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AEM贴片保险丝选型指南

  

|介 绍 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

  本指南说明旨在提供技术信息,帮助选择AEM SolidMatrix® 和 AirMatrix® 保险丝产品。因为实际在不同的电路中存在各种其他因素,所以需通过具体测试验证选型结果。

|选型所需参数 --------------------------------------------------------------------------------------------------------

正确选择一个AEM-SolidMatrix® 和 AirMatrix® 保险丝产品所需要的参数如下:

  1. 最大稳态工作电流
  2. 最大工作温度
  3. 最大瞬态脉冲电流的波形
  4. 所需耐受脉冲电流的次数
  5. 过载电流和在该电流下的熔断时间
  6. 应用中可能出现的最大故障电流
  7. 最大工作电压
  8. 封装尺寸
  9. 安规认证标准

|参数的定义 --------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. 工作温度和温度折减

  AEM SolidMatrix® 和 AirMatrix® 保险丝产品的工作范围是-55°C 至+125°C。
  保险丝产品规格书里的熔断特性等电气性能指标是在室温(+25°C)下测试的。如果保险丝不是工作在+25°C 环境之下,那么在选型的时候须参考厂家给出的温度折减曲线来对保险丝进行温度折减。图 1 为我司保险丝产品的温度折减曲线。


图 1 温度折减曲线

2. 工作电压(Operating Voltage)和额定电压(Rated Voltage)

  保险丝的最大工作电压应该在额定电压之内,但不能超过额定电压。保险丝的额定电压是和分断能力相关的安全指标。在这个电压下,保险丝可以安全截断不大于标称分断能力的电流。

3. 分断能力 (Interrupting Rating)

  分断能力的定义是在额定电压下的保险丝可以安全分断的最大电流。保险丝产品的分断电流是一个安全参数,它必须达到或者大于电路中的最大故障电流。这样,保险丝才会安全熔断,不产生燃烧、飞弧、爆炸等不安全现象。

4. 工作电流 (Operating Current)和额定电流 (Rated Current, In

  工作电流是电路在稳定工作状态下的最大电流。AEM SolidMatrix® 和 AirMatrix® 保险丝产品的额定电流值是规格书中标定的电流值。按照国际标准,保险丝产品在额定电流条件下工作,必须大于4小时不会断开(在环境温度+25°C条件下)。为了保证保险丝长期稳定工作,工作电流值需要小于75%的保险丝额定电流。

5. 脉冲电流的热熔值(I2t)与脉冲折减(Pulse Derating)

  大部分电路由于有储能器件,如电容或者电感的存在,在接通或者关闭电源的时候,都会有较大的脉冲电流。另外在某些电路中因为其他元件或者外部因素的缘故,如电磁感应,也能产生瞬时脉冲。在绝大多数情况下,用户都希望保险丝可以耐受多次脉冲冲击而不会引起熔断。

  表1是几种常见脉冲波形的计算公式。脉冲电流的热熔值可以通过对脉冲电流波形数据的积分计算得到。

表 1 几种常见脉冲电流热熔值计算

  由于脉冲电流通过保险丝的时候,会产生热量,所以虽然单次脉冲的能量不足以使保险丝熔断,但多次脉冲冲击会导致保险丝熔断。为了保证保险丝可以耐受规定次数的脉冲电流,需要依据表2中所示的脉冲折减系数计算保险丝的I2t规格。如果脉冲发生时,保险丝所处环境温度高于室温(+25°C),须做相应的温度折减。

表 2 AEM SolidMatrix®和AirMatrix® 保险丝脉冲折减比例

脉冲电流的热熔值Ir2t与保险丝的熔化热熔值If2t的比例 耐受脉冲次数
Ir2t<= 20% If2t 100,000
Ir2t<= 30% If2t 10,000
Ir2t<= 40% If2t 1,000

|选型流程 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------

选项参数中的第1、2 项是稳态参数,第3-6 项为瞬态参数,

稳态参数

1. 保险丝额定电流值(In)≥工作电流(I)/75%。
2. 依据工作温度,确定温度折减系数(K),满足稳态参数要求的保险丝电流值的计算公式:In≥I/75%/K

瞬态参数

3. 计算脉冲电流I2t,参见表1 几种常见脉冲电流的热熔值的计算。复杂或非典型的波形可以用数字示波器的数据做积分计算;
  或者用简化计算法,用可以完全覆盖脉冲波形的典型脉冲波形做近似计算。
4. 脉冲折减,依据所需耐受脉冲次数,从表2 查找脉冲折减系数。
5. 如果脉冲发生时环境温度会大于室温,需要做相应的温度折减。
6. 确定可耐受脉冲次数的保险丝最小的电流值。

安规或者电路保护规定

7. 确定可以满足安规认证或者保护性能要求,例如受保护IC 的最大I2t 耐受值,保证电缆不会过热的最大电流和时间等,的最大
  保险丝规格。

选择满足设计规范的保险丝

  以上第2、6 步的结果中较大的保险丝额定电流值决定了设计窗口的下限,第7 步确定了上限。选择的保险丝规格须落在这个设计窗口内。

测试验证

  以上计算得到的选项规格,需要经过实际电路测试验证,特别是要模拟实际使用的环境,按照脉冲耐受次数的要求做全寿命测试。

|范例 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------

以下通过一个实际案例说明上述的选型流程

电路参数:

1、最大稳态工作电流:I=0.6A
2、工作温度: +65°C
3、最大瞬态脉冲电流的波形为正弦波,最大电流 Ip =45.5A,脉冲宽度 t=120μSec
4、所需耐受脉冲电流的次数: 100,000次
5、过载电流和在该电流下的熔断时间:I=10A,60Sec
6、应用中可能出现的最大故障电流:50A
7、最大工作电压: 12V
8、封装尺寸: 1206
9、安规认证标准:UL Recognized

稳态参数计算:

满足稳态参数要求的保险丝最小的额定电流为:In ≥ I/0.75(电流折减系数) /K(温度折减系数) =0.6/75%/90%=0.89A。这样额定电流大于或等于1A 的保险丝可以满足稳态参数的要求。

瞬态参数计算:

I2t 计算:
参见表一的公式计算脉冲电流的热熔值。同时需考虑到环境温度对脉冲耐受能力的影响。
脉冲电流的热熔值:
Ip2t =0.5×(45.52A)2×120μSec=0.1243A2Sec
该应用要求保险丝在+65°C 条件下,须耐受 100,000次脉冲。这样需要同时考虑脉冲折减和温度折减。
If2t ≥ Ip2t/P(脉冲折减)/K(温度折减)=0.1243/20%/90%=0.69A2Sec

比对AEM 产品目录中的I2t vs t 曲线,满足120μSec 的热熔值If2t 大于0.69 A2Sec 的保险丝规格是不小于3.5A。这样,额定电流大于或等于3.5A 的F1206HI系列保险丝可以满足瞬态参数的要求。

保护性能要求:

保险丝需要在10A电流情况下,60秒钟内熔断。AEM的F1206HI 系列的熔断特性(Clear-time Characteristics)在200%过载电流时是小于60 秒。
所以应该选用不大于5A的保险丝。

结论:

综合以上计算结果,F1206HI 系列的3.5A 至5A 是可以满足所有要求的产品规格范围。
考虑到电路中其他元件的参数波动也会导致脉冲电流波动,在符合设计上下限要求的前提下,建议预留30%的余量以避免极端条件下保险丝发生不正常的熔断现象。

 
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