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            AEM 科技SolidMatrix® 和 AirMatrix® 保險絲産品選型指南


            介紹

            本指南說明旨在提供技術信息,幫助選擇AEM SolidMatrix® 和 AirMatrix®保險絲産品。因爲實際在不同的電路中存在各種其他因素,所以需通過具體測試驗證選型結果。


            選型所需參數

            正确選擇一個AEM SolidMatrix® 和 AirMatrix®保險絲産品所需要的參數如下:

            1. 最大穩态工作電流
            2. 最大工作溫度
            3. 最大瞬态脈沖電流的波形
            4. 所需耐受脈沖電流的次數
            5. 過載電流和在該電流下的熔斷時間
            6. 應用中可能出現的最大故障電流
            7. 最大工作電壓
            8. 封裝尺寸
            9. 安規認證标準

            參數的定義

            1. 工作溫度和溫度折減

            AEM SolidMatrix® 和 AirMatrix®保險絲産品的工作範圍是-55°C至+125°C。
              保險絲産品規格書裏的熔斷特性等電氣性能指标是在室溫(+25°C)下測試的。如果保險絲不是工作在+25°C 環境之下,那麽在選型的時候須參考廠家給出的溫度折減曲線來對保險絲進行溫度折減。圖 1 爲我司保險絲産品的溫度折減曲線。


            圖 1 溫度折減曲線

            2. 工作電壓(Operating Voltage)和額定電壓(Rated Voltage)

            保險絲的最大工作電壓應該在額定電壓之内,但不能超過額定電壓。保險絲的額定電壓是和分斷能力相關的安全指标。在這個電壓下,保險絲可以安全截斷不大于标稱分斷能力的電流。

            3. 分斷能力 (Interrupting Rating)

            分斷能力的定義是在額定電壓下的保險絲可以安全分斷的最大電流。保險絲産品的分斷電流是一個安全參數,它必須達到或者大于電路中的最大故障電流。這樣,保險絲才會安全熔斷,不産生燃燒、飛弧、爆炸等不安全現象。

            4. 工作電流 (Operating Current)和額定電流 (Rated Current, In

            工作電流是電路在穩定工作狀态下的最大電流。AEM SolidMatrix® 和 AirMatrix® 保險絲産品的額定電流值是規格書中标定的電流值。按照國際标準,保險絲産品在額定電流條件下工作,必須大于4小時不會斷開(在環境溫度+25°C條件下)。爲了保證保險絲長期穩定工作,工作電流值需要小于75%的保險絲額定電流。

            5. 脈沖電流的熱熔值(I2t)與脈沖折減(Pulse Derating)

            大部分電路由于有儲能器件,如電容或者電感的存在,在接通或者關閉電源的時候,都會有較大的脈沖電流。另外在某些電路中因爲其他元件或者外部因素的緣故,如電磁感應,也能産生瞬時脈沖。在絕大多數情況下,用戶都希望保險絲可以耐受多次脈沖沖擊而不會引起熔斷。

            表1是幾種常見脈沖波形的計算公式。脈沖電流的熱熔值可以通過對脈沖電流波形數據的積分計算得到。

            表 1 幾種常見脈沖電流熱熔值計算

            由于脈沖電流通過保險絲的時候,會産生熱量,所以雖然單次脈沖的能量不足以使保險絲熔斷,但多次脈沖沖擊會導緻保險絲熔斷。爲了保證保險絲可以耐受規定次數的脈沖電流,需要依據表2中所示的脈沖折減系數計算保險絲的I2t規格。如果脈沖發生時,保險絲所處環境溫度高于室溫(+25°C),須做相應的溫度折減。

            表 2 AEM SolidMatrix®和AirMatrix® 保險絲脈沖折減比例

            脈沖電流的熱熔值Ir2t與保險絲的熔化熱熔值If2t的比例

            耐受脈沖次數

            Ir2t<= 20% If2t

            100,000

            Ir2t<= 30% If2t

            10,000

            Ir2t<= 40% If2t

            1,000

             


