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保险丝、电子保险丝、热敏电阻和易熔电阻器——什么时候用?
2021年09月01日    阅读量:383    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

保险丝、电子保险丝、各种类型的热敏电阻和易熔电阻可用于提供不同级别的电路保护。保险丝仅提供最基本的过流和短路保护。可以添加热敏电阻来提供浪涌电流控制,而熔断电阻器可以提供浪涌电流控制和过流/短路保护中国机械网okmao.com。eFuses 提供最全面的保护,可以防止短路、过流、过压、反向电流、过温,甚至可以控制浪涌电流。本文考虑了使用这些不同电路保护技术时的权衡,并简要回顾了每种技术最适合哪种类型的应用。


保险丝


在保险丝中,当过多电流流过金属线或金属带时,由于焦耳热而熔化,从而提供过电流和短路保护。焦耳加热,也称为电阻、电阻或欧姆加热,是由电流流过导体引起的。保险丝是一次性设备。熔点不精确,并受环境温度、电流增加曲线和其他因素的影响。此外,熔断器相对较慢的反应时间(1 秒或更长)会增加系统压力并降低系统的长期稳健性。


保险丝提供轴向和径向引线、盒式和表面贴装封装(图 1)。“保险丝”的定义在 IEC 和 UL/CSA 之间有所不同。“熔断器”是 IEC 标准中熔断器和熔断器座的组件。在 UL/CSA 标准中,保险丝是组件的可更换部分,熔化的金属导体是熔断丝。

保险丝、电子保险丝、热敏电阻和易熔电阻器——什么时候用? 中国机械网,okmao.com

图 1:保险丝提供轴向和径向引线、盒式和表面贴装包装。(图片:Littelfuse)

UL 248 目前有多个部分。UL 248-1 规定了熔断器的一般要求,而其他部分定义了特定的熔断器尺寸或定义了具有特定性能要求的熔断器应用,例如 248-13 定义了半导体熔断器,而 248-19 定义了光伏熔断器。一般要求 (248-1) 适用,除非由补充部分修改。例如,UL 248-19 允许光伏保险丝的额定电压高达 1500 VDC,而 248-1 中定义的则为 1000 V。


熔断器可以通过多种方式安装:


直接将保险丝焊接在PCB上。这通常通过表面贴装保险丝来完成。虽然可以最大限度地降低安装成本,但如果需要更换熔断的保险丝,则维护会更加复杂。

焊接到 PCB 上的保险丝夹相对便宜,并允许现场更换。保险丝夹限制为 30A 或更低。它们通常未被安全机构列出或认可。从保险丝夹上取下保险丝需要打开设备,如果设备仍然通电,则会导致安全隐患。

熔断器块专为较大的安培数应用而设计。安装在保险丝盒中的保险丝通常只能通过打开设备才能接触到,如果设备未与电源断开连接,则会导致电击。

面板安装的保险丝座便于最终用户在现场更换保险丝。取下保险丝是安全的,因为当从保险丝座上取下盖子时,保险丝电路会断开,从而防止任何触电的可能性。保险丝座经过安全机构的认可,额定电流高达 30A。

内置于线束组件中的内嵌保险丝座。内嵌保险丝座在高压(交流线路电压)应用中通常可以处理 30A,在低压安装中可以处理高达 100A。

用于浪涌电流控制和过电流保护的热敏电阻


正温度系数 (PTC) 和负温度系数 (NTC) 热敏电阻分别用于过流保护和浪涌电流控制。NTC 热敏电阻在温度和电阻之间具有反比关系;随着温度升高,其电阻降低。对于 PTC 热敏电阻,随着温度升高,电阻也会增加。


不受控制的浪涌电流会损坏二极管电桥并连接电源、电机驱动器、电池充电器和其他交流输入电源转换器的电容器。NTC 热敏电阻通常用于控制浪涌电流。当器件在开启时处于冷态时,它具有相对较高的电阻(图 2)。NTC 热敏电阻随着电流的流动而升温,并且电阻下降,从而允许在导通周期后流过更高的电流。


