参数
①常态电流:首先我们必须知道,在所使用的电路中流经保险丝的常态电流大小。通常情况下我们要预先设定一个减额量,然后按下面的原则来进行选择:即常态电流必须小于额定电流与减额系数的乘积。
②熔断电流:按照UL规格的规定,保险丝应在额定电流2倍的情况下快速熔断。但在大多数情况下,为了确保可靠地熔断,我们推荐熔断电流应大于额定电流的2.5倍。另外熔断时间是重要的话,还必须参考厂商提供的熔断特性图来作出判断。
③开路电压:开路电压一般应选定为小于额定电压。例如将额定电压为DC24V的保险丝用于AC100V的电路中时,有可能引燃保险丝或使保险丝破裂。
④短路电流:我们把电路短路时流过的最大电流值称之为短路电流。对于各种保险丝来说,额定断路容量是有规定的,我们在选择保险丝时必须注意不要使短路电流超过额定断路容量。如果选择了断路容量小的保险丝,则有可能使保险丝破裂或者引发火灾。
⑤冲击电流:观测冲击电流的波形(脉冲电流波形),用I2t值(焦耳积分值)来计算它的能量。冲击电流的大小和次数不同,对保险丝造成的影响也是不同的。冲击电流的I2t值与单脉冲的熔断I2t值之比决定了保险丝耐冲击电流的次数。
具体的选择方法
下面所列为参照图2的波形和参数值来选定保险丝时的一个实例。
①常态电流:对于常态电流为1.2A,使用减额系数为75[%]的保险丝时,我们必须选择额定电流大于1.2A÷0.75=1.6A的保险丝。
②熔断电流:为了确保熔断电流大于额定电流的2.5倍,我们必须选择小于5A÷2.5=2A额定电流值的保险丝。综合①与②两点,我们应该把1.6~2.0A保险丝作为选择对象,从耐脉冲性能好这点出发,应选定2.0A的较为有利。
③开路电压和短路电流:选择额定电压大于12V、短路断路容量大于25A的保险丝,JAD型、KAB型和KAC型都符合使用条件。
④冲击电流:计算冲击电流的I2t值(焦耳积分值)。冲击电流为三角波时可以按下式计算:通过厂商提供的焦耳积分值-时间特性图,我们可以查阅到1ms时的I2t值,这是一个在单脉冲情况下熔断的I2t值
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。
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
比对华巨产品目录中的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。华巨的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。