開關(guān)電源中自恢復(fù)熔絲的應(yīng)用
1.自恢復(fù)熔絲的特點
自恢復(fù)熔絲是20世紀(jì)90年代問世的一種新型過電流保護(hù)器件。傳統(tǒng)的保險絲屬于一次性過電流保護(hù)器，熔斷后需要更換，設(shè)備才能正常工作，使用上不方便。由聚合物摻加導(dǎo)體而制成的自恢復(fù)熔絲，圓滿的解決了上述難題。它具有體積小、種類規(guī)格齊全、開關(guān)特性好、能夠自行恢復(fù)、反復(fù)使用、不需要維修等優(yōu)點。產(chǎn)品根據(jù)形狀分為圓片型，方形，小型化表面貼裝型。
自恢復(fù)熔絲具有開關(guān)特性，也稱為聚合物開關(guān)。內(nèi)部由高分子聚合物在高壓、高溫，硫化反應(yīng)的條件下，攙加導(dǎo)電粒子材料后，經(jīng)過特殊的工藝加工而成。由于聚合物能將導(dǎo)電鏈緊密的束縛在晶狀結(jié)構(gòu)上，因此常態(tài)下的電阻很低，僅為零點幾歐姆，工作電流通過自恢復(fù)熔絲時所產(chǎn)生的熱量很小，不會改變聚合物內(nèi)部的晶狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)發(fā)生短路故障時，電流急劇增大，導(dǎo)電鏈產(chǎn)生的熱量使聚合物從晶狀膠體變成非晶狀膠體，原本被束縛的導(dǎo)電鏈便自行分離斷裂，元件的電阻值就迅速增加幾個數(shù)量級，呈現(xiàn)開路狀態(tài)，立即將電流切斷，起到保護(hù)作用。而一旦過電流故障被排出后，元件很快又恢復(fù)成低電阻狀態(tài)。正是這種“低阻”或者“高阻”的可持續(xù)轉(zhuǎn)換，才使之能夠反復(fù)使用而無需更換。
自恢復(fù)熔絲的電阻值和溫度有關(guān)系，共分為以下幾個階段。當(dāng)溫度升高時，其發(fā)熱量與散熱量達(dá)到動態(tài)平衡。即使電流稍大或者環(huán)境溫度升高些，增加的熱量仍可散發(fā)到空氣中。若電流進(jìn)一步增大，直至發(fā)熱量大于散熱量時，自恢復(fù)熔絲的溫度就會迅速升高，很小的溫度變化量就會造成電阻值急劇增大，阻擋電流通過，保護(hù)設(shè)備免受損害。在過電流保護(hù)后的幾秒鐘之內(nèi)，隨著溫度的降低，電阻值又迅速變小。
備注：自恢復(fù)熔絲也具有PTC熱敏特性，但與正溫度系數(shù)熱敏電阻有著本質(zhì)區(qū)別。它屬于高分子聚合物-導(dǎo)體，而PTC元件是由鈦酸鋇與稀土元素?zé)Y(jié)而成的陶瓷材料，此外PTC元件是在常溫下的電阻值較大，不適合做熔絲使用。
2.典型應(yīng)用
自恢復(fù)熔絲可廣泛用于開關(guān)電源、充電器、電子儀器、家用電器、計算機(jī)和通信設(shè)備中，起到自動保護(hù)作用。將自恢復(fù)熔絲直接串聯(lián)在單片機(jī)開關(guān)電源的直流輸出端，即可實現(xiàn)過電流保護(hù)功能。在衛(wèi)星電視接收機(jī)設(shè)備中，一般采用一根同軸電纜傳輸電視信號。當(dāng)用戶的同軸電纜接口處發(fā)生短路故障，形成過電流現(xiàn)象時，容易損壞電視機(jī)的元器件，為此在電視機(jī)的電源上串聯(lián)一只自恢復(fù)熔絲，一旦出現(xiàn)過電流故障，自恢復(fù)熔絲就變成高阻態(tài)，能有效的保護(hù)電視機(jī)，而當(dāng)故障被排除后它能夠自行恢復(fù)，不影響電視機(jī)正常工作。在自動報警系統(tǒng)的單元上，均需加過電流或者過熱保護(hù)電路，可采用自恢復(fù)熔絲，這樣可避免任何一單元因過流或過熱而損壞。若將自恢復(fù)熔絲串聯(lián)在充電器與電池組之間，能夠防止蓄電池因過度充電、外部短路或者過熱等故障而損壞。當(dāng)電機(jī)負(fù)載過重、堵轉(zhuǎn)而造成過熱時，很容易燒毀電動機(jī)，在整流器后面串入自恢復(fù)熔絲后，能對直流電動機(jī)起動保護(hù)作用。 把自恢復(fù)熔絲串在音響的揚(yáng)聲器水姑娘，當(dāng)過電流時能夠保護(hù)揚(yáng)聲器不會損壞，而自恢復(fù)保險絲所引起的功率損耗低于0.1dB,且不存在電感、電容效應(yīng)，在聽覺頻率范圍內(nèi)也不會造成失真。把自恢復(fù)保險絲串入電源變壓器的二次繞組電路中，可對多路穩(wěn)壓電源進(jìn)行保護(hù)。用它替代數(shù)字萬用表中的保險管，也是適合的方案，就不需要經(jīng)常更換熔斷的保險管了。
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電源適配器的干擾及解決方法
