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深度剖析:保險絲真的足夠“保險”嗎?

發(fā)布時間:2013-12-17 責任編輯:eliane

【導讀】對于功率電子產品,設計上是有保險絲的要求的,今天就以LED電源為例來說一說保險絲的那些事兒。對于電源來說,保險絲是一個非常關鍵的元件,如果按照傳統(tǒng)的電子學理論基礎,電源前面肯定會串聯一個保險絲,尤其是開關電源,以防止故障影響進一步擴大。那么保險絲是不是真的保險呢?以下就個人觀點談談我的一些看法。

先發(fā)一個免責申明:文中觀點只限于技術探討,不表明作者和討論者觀點一定正確,所有涉及人身財產安全的設計,一切以當地安規(guī)標準為準,如因參考文中內容導致產品設計出現安全問題,作者和討論者不承擔任何責任。

如果按照傳統(tǒng)的電子學理論基礎,電源前面肯定會串聯一個保險絲,尤其是開關電源,當電源發(fā)生短路等異常情況時,保險絲會自己熔斷切斷回路,防止故障影響進一步擴大。

在我接觸電源的過程中,發(fā)現一個問題,就是電源在工作的時候損壞,電源內部電路短路導致大電流,按照常規(guī)理解此時應該只是保險絲迅速燒斷,不會有其它的影響才對。但是在我們同客人的溝通了解中發(fā)現不是這樣,會有一定幾率出現空氣開關跳閘、電源板走線銅皮爆裂和冒煙等現象,壞的時候動靜比較大,會嚇人一跳。既然保險絲燒了,按說是不會出現這些情況的,看來其中原因值得分析。

先上一個示意圖,說明一下是什么地方的銅皮爆裂,讓大家清楚了問題表征,才好對其進行理解、分析。

深度剖析:保險絲是不是真的足夠保險?
圖一:電源銅皮爆裂位置示意圖
 
當電源損壞時,如果內部發(fā)生類似圖一示意位置的短路,就會燒掉保險絲,我們在實際應用中發(fā)現有時標“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橋堆的腳都燒斷的現象。
 
看來保險絲雖然也熔斷了,但并沒有起到我們所期望的效果,在保險絲熔斷的同時,電源內部的短路還是進一步導致了部分電路的損壞,保險絲的響應速度好像有點偏慢,沒有我們期望的那么快。
 
[page] 我查閱了保險絲的相關資料,找到一張圖,我們先來看下這張圖,通過這張圖我們可以知道流過保險絲不同電流時其具體熔斷時間。

深度剖析:保險絲是不是真的足夠保險?
圖二:保險絲熔斷時間示意圖

假定我們現在用的是250V/1A的普通保險絲,從圖二我們可以知道:電流為2A時大約要5秒熔斷,電流為4A時可在0.1秒內熔斷,顯然不管多大電流,保險絲熔斷都存在一個熔斷時間,電流越大,熔斷時間越短。

如果結合我們現有國情,我覺得對這個熔斷時間要打點折扣才行,我從市場上隨機抽取了幾種250V/1A的普通保險絲進行測試,測試電流2A,可以看到保險絲逐漸變紅,然后熔斷。這幾種保險絲熔斷時間都是7~8秒,顯然比圖二種的時間要偏長。因為我沒有好的儀器設備,無法進行大電流測試,這里就不能給大家給出大電流情況下熔斷時間的實測數據。

從圖二和我的測試可知道保險絲也是需要熔斷時間的,而且這個熔斷時間并不短。從原理上講,保險絲也是流過電流,其存在的內阻發(fā)熱,電流越大,發(fā)熱越快,當發(fā)熱速度超過散熱速度時,其溫度就會持續(xù)上升,直到熔斷。我用萬用表量了一下測試的保險絲,其電阻都很小,不到0.5歐(萬用表量小阻值電阻偏差比較大),這樣不管電流多大,保險絲都要經過一段熔斷時間后才能熔斷。
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我們回過頭來再看圖一,當短路發(fā)生時,我們會看到和保險絲串聯的只有銅皮(為便于分析這里我把開關電源的MOS管和變壓器主繞組省略掉)和整流橋,其內阻都很小(銅皮也有內阻的),回路中消耗的能量可以認為是接近平均的,這個時候就看保險絲、銅皮和整流橋誰先燒斷,因為內阻都很小,從短路到燒斷這個過程中的電流會非常大,就算加上MOS管和變壓器主繞組也會達到幾十安,所以這個過程動靜就會比較大,有可能出現跳閘、嘭的一聲和冒黑煙等現象。

到這里就不難理解為什么會有文中開頭客人所反映的現象,原因就是保險絲響應速度不夠快,就算使用快燒保險絲,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狀態(tài)。

看來保險絲雖然名字中有保險二字,但實際應用中還是存在不足,雖然保險絲可以把問題的嚴重程度控制在客人可以接受的范圍之內,但跳閘、嘭一聲、冒煙這樣的現象還是會嚇到使用者,如果能夠消除那肯定是最好不過。

一開始我們思維被禁錮在必須使用保險絲這一框框中,如果客人遇到此類問題,只好耐心象他們解釋,并沒有好的應對措施。后來看到一些產品使用電阻當保險絲,心想是不是對解決此類問題有幫助,可又擔心用電阻的方式不符合安規(guī)標準,還是不敢用。

再后來,我們看到知名家電廠商出日本和美國的產品,器阻容降壓電路大量使用電阻當保險,而且出美國的產品還是實過了UL認證的,心想難道真的可以用電阻來當保險絲使用?