            選型流程

            選項參數中的第1、2 項是穩态參數,第3-6 項爲瞬态參數,

            穩态參數

            1. 保險絲額定電流值(In)≥工作電流(I)/75%。
            2. 依據工作溫度,确定溫度折減系數(K),滿足穩态參數要求的保險絲電流值的計算公式:In≥I/75%/K

            瞬态參數

            3. 計算脈沖電流I2t,參見表1 幾種常見脈沖電流的熱熔值的計算。複雜或非典型的波形可以用數字示波器的數據做積分計算;
              或者用簡化計算法,用可以完全覆蓋脈沖波形的典型脈沖波形做近似計算。
            4. 脈沖折減,依據所需耐受脈沖次數,從表2 查找脈沖折減系數。
            5. 如果脈沖發生時環境溫度會大于室溫,需要做相應的溫度折減。
            6. 确定可耐受脈沖次數的保險絲最小的電流值。

            安規或者電路保護規定

            7. 确定可以滿足安規認證或者保護性能要求,例如受保護IC 的最大I2t 耐受值,保證電纜不會過熱的最大電流和時間等,的最大
              保險絲規格。

            選擇滿足設計規範的保險絲

            以上第2、6 步的結果中較大的保險絲額定電流值決定了設計窗口的下限,第7 步确定了上限。選擇的保險絲規格須落在這個設計窗口内。

            測試驗證

            以上計算得到的選項規格,需要經過實際電路測試驗證,特别是要模拟實際使用的環境,按照脈沖耐受次數的要求做全壽命測試。


            範例

            以下通過一個實際案例說明上述的選型流程

            電路參數:

            1、最大穩态工作電流:I=0.6A
            2、工作溫度: +65°C
            3、最大瞬态脈沖電流的波形爲正弦波,最大電流 Ip =45.5A,脈沖寬度 t=120μSec
            4、所需耐受脈沖電流的次數: 100,000次
            5、過載電流和在該電流下的熔斷時間:I=10A,60Sec
            6、應用中可能出現的最大故障電流:50A
            7、最大工作電壓: 12V
            8、封裝尺寸: 1206
            9、安規認證标準:UL Recognized

            穩态參數計算:

            滿足穩态參數要求的保險絲最小的額定電流爲:In ≥ I/0.75(電流折減系數) /K(溫度折減系數) =0.6/75%/90%=0.89A。這樣額定電流大于或等于1A 的保險絲可以滿足穩态參數的要求。

            瞬态參數計算:

            I2t 計算:
            參見表一的公式計算脈沖電流的熱熔值。同時需考慮到環境溫度對脈沖耐受能力的影響。
            脈沖電流的熱熔值:
            Ip2t =0.5×(45.52A)2×120μSec=0.1243A2Sec
            該應用要求保險絲在+65°C 條件下,須耐受 100,000次脈沖。這樣需要同時考慮脈沖折減和溫度折減。
            If2t ≥ Ip2t/P(脈沖折減)/K(溫度折減)=0.1243/20%/90%=0.69A2Sec

            比對AEM 産品目錄中的I2t vs t 曲線,滿足120μSec 的熱熔值If2t 大于0.69 A2Sec 的保險絲規格是不小于3.5A。這樣,額定電流大于或等于3.5A 的F1206HI系列保險絲可以滿足瞬态參數的要求。

            保護性能要求:

            保險絲需要在10A電流情況下,60秒鍾内熔斷。AEM的F1206HI 系列的熔斷特性(Clear-time Characteristics)在200%過載電流時是小于60 秒。
            所以應該選用不大于5A的保險絲。

            結論:

            綜合以上計算結果,F1206HI 系列的3.5A 至5A 是可以滿足所有要求的産品規格範圍。
            考慮到電路中其他元件的參數波動也會導緻脈沖電流波動,在符合設計上下限要求的前提下,建議預留30%的餘量以避免極端條件下保險絲發生不正常的熔斷現象。