需要考虑这电解电容对其的冲击影响,如果余量不够会明显影响保险电阻的使用寿命,所以保险丝的地位不可替代,在电路保护中保险丝并不是万能的,但是没有它是万万不能的。
一些不良厂商为了节约成本使用山寨保险丝,甚至一条细铜线来替代保险丝,更猛的是连那条细铜线都省了,直接把输入线连到整流桥管脚上,因为细铜线会占用PCB板面积,这样的行为要坚决抵制。安都电子以电路保护神为己任,生产中国最好的保险丝,为电子设备安全和人们的生命财产安全保驾护航。
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