PTC 热敏电阻可用于提供短路保护。过大的电流会加热设备,导致其电阻升高并限制电流。在工业环境和极端温度环境中可以找到简单的 PTC 热敏电阻,在这些环境中,设备可能会频繁短路并需要快速复位。它们通常不会出现在电子系统中。


聚合物正温度系数 PPTC 器件有时会在电子系统中提供过流保护。PPTC 器件的保持电流为其持续额定电流;达到该水平,设备保证不会跳闸。跳闸电流是保证设备变得足够热以跳闸的电流。小电流(在某些器件中高达几百毫安)继续流过器件并保持足够高的温度,使 PPTC 保持在高阻状态。一旦达到跳闸电流,电阻会大幅增加并降低电流。


当断电时,PPTC 器件冷却并恢复到低电阻状态。根据设备和环境/操作条件,冷却可以分一系列阶段进行。PPTC 器件将在几秒钟内传导保持电流,但它的电阻可能仍比跳闸前略高。与保险丝一样,PPTC 设备相对不精确并提供慢动作保护。使用 PPTC 设备的好处是一旦消除了故障条件,它的可恢复性。


易熔电阻


可熔电阻器将保险丝和限流电阻器组合在一个组件中,从而降低成本并释放 PCB 空间(图 3)。可使用薄膜和绕线技术提供可熔电阻器。对于浪涌和过载处理要求从低到中等的低功率应用,可熔膜电阻器是不错的选择。预计会经历更高浪涌电压和更高温度的应用受益于使用绕线可熔电阻器。


与电阻范围从毫欧到数百毫欧的保险丝相比,可熔电阻器的电阻值通常为 1 到 30 Ω。大多数可熔电阻器的熔断时间与传统熔断器的熔断时间相似。一些快速熔断电阻器可以对突发故障事件作出反应,熔断时间 < 20 微秒。可熔电阻器可以替代交流整流电路输入端的保险丝和电阻器(或 NTC 热敏电阻以提高工作效率)。NTC 热敏电阻最初的电阻可以高达 10 或 20 Ω,类似于可熔电阻或传统电阻的电阻,但在稳态操作期间其电阻会下降到几十毫欧。


与以电流为额定值的熔断器相比,可熔电阻器以功率处理能力为额定值。典型的可熔电阻器的额定功率为 2W 至 25W,并提供 250V 至 500V 的隔离级别。UL1412 标准涵盖了易熔电阻器。一些易熔电阻提供符合 UL94-V0 标准的涂层,在任何施加温度或功率过载的条件下,它们都不会燃烧或发射白炽粒子。


电子保险丝


称为“eFuse”的电路保护 IC 可以克服保险丝、PPTC 器件和可熔电阻器的限制,并提供额外的保护级别。电子保险丝可防止短路、过电流、过电压、反向电流、过热,甚至可以控制浪涌电流(图 4)。与保险丝、PPTC 或可熔电阻器相比,电子保险丝更准确、动作更快。例如,电子保险丝的反应时间为数百纳秒,而其他保护设备的反应时间为一秒或更长时间。一旦故障达到预定水平,例如最大电流设置的 160%,eFuse 就会立即做出反应。



电子保险丝可用于锁定和自动重试设计,与一次性保险丝或易熔电阻器相比,可以多次使用。一旦被故障条件激活,锁存电子保险丝将保持关闭,直到电源关闭然后再次打开,或者信号被发送到“启用”引脚,具体取决于设计。自动重试 eFuse 会以固定的时间间隔(通常为数百毫秒)继续自行回收电源,直到故障被清除。电子保险丝可被认定为符合 UL2367 标准的固态过电流保护器,并通过 UL60950 安全标准认证。


概括


如图所示,设计人员可以从保险丝、电子保险丝、各种类型的热敏电阻和易熔电阻中进行选择,以实现电路保护。每种技术都提供一组独特的性能和成本权衡。电子保险丝提供最完整的保护功能套件,可以保护设备免受短路、过流、过压、反向电流、过温的影响,甚至可以控制浪涌电流。所有其他电路保护选项提供的功能要少得多,但非常适合特定的应用场景。


标签:技术中心设备与仪器工业设备
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