中心議題：
- 介紹電路保護(hù)基礎(chǔ)
- 提出用雙保險(xiǎn)來為較高等級(jí)電流提供保護(hù)的方案
- 展望下一代電路保護(hù)
解決方案：
- 用雙保險(xiǎn)來為較高等級(jí)電流提供保護(hù)
- 均衡雙保險(xiǎn)管電路應(yīng)注意4條規(guī)則
對(duì)很多電路來說，選擇一款有適當(dāng)額定電流和工作電壓的保險(xiǎn)通常是一個(gè)很簡單明了的工作。但某些情況下，找不到一種有適當(dāng)額定電流和電壓組合的保險(xiǎn)，于是電路設(shè)計(jì)者必須求助于某種創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以提供所需的保護(hù)。
對(duì)某些電子系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，這種情況正日益成為一種常見現(xiàn)象，如用于PC服務(wù)器、大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、基站電源和PC服務(wù)器冷卻風(fēng)扇控制電源的電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）。設(shè)計(jì)者要在一塊電路板上裝上越來越多的元器件，要求電路能承受高達(dá)20A或30A的電流。在這種等級(jí)的電流下，保護(hù)板級(jí)器件免遭故障損害就成為一個(gè)問題，因?yàn)橐话阏也坏接羞@種額定過流值的次級(jí)保險(xiǎn)。例如，不久以前還找不到額定電流高于15A的125V表面安裝型保險(xiǎn)。
為較高等級(jí)電流提供保護(hù)的常見解決方案是使用兩只保險(xiǎn)，它們有相同的額定電流值，將兩只作并聯(lián)。不過，由于不存在兩只完全相同的保險(xiǎn)，總有一只保險(xiǎn)承受的電流大于另一只。因此，即使線路電流是在規(guī)格范圍內(nèi)，但承擔(dān)較高負(fù)載的保險(xiǎn)仍會(huì)熔斷，于是很快另一只也熔斷。以下是保險(xiǎn)匹配以及確定電路額定值的一些指南，為雙保險(xiǎn)方案提供所需的保護(hù)：
電路保護(hù)基礎(chǔ)
UL標(biāo)準(zhǔn)保險(xiǎn)通常都有75%的降額因素，以保證能提供所需的電路保護(hù)。
保險(xiǎn)的直流阻抗通常有15%的公差；因此在最差情況下，兩只隨機(jī)選擇保險(xiǎn)（相同額定電流，且來自同一制造商）的直流阻抗可以相差到35%（1.15 Rdc/0.85 Rdc = 1.35，即差35%）。例如，考慮一個(gè)電路，要求一種將最大工作電流限制在15A的保險(xiǎn)。算上降額因素，該電路將需要一種20A的保險(xiǎn)，才能提供所需的過流保護(hù)。（見圖1。）
如果找不到符合所需工作電壓的20A保險(xiǎn)，則可以將兩只10A保險(xiǎn)并聯(lián)，期望它們能平均分擔(dān)負(fù)載電流，完成單只20A保險(xiǎn)的功能。這里假設(shè)一支保險(xiǎn)上過大的電流會(huì)分流到另一個(gè)上，造成一種均衡的狀態(tài)。但是，這種情況很少出現(xiàn)，因?yàn)閹缀醪豢赡苷业絻芍耆粯拥谋ｋU(xiǎn)。
如果兩支保險(xiǎn)的直流阻抗有很大差別，流經(jīng)的電流也會(huì)相差很大，電路保護(hù)就會(huì)出現(xiàn)問題。一般來說，一支保險(xiǎn)承受的電流要高于另一支，可能工作在接近過流極限值處，而另一支則遠(yuǎn)低于安全極限。因此，用兩支保險(xiǎn)完成一種功能會(huì)影響到電路的過流保護(hù)。
