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贴片式保险丝设计原理及参数

时间:2011-08-26 08:44:59

     贴片式保险丝的设计原理

      标准的熔断保险丝是密封在陶瓷或玻璃管内的金属线,管内填充了空气或沙粒。而贴片式保险丝采用了完全不同的技术原理,大多数贴片式保险丝看起来像标准的贴片式器件,使用单层或多层陶瓷衬底。以前的一些设计采用类似于印刷电路板的环氧玻璃纤维衬底。

      在单层衬底顶部或多层衬底中间的基本熔体是一种高导电率的材料,例如铜、金或铜锡、银钯合金。这些复合材料能提高保险丝耐受涌入电流的能力,但也会因受热应力的影响而降低稳定性,导致在多个涌流周期后出现不正确断开的概率增加。

      根据衬底类型的不同,熔体可采用激光微调的厚膜沉积物或化学刻蚀的金属层,达到所期望的性能参数,还可使用粘合金线。由于外形和厚度已经确定,因此在遭受过压且电流达到一定等级时,熔体会在确定的时间内熔断。

      要让贴片式器件完成这个功能层的作用,必须对熔体进行保护,使其免受环境条件的影响。在单层贴片式保险丝中,熔体的表面通常都包覆着一层漆或环氧树脂。多层贴片式保险丝熔体的衬底层本身就有保护作用。由于贴片式保险丝的额定电流可达到7A~8A,因此它们需要低阻值的SMD触点。

      熔断特性(见图1)是贴片式保险丝最重要的特性,该特性定义了在一定过流等级下的熔融时间。如果电流达到预设等级,在被称为pre-arc时间的周期内,熔体里散发的电功率足以将熔体熔融和蒸发掉。

      关键性能参数

      图1所示的熔融特性有两个主要区域。在箭头所指曲线左边的第一个区域,包括在阴影区的正常“瞬时”操作区域,以及在短时过流达到保险丝额定电流两倍时的情况。这个区域定义了贴片式保险丝承受脉冲负载的能力,该能力取决于熔体的特性,如增大熔体的交叉区域就可实现高脉冲负载。

      箭头所指曲线定义了超过保险丝额定电流的过载和短路电流的熔融时间,图中保险丝的额定电流(IR)是5A。熔断保险丝所需的能量可表示为I2T。所以当过流增加时,保险丝的断开时间会变短。一般,在过流达到两倍额定电流的情况下,保险丝应当在1s~3s内断开;在过流达到10倍额定电流时,保险丝应当在不到0.1ms的时间内断开。反过来看,要防止保险丝在遇到正常涌流的时候断开,涌入脉冲的最大I2T应当小于保险丝的最大额定I2T的50%。

      保险丝的熔断时间与熔体和环境之间的热阻有关,这取决于熔体、衬底、密封和端子的参数,也和印刷电路板的布局有关。因此断开时间,还有保护的有效性,既取决于制造技术,也和产品设计有关。如果熔体和环境之间的热阻过低,可能会没有足够的能量熔化熔体。这样在过载电流等于两倍额定电流时,保险丝在120s内无法切断过载电流。

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