本文用LOTO示波器和5A的电流探头来实验两种常见类型的保险丝的保护曲线。一种是熔断型的,另一种是自恢复型的。我们通常需要在一些电路中对电流过大的情况做保护,比如防止用户把输出源短路,比如防止用户对电路灌入大电流烧毁。这种情况下,我们需要在需要保护的电路中串入保险丝。

熔断型的保险丝原理是当电流增大,保险丝的温度升高,打到额定电流后烧断保险丝,从而切断了电流路径。

自恢复保险丝(Polymeric Positive Temperature Coefficient,PPTC)的原理是,当电流增大到一定程度后,过流使它温度升高时,阻值急剧增大几个数量级,使电路中的电流减小到安全值以下,从而使后面的电路得到保护,过流消失后自动恢复为低阻值,免除电流保险丝经常更换的麻烦。

我们实测一个标称200mA/250V的熔断型保险丝的电流保护情况。我们用LOTO的USB示波器OSC482,带一个串入电源回路中的电流探头,这个电流探头的内阻只有0.2毫欧,同时串联上这个保险丝。然后通过示波器监测电流中的电流波形。正常状态我们不开启电源,电流为0,然后突然打开开关,将一个5A的电流突然加入到回路中,我们观察保险丝路径中的电流波形,从而分析出这个保险丝的保护情况。

我们得到如下电流曲线结果:

可以看到,当5A的电流突然加到电路中时,50ms的时间,电流从0突然升高到3.55A左右,然后用260ms的时间降到了1.25A,然后完全熔断,电流变为0。这和标称的200mA完全对应不上,所以在使用这种保险丝时,你的电路承受不了持续几百毫秒的3A电流的话,还是会被损坏的。

接下来我们看看一款350mA的自恢复保险丝的实测情况。

我采购了NANOSMDC035F-2这个型号的PPTC,

保持电流(Hold Current)IH:不会使电阻值突变的最大电流。
触发电流(Trip Current)IT:能使电阻值突然变大的最小电流,一般为保持电流的两倍。
额定电压(Rated Voltage)VMAX:在额定电流下能承受的不会损害PPTC器件本身的最大电压。
最大电流(Maximum Current)IMAX:在额定电压下能承受的不会损害PPTC器件本身的最大电流。
动作功率(Typical power)Pd:动作状态下消耗的功率。
最大动作时间(Max Time to Trip)Ttrip:规定电流下的最大动作时间。
静态电阻(Resistance Tolerance)RMIN、RMAX:在不加电情况下的静态电阻最小值Rmin和最大值Rmax,器件的实践值在该范围之内,即Rmin≤R≤Rmax。

为了方便,我把贴片的PPTC焊上了两只脚,同样的电路环境下,我们得到我们得到如下电流曲线结果:

可以看到,当5A的电流突然加到电路中时,24ms的时间,电流从0突然升高到1.5A左右,然后用500ms的时间降到了0A左右。这和标称的350mA完全对应不上,所以在使用这种保险丝时,你的电路承受不了持续几十毫秒的1.5A电流的话,还是会被损坏的。

断开电路,检测下PPTC的电阻,1.7欧姆,虽然不是资料里写的最大1.3欧姆,但是还是算自恢复了。

综合两次试验的结果,相同的标称值的情况下,自恢复保险丝的保护性能还是优于熔断型保险丝的,并且方便。

实测视频链接:

https://www.bilibili.com/video/BV1UA411v7wC

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