保險(xiǎn)絲在電路中是萬能的嗎?
- [ 添加時(shí)間:2015/12/1 瀏覽次數(shù):5770次 ]
在電子產(chǎn)品故障中有這樣一種現(xiàn)象,由于電路異常燒壞電源,拆開電源發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)絲熔斷了,照理保險(xiǎn)絲已經(jīng)熔斷了電路板應(yīng)該是安全無故障了,但經(jīng)常發(fā)生的事實(shí),電路板上的一些銅皮走線出現(xiàn)爆裂和冒煙現(xiàn)象,甚至一些元件也燒壞了,難道是保險(xiǎn)絲不合格?沒有起到保護(hù)作用?本文將用一起實(shí)例來分析這種情況。
先看下面的示意圖,看看電源電路板上銅皮爆裂出現(xiàn)在哪些地方,從問題的表征才好剖析故障現(xiàn)在的原因。
圖一
當(dāng)電源損壞時(shí),如果內(nèi)部發(fā)生類似圖一示意位置的短路,就會燒掉保險(xiǎn)絲,我們在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有時(shí)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(shí)候居然會出現(xiàn)橋堆的腳都燒斷的現(xiàn)象。如圖所示在保險(xiǎn)絲熔斷的同時(shí),電源內(nèi)部的短路還是進(jìn)一步導(dǎo)致了部分電路的損壞,保險(xiǎn)絲的響應(yīng)速度好像有點(diǎn)偏慢,沒有我們期望的那么快。
我們再看一下保險(xiǎn)絲的一個(gè)重要參數(shù)熔斷時(shí)間(I-T),下面圖二我們可以知道流過保險(xiǎn)絲不同電流時(shí)其具體熔斷時(shí)間。
圖二
假定我們現(xiàn)在用的是250V/1A的普通保險(xiǎn)絲,從圖二我們可以知道:電流為2A時(shí)大約要5秒熔斷,電流為4A時(shí)可在0.1秒內(nèi)熔斷,顯然不管多大電流,保險(xiǎn)絲熔斷都存在一個(gè)熔斷時(shí)間,電流越大,熔斷時(shí)間越短。如果是不合格的保險(xiǎn)絲,這個(gè)熔斷時(shí)間還要打折扣,從圖二和我的測試可知道保險(xiǎn)絲也是需要熔斷時(shí)間的,而且這個(gè)熔斷時(shí)間并不短。從原理上講,保險(xiǎn)絲也是流過電流,其存在的內(nèi)阻發(fā)熱,電流越大,發(fā)熱越快,當(dāng)發(fā)熱速度超過散熱速度時(shí),其溫度就會持續(xù)上升,直到熔斷。一般的保險(xiǎn)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(xiǎn)絲都要經(jīng)過一段熔斷時(shí)間后才能熔斷。
再看圖一,當(dāng)短路發(fā)生時(shí),保險(xiǎn)絲串聯(lián)的只有銅皮(為便于分析這里我把開關(guān)電源的MOS管和變壓器主繞組省略掉)和整流橋,其內(nèi)阻都很小,回路中消耗的能量可以認(rèn)為是接近平均的,這個(gè)時(shí)候就看保險(xiǎn)絲、銅皮和整流橋誰先燒斷,因?yàn)閮?nèi)阻都很小,從短路到燒斷這個(gè)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(dá)到幾十安,所以這個(gè)過程動(dòng)靜就會比較大,有可能出現(xiàn)跳閘、嘭的一聲和冒黑煙等現(xiàn)象。
從這就可以看出,原因就是保險(xiǎn)絲響應(yīng)速度不夠快,就算使用快斷保險(xiǎn)絲,只是加快熔斷速度,還是不能解決問題,而且選了快斷保險(xiǎn)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(xiǎn)絲,如果電流余量留大,又會回到類似使用普通保險(xiǎn)絲的慢響應(yīng)狀態(tài)。
對于這方面,雖然保險(xiǎn)絲可以把問題的嚴(yán)重程度控制在可以接受的范圍之內(nèi),但跳閘、嘭一聲、冒煙這樣的現(xiàn)象還是會嚇到使用者,那么有沒有好的方法可以解決呢?
在一些安規(guī)要求中有要求要存在保險(xiǎn)電阻的提法,那電阻的效果如何呢?如果我們用一個(gè)10歐的保險(xiǎn)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(gè)最大電流還不是最關(guān)鍵的,因?yàn)?2A的電流也還是非常大,不過實(shí)際中是達(dá)不到這么大電流的,下面我們用一個(gè)例子來進(jìn)行分析。
一個(gè)30瓦的電源使用10歐保險(xiǎn)電阻,220V輸入時(shí)平均工作電流約為0.14A,短路發(fā)生后,電流就會從這個(gè)電流附近迅速上升,這個(gè)時(shí)候因?yàn)?0歐保險(xiǎn)電阻的存在,回路中的能量幾乎都集中到10歐保險(xiǎn)電阻上,這個(gè)保險(xiǎn)電阻會在極短的時(shí)間內(nèi)燒斷,當(dāng)其燒斷時(shí),電流遠(yuǎn)達(dá)不到22A的極限值,保險(xiǎn)電阻應(yīng)該在電流上升的過程中就已經(jīng)燒斷。我們計(jì)算一下,在22A的電流下,10歐保險(xiǎn)電阻的功率可以達(dá)到22*22*10=4840瓦,還沒達(dá)到這個(gè)功率,保險(xiǎn)電阻早就已經(jīng)灰飛煙滅了。
測試證明,自從加了保險(xiǎn)電阻,無論是生產(chǎn)測試還是實(shí)際應(yīng)用,再也沒有出現(xiàn)電源損壞時(shí)動(dòng)靜大得嚇人一跳的情況。既然這樣就有人提出,棄用保險(xiǎn)絲那直接用保險(xiǎn)電阻不就完了嗎?這個(gè)想法是錯(cuò)誤的。保險(xiǎn)電阻只適合小功率的電源,如果是一個(gè)220V100W的電源,滿負(fù)荷下平均工作電流有0.45A,這樣10歐保險(xiǎn)電阻的功耗就會達(dá)到2W以上,發(fā)熱過于厲害,無法長時(shí)間工作,所以不適用。另外常用開關(guān)電源在整流橋后面會有一個(gè)高壓電解電容,這個(gè)電容的存在會讓電源上電時(shí)的沖擊電流加大,用保險(xiǎn)電阻就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(xiǎn)電阻的使用壽命,所以保險(xiǎn)絲的地位不可替代,在電路保護(hù)中保險(xiǎn)絲并不是萬能的,但是沒有它是萬萬不能的。
一些不良廠商為了節(jié)約成本使用山寨保險(xiǎn)絲,甚至一條細(xì)銅線來替代保險(xiǎn)絲,更猛的是連那條細(xì)銅線都省了,直接把輸入線連到整流橋管腳上,因?yàn)榧?xì)銅線會占用PCB板面積,這樣的行為要堅(jiān)決抵制。安都電子以電路保護(hù)神為己任,生產(chǎn)中國最好的保險(xiǎn)絲,為電子設(shè)備安全和人們的生命財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。