Fuse保护效果不佳？试试PPTC吧！

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随着人们安全意识的增强，电子产品的可靠性成为产品设计的最重要的考虑因素之一。电子产品设计工程师通常会采用被动保护器件实现过电流、过电压及过温保护，但是如果器件的选型不恰当，往往会起不到应有的效果。

前不久在网上读到一篇关于保险丝的文章——《保险丝是不是真的足够保险？》的评论，认为保险丝存在不能有效保护电路的情况。本文引述其故障电路及分析，如下。该博文描述，当电源损坏时，如果内部发生类似图1示意位置的短路，短路电流应该烧掉保险丝，但在在实际应用中发现有时标“爆裂”字样位置铜皮也会因电流过大烧焦、烧断，更有甚者有时候居然会出现桥堆的脚都烧断的现象。博文作者认为保险丝虽然也熔断了，但并没有起到设计所期望的效果，在保险丝熔断的同时，电源内部的短路还是进一步导致了部分电路的损坏。该文作者查阅了如图2所示保险丝熔断时间示意图，认为保险丝是需要熔断时间的，由于保险丝电阻很小，这个熔断时间并不短。认为即使使用快烧保险丝，只是加快熔断速度，还是不能解决问题，而且选了快烧保险丝后，需要考虑通电冲击电流的影响，如果选择的电流余量不够大，冲击电流会误烧保险丝，如果电流余量留大，又会回到类似使用普通保险丝的慢响应状态。博文作者建议解决办法是在电路中串接欧姆级电阻，利用其压降降低最大故障电流，或直接烧断。

图1：电源铜皮爆裂位置示意图

图2：保险丝动作时间对比

该博文谈到的情况是使用者时常遇到的，如博文作者所分析的，基本的原因都是保险丝响应不及时，但是更根本的原因是使用者对于保险丝的选型存在误区导致选型不当。在其博文中，220V/30W的电源，选用1A的Fuse，而工作电流只有0.14A，其选型的合理性是值得怀疑的。在保险丝选型的过程中，最好能够摸清电路能够承受的最大故障电流、最高工作电流/电压、工作温度及开机脉冲波形等。如图3所示，通常可以根据实际应用的条件，分别考虑稳态折减和脉冲折减，确定最终的保险丝型号。由于脉冲环境下保险丝额定电流的确定需要根据客户产品的脉冲的波形进行计算I2t，并应用脉冲循环和温度折减，所以我们不能确认博文中描述电源的保险丝选型依据及过程。通常专业的保险丝供应商都可以根据客户的实际应用帮助选择比较恰当的产品型号，避免设计者为了防止开机脉冲、温度等造成保险丝误动作而选择过大额定电流的保险丝的情况，保险丝额定电流过大的设计余量有可能带来保险丝动作不及时的后果。实现最佳的保护效果，在确定保险丝的选型范围后，需要通过实验来验证选型是否有效。

图3：保险丝选型流程图

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当然还有一种更为突出的保护方案，就是采用TE的LVR系列PPTC。在如上所示的电源方案中，PPTC由于保持电流定义与保险丝额定电流不同，且无需考虑脉冲折减等因素，选择的PPTC型号对应的保持电流要远远小于保险丝定义的额定电流，考虑60℃工况条件，保持电流0.25A的LVR025S已经可以满足220V/30W的应用要求。由于开机脉冲的影响，通常电源应用中会选用慢断保险丝。对比LVR025S和1A慢断保险丝的动作时间，在故障电流小于约3A时，PPTC可以更快的响应，避免下游电路烧毁；而在较大的故障电流情况下，二者的动作时间都远低于1s，而且由于LVR025S初始电阻在1.3~2.1ohm左右，远远的高于1A保险丝的电阻（约0.3ohm），在实际短路发生时，回路中的故障电流将远小于使用保险丝的电流。在故障解除后，PPTC自动恢复，无需更换保险丝，在获得更优的保护效果的同时，降低了维护成本。

图4：PPTC和保险丝动作时间对比

考虑更全面的情况，由于PPTC有较好的温度保护效果，在极端的使用温度条件下，如图5示意图所示，以80℃为例，由于保险丝在该温度下耐受的最大电流甚至有可能高于铜线本身，所以有可能发生烧板的情况。PPTC则可以在工作的全温度范围内实现更好的保护。

图5:全温度范围保护效果对比

被动保护器件的选型，关系到产品的可靠性和安全性，应该得到工程师足够的重视，通过充分的沟通与实验确定适合的型号。