大大魚乾的類比電源講堂1
【前言】
魚乾的電源有一半是數位的，另一半當然就是類比的，不然怎麼會叫做半數位電源呢?—好像講廢話…/__\ ~好了，不廢話言歸正傳:
說到電源就不得不提到最重要的配角—保險絲(Fuse)。
電源供應器是由許多電子零件所構成 , 在那麼多電子零件當中 , 保險絲扮演相當重要角色 , 當電路發生異常或故障時 , 相對電路迴路上的電流會異常升高 , 而可能會造成電路上零件嚴重損壞 , 所以會在電源輸入端串聯保險絲作為保護機制 ,
先前有提到即便是每秒高達百萬次運算速度的數位電源，也很難在第一時間內反應、進而切斷開關達到保護的作用，乃是因為數位電源內也有許多類比的補償、造成時間的延遲所導致。
而保險絲熔斷是靠溫度及時間累積來熔斷金屬熔體 , 溫度則是電流流過保險絲所產生 ,我們在保險絲規格書常看到I2t 單位為A2S , 則表示保險絲流過電流溶斷時所需能量。
在電源供應器設計上大都會選用慢速熔斷保險絲作為設計 , 因慢速熔斷保險絲特性適合應用於湧浪較頻繁的電路 , 在電源供應器開機時 , 初級側高壓電解電容瞬間短路 , 所以輸入電流會產生幾十安培或更高湧浪電流 , 但這湧浪電流時間很短暫 , 如果選錯保險絲規格 , 電源供應器開機時保險絲可能無法承受高湧浪電流造成保險絲斷路或電路發生異常或故障時保險絲無法有效熔斷金屬熔體 ,以下會針對保險絲參數及選用做一個簡單說明 , 提供給電源工程師在電源設計上做為參考。
【保險絲參數介紹】
- 額定電壓 Voltage Rating :
保險絲額定電壓需大於或等於產品最大的使用電壓，當保險絲溶斷後兩端點間可能會發生電弧現象 , 造成保險絲無法有效斷路。
- 額定電流 Current Rating (In) :
保險絲應用於電路正常工作電流 , 但因保險絲在實際應用與實驗室測試條件的差異 , 如保險絲使用保險絲座保險絲夾產生的接觸電阻及電路中導線橫截面積等以上因素 , 所以在環溫25±5℃條件下 , 保險絲能持續可靠地工作 , 選用方式如下:
- 美規保險絲 - 建議工作電流不超過保險絲額定電流的75%。
- 歐規保險絲 - 建議工作電流不超過保險絲額定電流的90%。
- 操作溫度 :
保險絲熔斷是靠溫度及時間累積來熔斷金屬熔體 , 所以環境溫度對保險絲額定電流承載能力有很大影響 , 在選用保險絲時須考慮環境溫度對額定電流Derating , 而每一家保險絲Derating curve 有所不同。
- 電流脈衝 :
是指電流在短時間內突變後迅速回到初始狀態 , 如開機瞬間或電壓變化等因素 , 而電流脈衝會產生熱 , 長時間使用下會影響保險絲壽命 , 所以設計時需考慮脈衝循環承受能力及脈衝波形來計算脈衝的I2t。
<脈衝循環承受能力>
<脈衝波形>
Example:
- Input Voltage: 90 ~ 264Vac
- Output Watt: 12W
- η: 85%
- Lightning Surge : Line to Line / 2Ω (IEC61000-4-5)
Sol:
- 求輸入電流 , 在輸入90Vac時輸入電流最為
- 考慮保險絲操作溫度及安規Rating.
b. 查詢保險絲環境溫度-電流曲線 , 在溫度70℃下 , 電流需抓95% rating
c. UL Rating 為 75%
3. 考慮 Inrush電流
a. 輸入264Vac時Inrush電流最為worse , 一般電容5τ可完成100%充放電 , 假設Inrush的時間等於 t
b. 輸入NTC為3Ω , Choke阻抗及PCB迴路阻抗為理想值0Ω, 電容為22uF/400V.
τ=RxC
τ= 5x3Ωx22uF
τ=0.33ms.
- 需考慮Lightning Surge I2t
b. 保險絲型錄會提供 對應波形 , 找類似波形代入公式. (Fig5)
c. 最後再考慮脈衝循環承受能力.
Lightning Surge驗證會在100次以內 , 所以參數代入0.48。
5.結論:
經以上已知條件求出
- Iin = 0.4A
- Inrush current = 1.703
- Lightning Surge =20.83
∴ 保險絲選用規格需滿足以上條件.
【參考資料】
- 華德電子
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