接下來了解了一些安規(guī)要求,發(fā)現安規(guī)要求中存在保險電阻的提法,這樣看來用電阻方式替代保險絲的做法是符合安規(guī)要求的,只是保險電阻的選用存在一定要求,這里先不討論如何選取合適的電阻,有興趣的朋友請自己查閱相關資料。

既然可以用電阻做保險絲,那電阻的效果如何呢?如果我們用一個10歐的保險電阻,圖一的情況最大電流就會降低許多,220V輸入電壓下,最大電流肯定小于22A。這個最大電流還不是最關鍵的,因為22A的電流也還是非常大,不過實際中是達不到這么大電流的,下面我們用一個例子來進行分析。

一個30瓦的電源使用10歐保險電阻,220V輸入時平均工作電流約為0.14A,短路發(fā)生后,電流就會從這個電流附近迅速上升,這個時候因為10歐保險電阻的存在,回路中的能量幾乎都集中到10歐保險電阻上,這個保險電阻會在極短的時間內燒斷,當其燒斷時,我個人認為電流遠達不到22A的極限值,保險電阻應該在電流上升的過程中就已經燒斷。我們計算一下,在22A的電流下,10歐保險電阻的功率可以達到22*22*10=4840瓦,估計離這個功率還遠著的時候保險電阻就已經灰飛煙滅了。
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接下來我們做了詳細的驗證測試,測試證明推測是正確的,自從加了保險電阻,無論是生產測試還是實際應用,再也沒有出現電源損壞時動靜大得嚇人一跳的情況??赡苡腥藭幸蓡枺绻霈F客人不接受保險電阻的方式,堅持要用保險絲怎么辦?沒事,我們也遇到這樣的客人,如果客人堅持必須用保險絲,那我們就給他用保險絲和保險電阻串聯的方式,這樣處理還沒有遇到客人不接受的,只是成本增加了一點而已。

既然保險電阻比保險絲好用,那直接用保險電阻不就得了?這個問題我也想過,個人看法是保險電阻只適合小功率的電源,如果是一個220V100W的電源,滿負荷下平均工作電流有0.45A,這樣10歐保險電阻的功耗就會達到2W以上,發(fā)熱過于厲害,無法長時間工作,所以不適用。另外常用開關電源在整流橋后面會有一個高壓電解電容,這個電容的存在會讓電源上電時的沖擊電流加大,適用保險電阻需要考慮這電解電容對其的沖擊影響,如果余量不夠會明顯影響保險電阻的使用壽命。

前兩天有朋友問我有些LED電源不用保險絲的看法,這些做法都是現階段以低價為終極目的的市場現導致的畸形做法,也不能全把責任怪在廠家頭上?,F階段,對于大多數國內廠家來說,認證就是一張紙,好多次有客人問我:“能不能做過認證的MINI蘋果充電器?”我回答做不了,再告訴客人以我知道的情況,還沒有人能做得了,可客人不信,因為已經有不少廠家告訴他能做,而且給他看了證書。

正是這種情況,就出現了后面的這種局面:既然你說能做,那我也說可以做,既然你敢省元件,那我就比你更敢省,收錢做貨,有人敢要,我自然敢做,真要出了事,錢已經收了,客戶能把我怎么地?“有問題拿回來我給你修”就是不錯的態(tài)度了,既然你要找便宜的,我不做別人也會做,那不如我做算了。

正是這個原因,就有人想到用一條細銅皮來替代保險絲,這樣還不夠,更猛的人連那條細銅線都省了,直接把輸入線連到整流橋管腳上,因為PCB也需要錢,那條細銅皮會占用PCB板面積。

有時候,廠家也并不一定愿意那么做,好多時候是被客人逼的。我經??吹娇腿艘笪覀兒炗袉栴}按整機賠和承擔客人全部損失的質保協議,我不知道客人是怎么想的?反正我們是認為天底下沒有只賺不賠的買賣,既然自己想從中賺錢,就要承擔自己該承擔的風險,不要總想著把風險轉嫁給上游的供應商。我們會用到不少芯片,對于供應商我們只是要求如果是假貨需要承擔全部責任,別的我們基本上不會做太多要求,在我們看來這些風險應該是我們自己承擔的。

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