繼續(xù)以需要20A保護(hù)的電路為例，假設(shè)由于直流阻抗的不匹配，流經(jīng)一支10A保險(xiǎn)的電流比流經(jīng)另一支保險(xiǎn)的要高20%。如果工作電流為14A，則流經(jīng)兩支保險(xiǎn)的電流分別為6.36A和7.64A。但是，一支10A UL標(biāo)準(zhǔn)的保險(xiǎn)設(shè)計(jì)承受的安全電流不超過7.5A。因此，當(dāng)電路在14A運(yùn)行某段時(shí)間時(shí)，承受7.64A電流的保險(xiǎn)就有很大可能開路。一旦這支保險(xiǎn)開路，所有電流將流經(jīng)剩下的那支保險(xiǎn)，并使之熔斷。
電路設(shè)計(jì)者可能察覺不到這個(gè)問題，因?yàn)樵谏a(chǎn)測試時(shí)不太可能表現(xiàn)出來。當(dāng)一支保險(xiǎn)承受的電流超過其額定值的75%，但遠(yuǎn)低于過載條件時(shí)，其熔斷時(shí)間并不確定。因此，電路可能要經(jīng)過長時(shí)間測試，才足以使之熔斷。
除直流阻抗以外，另外一個(gè)重要的考慮因素是兩支保險(xiǎn)所處位置之間的溫度差。保險(xiǎn)是溫度敏感器件，它們的有效額定電流會(huì)隨著環(huán)境溫度的上升而減小。如果兩支并聯(lián)保險(xiǎn)中，其中一支的工作溫度高于另一支，則它將有較小的有效額定電流，因此比另一支更早地進(jìn)入過載。
如何均衡雙保險(xiǎn)管電路
雖然使用兩只并聯(lián)保險(xiǎn)有著上述不確定性，但可以遵守下面這些實(shí)用的指南，改進(jìn)它們的工作可靠性：
首先，兩支保險(xiǎn)必須盡可能地匹配。不僅它們的額定值要相同，確保兩支保險(xiǎn)是同時(shí)制造的也是一個(gè)不錯(cuò)的想法。這樣能確保兩支保險(xiǎn)的直流阻抗盡可能匹配。
其次，兩支保險(xiǎn)永遠(yuǎn)不可能均分電流。因此，要為組合增加20%的降額因素。
第三，細(xì)心追蹤每支保險(xiǎn)的熱歷史。兩支保險(xiǎn)都應(yīng)保持在相同溫度下，包括環(huán)境溫度和正常工作溫度。因此，確定讓兩支保險(xiǎn)都暴露在相同的氣流中，引線或保險(xiǎn)管夾上都有相似的熱傳導(dǎo)機(jī)制。
第四，最大斷路電流等于單支保險(xiǎn)的值，而不是兩支保險(xiǎn)最大斷路電流之和。同樣，最大斷路電壓也等于單支保險(xiǎn)的值，而不是兩支保險(xiǎn)斷路電壓之和。
遵守了這些設(shè)計(jì)指南以后，流經(jīng)兩支并聯(lián)保險(xiǎn)的電流基本相等，它們可以在低于自己過流極限條件下良好地工作。此外，當(dāng)出現(xiàn)過載事件時(shí)，兩支保險(xiǎn)差不多在相同時(shí)間開路，為電路板的元器件提供保護(hù)。
下一代電路保護(hù)
正確設(shè)計(jì)的雙保險(xiǎn)電路能為大電流電路板提供較好的保護(hù)，但最好的方案還是用一支有正確額定電流和電壓的保險(xiǎn)。保險(xiǎn)供應(yīng)商對(duì)電路板工作在更大電流下的趨勢(shì)作出了響應(yīng)，他們開始推出額定用于125V 20A和30A的表面安裝保險(xiǎn)。由于它們是表面安裝器件，這些保險(xiǎn)外形低矮，比引線保險(xiǎn)易于安裝。
保護(hù)電路板元器件不受越來越大電流的損壞是件復(fù)雜的事，因?yàn)闆]有現(xiàn)成滿足要求的保險(xiǎn)。提供保護(hù)的方法可以是仔細(xì)設(shè)計(jì)的雙保險(xiǎn)電路，或有足夠額定值的單支保險(xiǎn)。
作者介紹
K.K. Wu是Littelfuse HK Ltd.產(chǎn)品經(jīng)理。他在電子元件業(yè)有19年的工作經(jīng)驗(yàn)。他持有香港中文大學(xué)的電子工程學(xué)士與信息工程碩士證書。他亦獲得了香港城市大學(xué)的MBA學(xué)歷，并是IET(UK)的成員。
