中心議題：
- 保險絲的三項基本功能
- 貼片保險絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用
- 保險絲在LED照明燈具中的應(yīng)用
- 雙保險絲為大電流板級電路提供有效保護(hù)
- 保險絲應(yīng)用設(shè)計的常見問題
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在電路的過流保護(hù)設(shè)計中，經(jīng)常使用到保險絲，換句話說，合理應(yīng)用保險絲對于設(shè)計可靠的過流保護(hù)電路非常重要。本文將在介紹保險絲的基本功能的基礎(chǔ)上，介紹保險絲在鋰電池保護(hù)板及LED照明燈具中的應(yīng)用方案，并整理出行業(yè)內(nèi)的專家們對保險絲應(yīng)用中的一些常見問題的解答及經(jīng)驗分享，對工程師初步認(rèn)識保險絲非常有幫助，對工程師進(jìn)一步合理使用保險絲有指導(dǎo)意義。
保險絲的三項基本功能
什么樣的保險絲才是好的保險絲？AEM（蘇州）科技有限公司副總經(jīng)理鄭索平先生總結(jié)概括出保險絲的三項主要基本功能，即：
- 保護(hù)功能：該斷的時侯要斷
- 承載功能：不該斷的時侯不能斷
- 安全功能：斷的過程必須保證安全
保險絲的保護(hù)功能決定了保險絲在需要的時侯必須動作，當(dāng)被保護(hù)電路上出現(xiàn)不被允許的異常過電流時能夠及時而有效地切斷電流。要滿足保險絲的保護(hù)功能，需選擇恰當(dāng)熔斷特性和恰當(dāng)?shù)念~定電流規(guī)格的保險絲品種。
并不是所有出現(xiàn)過流的時侯保險絲必須動作的，有些過流并不是異常的，這樣的過流保險絲必須能夠承受，例如，開關(guān)電源熱插拔時出現(xiàn)的浪涌電流就是保險絲需要承載的，因此，保險絲需具備承載能力。換句話說，保險絲的承載能力保證了保險絲在絕大部分時間里的正常工作。選擇有恰當(dāng)熔化熱能值的保險絲品種規(guī)格和放大足夠并合理的安全余量才能滿足保險絲的承載功能（耐脈沖能力）。
保險絲的安全功能確保了保險絲在任何條件下的絕對安全。具體來說就是，優(yōu)質(zhì)可靠的保險絲應(yīng)該在其動作前，動作中和動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)證的保險絲品種，才能滿足保險絲的安全功能。
總的來說，適當(dāng)?shù)谋ｋU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?、額定電壓和安全認(rèn)證，只有在具備了這三個條件的基礎(chǔ)上，同時協(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絲才是最適當(dāng)、最好的保險絲。
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貼片保險絲在單節(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和貼片保險絲，下面將通過兩個實例來說明保險絲在鋰電池保護(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：過電流檢測電壓 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)過電流檢測電壓為 0.9V，MOS管內(nèi)阻取最大值時候，可以檢測過電流將為最小值。算出此時過電流值為15A ，此時保護(hù)IC保護(hù)延遲時間320us；當(dāng)過電流檢測電壓 1.5V，MOS管內(nèi)阻取最小值時候，可以檢測過電流將為最大值。算出此時過電流值為46.875A，此時保護(hù)IC保護(hù)延遲時間380us。即，需求保險絲在46.875A時候熔斷時間要大于380us，才能保證短路保護(hù)情況下保險絲不會先于保護(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，此時保護(hù)IC對短路不能起到保護(hù)作用，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路時候需要保險絲快速熔斷。
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)鋰電池上選擇保險絲需要考慮到保護(hù)IC的短路保護(hù)時間。
保險絲在LED照明燈具中的應(yīng)用
對于LED照明燈具的過流保護(hù)，應(yīng)從燈體的輸入電流來來考慮。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)動電源是否有交流轉(zhuǎn)直流的模塊。針對不同的輸入電流類型，其過流保護(hù)的方式有所不同，保險絲的應(yīng)用應(yīng)根據(jù)具體的情況來考慮：
