贴片式保险丝实现过流保护设计原理及管件参数

 
   贴片式保险丝拥有者小体积的优势,在电路板设计中备受热捧,占用的板子空间小,多数应用于小电流回路中起过流保护。
 
    贴片式保险丝实现过流保护的设计原理:
 
  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。

(一次性贴片式保险丝)
 
 
    贴片式保险丝实现过流保护关键性能参数:
 
  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。
 
贴片式保险丝实现过流保护主要在于其稳定性和可重复性:
 
  实际上,精度、可重复性和稳定性这些熔断特性主要取决于熔体的设计和所采用的制造技术。了解这两个因素的影响,就抓住了给指定应用挑选最佳贴片式保险丝的核心。
 
  熔断特性的稳定性与元器件的设计密切相关,而其可重复性主要依赖于稳定性和贴片式保险丝制造技术的精密度。
 
  稳定性如何反应熔断参数呢?贴片式保险丝的电阻是决定熔断特性的参数。
 
  由于在过载条件下施加的能量与电阻值成正比,保险丝的电阻越大,就熔断得越快;相反,减小电阻值将会延长熔断时间。
 
  厚膜电阻的使用经验表明,短时过载、焊接热等热应力和脉冲应力会使阻值发生漂移。
 
  这些在贴片式保险丝里发生的现象将会改变保险丝的特性,进而缩短熔断时间。
 
  虽然熔体使用了几种不同的材料,例如铜锡合金,可以达到高水平的I2T,但在持续的热应力之后,熔体对断开时间的缩短是非常敏感的。
 
  这是由于应力会导致熔体组成材料的迁移,如图2所示,该图显示了在施加脉冲负载应力之后,铜锡合金正在发生迁移的情况。
 
根据功率负载的量级和持续时间不同,此类保险丝会改变熔断特性,加速熔断时间。
 
  采用一些保持贴片式保险丝阻值稳定的技术,可以防止熔断特性的类似漂移。
 
  在设计阶段,电子工程师会碰到熔断特性大幅变化的情况。一般来说,贴片式保险丝是低阻值的电阻,其阻值只有几欧姆。如上所述,熔融特性与电阻值有关。
 
  如果电阻值的变化范围很大,熔融特性也就相应地有很大变化。由于这种可能发生的变化,贴片式保险丝在碰到正常的涌流时就断开,或是相反,在过载情况下,应该断开时却不断开,这种最糟糕的情形是工程师必须避免的。