PCB熔断电阻器技术的效益VS成本控制方案

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针对实际应用场景选用电阻器

因兼具熔断器和电阻器的双重作用,熔断电阻器成为设计工程师的首选无源元件。用一个部件代替两个可既节省成本,又可节省PCB空间。在功率等级较低的应用中,膜式熔断电阻器是理想之选,这类应用对过载控制能力和抗浪涌能力的要求不太严格。电源和控制电路一般应用于电力工具、电表、通信设备、厨房电器和烟雾探测器当中,而这类装置通常需要更加坚固的电阻器,以承受更高功率、更高短期浪涌及更高的温度。这些应用需要电阻器具备多种抗浪涌力,以及达到无附带损坏的熔断或故障的冲突要求,线绕电阻器正好能够满足这些要求。

膜式熔断电阻器

膜式熔断电阻器技术一般使用标准电阻器薄膜合金和材料,作为熔断零件的基座。为确保可靠的、可重复性熔断特性,喷镀薄膜的厚度和成分必须经过更加严格的监控,以确保批量制造的统一性。镀膜过程结束后,需校准,这一步骤至关重要。零件的熔断动作就是由此过程控制,同时可指示准确的电阻值。校准调整越多,熔断时间越短,熔断既定尺寸和电阻值所需的功率就越低。


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标准膜式熔断电阻器

但是,当校准调整用于控制熔断时间时,特定制造批量的电阻值将出现大幅波动。电阻值的波动将会导致熔断性能不稳,由于高电阻值加快了熔断速度,因此,许多熔断电阻器仅提供5%或更高的绝对电阻公差。标准熔断特征规定了指定放大倍率(如10倍、15倍或25倍)条件下的熔断时间(通常低于30秒、15秒、5秒等)。膜式熔断电阻器适宜多种低功率低浪涌的应用中,例如包括低级防火安全监控和管理、高端音频/视频系统、环境管理控制和系统及激光打印机。

线绕熔断电阻器

标准线绕熔断应用要求熔断电阻器在不造成故障的情况下传递某种类型的短瞬态事件。电器及白色家电行业、电力工具、电表、通信设备、消防安全设备和HVAC系统都需要这种类型的电阻器。例如,能够传递数百次6000V、20μs脉冲,但可在120V短路过载情况下快速熔断且不会起火的易熔线绕电阻就是这种电阻器。要制造可承受6k V浪涌的线绕电阻器相对容易,但要保持这种性能,同时在不起火或无过热的情况下开启熔断特性就困难多了。


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SP3A系列防脉冲式线绕熔断电阻

一些制造商通过简单弱化该元件与端帽间的两个焊点中的其中一个,创造了线绕电阻器的熔断动作。虽然这种做法的确实现了故障安全特性,但这种熔断器设计的可重复性远远低于预期。在某些情况下,此零件在正常电路条件下就会熔断,而在另一些情况下,只有PCB烧焦或引发火灾后,此零件才会熔断。而先进的线绕熔断技术利用了电阻丝合金的材料属性、铁芯尺寸和形状、引线和热管理。

另一个会影响线绕熔断电阻器性能的因素是调整过程。任何调整都将减少电缆元件的有效载流量。在某些情况下,导线横截面可减少40%之多。这个调整过程通常不会明显降低线绕电阻器的稳态功率容量,但是会给设备的抗浪涌能力带来严重影响。

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SM4表面安装式线绕电阻器

例如,虽然标准商用线绕电阻器仅可保证0.4J的处理能力,但一个经过最低校准调整或未经校准调整的5W低电阻值防脉冲线绕电阻器可承载约70J左右的能量。

应个别消费者的要求,线绕熔断电阻器仅比标准元件价格略高。虽然对材料和调整的界定和限制的确助长了制造成本,但故障安全性能的整体效益一般会高于任何名义价格的增长。

对可熔断故障安全线绕电阻器

的关注与日俱增

许多电源设计工程师使用单一故障安全线绕电阻器代替线绕电阻器和独立熔断器。但为实现仅使用单个设备的目标,UL最近重点聚焦电机控制及保护应用中使用的电阻器和熔断器上。与两个分开的独立零件相比,单个零件更具可靠性和可复制性,并且通常价格更加低廉。虽然使用热熔断器会降低电阻器的有效功率容量,但它的确提供了与众不同的熔断动作,并可保证在超过一定温度水平时为电路提供保护。

应用中的注意事项

线绕电阻器的最大优势在某些应用中也是它的最大劣势:这是一种非常强大的电阻器技术。虽然这种电阻器非常适于不存在持续严重过载的应用环境,但在可能出现过度功率的应用中却易出现问题。这种线绕电阻器会持续升温,最终会自毁或损坏与之临近的所有部件。在不大幅降低稳态功率容量的条件下,创建一种可靠的、可重复的熔断特性,可以将这些线绕电阻用于多项无法安全使用标准线绕电阻器的应用当中。我们通过对材料的仔细斟酌和对制造流程的严格把控,且不大幅提升成本的条件下,生产出了既可安全熔断又可承受6kV或更高短浪涌的电阻装置。

作者:STACKPOLE  ELECTRONICS公司  科利·施罗德


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