1、針對直流輸入類型的DC in保險絲的選用，需要特別關(guān)注保險絲的溫度折減系數(shù)參數(shù)，由于大功率LED的發(fā)熱量比較大，在LED燈杯內(nèi)部的溫度相對較高，如果選用溫度折減比較大的保險絲就會選擇電流較大的規(guī)格，在同樣的工作電流下，電流規(guī)格大的保險絲的保護(hù)能力相對要降低一些；另外DC in的位置，由于后端都會使用電容濾波，會產(chǎn)生比較大的開機(jī)脈沖電流，所以在此部位選擇保險絲需要注意嚴(yán)格考慮脈沖的條件，否則錯誤選項易造成保險絲被開機(jī)脈沖沖斷現(xiàn)象，很難經(jīng)過很多次開關(guān)機(jī)實驗和浪涌電流實驗，在此推薦使用耐脈沖能力強的產(chǎn)品。
2、針對驅(qū)動輸出端的保險絲選型，在注意保險絲溫度折減系數(shù)的同時，還需要考慮保險絲的熔斷速度指標(biāo)，由于此處電流波動不大，在電路出現(xiàn)異?；蛘咴骷У那闆r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絲。
以上2種場合一般市場上有比較多的貼片低壓保險絲可供選擇，比如AEM科技的SolidMatrix®技術(shù)的保險絲，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絲的尺寸問題，又需要考慮保險絲的耐電壓值?？梢钥紤]選用AEM科技推出的AirMatrixTM AF2系列貼片保險絲，該系列保險絲具有體積小，可以承受250VAC的電壓，同時還具有高一致性、低內(nèi)阻、高耐脈沖能力等優(yōu)點。
雙保險絲為大電流板級電路提供有效保護(hù)
保護(hù)電路板元器件不受越來越大電流的損壞是件復(fù)雜的事，因為沒有現(xiàn)成滿足要求的保險絲。提供保護(hù)的方法可以是仔細(xì)設(shè)計的雙保險絲電路，或有足夠額定值的單個保險絲。但是，由于不存在兩個完全相同的保險絲，總有一個保險絲承受的電流大于另一個。因此，即使線路電流是在規(guī)格范圍內(nèi)，承擔(dān)較高負(fù)載的保險絲仍會熔斷，于是很快另一個也會熔斷。如何解決這個難題？以下是保險絲匹配以及確定電路額定值的一些指南，為雙保險絲方案提供所需的保護(hù)。
UL標(biāo)準(zhǔn)保險絲通常都有75%的降額因素，以保證能提供所需的電路保護(hù)。保險絲的直流阻抗通常有15%的公差；因此在最差情況下，兩個隨機(jī)選擇保險絲（相同額定電流，且來自同一制造商）的直流阻抗可以相差到35%（1.15 Rdc/0.85 Rdc = 1.35，即差35%）。如果兩個保險絲的直流阻抗有很大差別，流經(jīng)的電流也會相差很大，電路保護(hù)就會出現(xiàn)問題。一般來說，一個保險絲承受的電流要高于另一個，可能工作在接近過流極限值處，而另一個則遠(yuǎn)低于安全極限。因此，用兩個保險絲完成一種功能會影響到電路的過流保護(hù)。
除直流阻抗以外，另外一個重要的考慮因素是兩個保險絲所處位置之間的溫度差。保險絲是溫度敏感器件，它們的有效額定電流會隨著環(huán)境溫度的上升而減小。如果兩個并聯(lián)保險絲中，其中一個的工作溫度高于另一個，則它將有較小的有效額定電流，因此比另一個更早地進(jìn)入過載。
雖然使用兩個并聯(lián)保險絲有著上述不確定性，但可以從以下四個方面著手改進(jìn)它們的工作可靠性：
1)兩個保險絲必須盡可能地匹配。不僅它們的額定值要相同，確保兩個保險絲是同時制造的也是一個不錯的想法。這樣能確保兩個保險絲的直流阻抗盡可能匹配。
2)兩個保險絲永遠(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)心追蹤每個保險絲的熱歷史。兩個保險絲都應(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，確定讓兩個保險絲都暴露在相同的氣流中，引線或保險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保險絲的值，而不是兩個保險絲最大斷路電流之和。同樣，最大斷路電壓也等于單個保險絲的值，而不是兩個保險絲斷路電壓之和。
遵守了以上的設(shè)計指南以后，流經(jīng)兩個并聯(lián)保險絲的電流基本相等，它們可以在低于自己過流極限條件下良好地工作。此外，當(dāng)出現(xiàn)過載事件時，兩個保險絲差不多在相同時間開路，為電路板的元器件提供保護(hù)。
保險絲應(yīng)用設(shè)計的常見問題
保險絲的額定電壓有什么意義？如何選擇保險絲的熔斷特性和額定電流？慢熔斷保險絲與快熔斷有什么不同的性能和應(yīng)用？一次性保險絲和可恢復(fù)保險絲的異同？相同額定電流的不同品牌保險絲一定能夠直接替換嗎？為什么保險絲常在開機(jī)時或剛接通電源時斷開？怎樣才使保險絲能承受多次瞬間脈沖的沖擊？這些都是工程師在保險絲的選型和應(yīng)用過程中經(jīng)常會遇到的問題，現(xiàn)在，通過專家的專業(yè)答疑和網(wǎng)友的熱烈討論，為你一一解答保險絲的應(yīng)用難題。
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