根據(jù)電磁兼容性產(chǎn)生的要素，解決電源適配器的電磁兼容性可從三個方面入手：
1）減小干擾源產(chǎn)生的干擾信號
2）切斷干擾信號的傳播途徑
3）增強(qiáng)受干擾體的抗干擾能力
對電源適配器產(chǎn)生的對外干擾，如電源線諧波電流、電源線傳導(dǎo)干擾、電磁場輻射干擾等，只能用減小干擾的方法來解決。一方面，可以增強(qiáng)輸入/輸出濾波電路的設(shè)計，改善有源功率因數(shù)補(bǔ)償（APFC）電路的性能，減小開關(guān)管及整流、續(xù)流二極管的電壓、電流變化率，采用各種軟開關(guān)電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)及控制方式等；另一方面，加強(qiáng)機(jī)殼的屏蔽效果，改善機(jī)殼的縫隙泄露，并進(jìn)行良好的接地處理。
對外部的抗干擾能力，如浪涌、雷擊，應(yīng)優(yōu)化交流輸入及直流輸出端口的防雷能力。對雷擊可采用氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管等的組合方法來解決。對于靜電放電，采用TVS管及相應(yīng)的接地保護(hù)，加大小信號電路與機(jī)殼等的距離，或選用具有抗靜電干擾的器件來解決。減小電源適配器的內(nèi)部干擾，應(yīng)從以下幾個方面入手：注意數(shù)字電路與模擬電路單點接地，大電流電路與小電流特別是電流、電壓取樣電路的單點接地，以減小共阻干擾、減小地環(huán)的影響；布線時注意相鄰線間的間距及信號性質(zhì)，避免產(chǎn)生串?dāng)_；減小地線阻抗；減小高壓大電流線路特別是變壓器原邊與開關(guān)管、電源濾波電容電路所包圍的面積；減小輸出整流電路及續(xù)流二極管電路與直流濾波電路所包圍的面積；減小變壓器的漏電感、濾波電容的分布電容；采用諧振頻率高的濾波電容器等。
在傳播途徑方面，適當(dāng)?shù)脑黾痈呖垢蓴_能力的TUS及高頻電容、鐵氧體磁珠等元器件，以提高小信號電路的抗干擾能力；與機(jī)殼距離較近的小信號電路，應(yīng)加適當(dāng)?shù)慕^緣耐壓處理等；功率器件的散熱器、主變壓器的電磁屏蔽層要適當(dāng)接地；各控制單元間的大面積接地用接地板屏蔽；在整流器的機(jī)架上，要考慮各整流器間電磁耦合、整機(jī)地線布置等，以改善電源適配器內(nèi)部工作的穩(wěn)定性。
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測試開關(guān)電源適配器的注意事項
今天，大多數(shù)工程技術(shù)人員將示波器作為他們調(diào)試開關(guān)電源的工具。現(xiàn)代示波器可以配備集成的電源測量和分析軟件，簡化了設(shè)置，并使得動態(tài)測量更為容易，用戶可以自定義關(guān)鍵參數(shù)、自動計算，并在屏幕上顯示結(jié)果，而不是原始數(shù)據(jù)。下面我們來講解用示波器調(diào)試開關(guān)電源時注意的主要事項.
1.注意調(diào)試安全。
在電源適配器供應(yīng)商調(diào)試過程中，除了正確使用各種儀表外，重要的是安全問題。特別是開關(guān)電源的初級一次回路，它具有幾百伏甚至上千伏的高電壓。開關(guān)電源初級一次回路負(fù)極并不是零電壓，人體接觸該端時會遭到電擊，危害人身安全。該端對大地連接會造成電源短路，損壞輸入的整流器件。因此，調(diào)試開關(guān)電源時必須先通過隔離變壓器實現(xiàn)電氣隔離。通過隔離變壓器以后，一次回路的負(fù)極可以和示波器的探頭接地端直接連接，并通過示波器的單相三線插頭與供電系統(tǒng)的保護(hù)地線連接，以排除安全隱患。
如果使用內(nèi)置隔離通道技術(shù)的示波器，即使不接隔離變壓器也能夠直接測量，不會出現(xiàn)短路現(xiàn)象，但人體接觸初級回路會遭到電擊。因此，調(diào)試開關(guān)電源過程中好還是接入隔離變壓器。
2.主要關(guān)鍵波形。
功率開關(guān)管得漏極電壓波形能夠直接反映出漏極尖峰電壓、二次反射電壓、開關(guān)管導(dǎo)通壓降等信息。即使輸入電壓很小，當(dāng)漏極吸收回路開路時也會造成很高的漏極尖峰電壓，從而造成功率開關(guān)管擊穿損壞。此外，如果功率開關(guān)管不能飽和導(dǎo)通，會造成很大的功率損耗，導(dǎo)致開關(guān)管過熱損壞。密切關(guān)注漏極電壓波形，能夠迅速發(fā)現(xiàn)危險情況的出現(xiàn)，以便及時關(guān)閉電源，避免造成元件損壞和更大的損失。
3.探頭的選擇與連接。
根據(jù)測量任務(wù)選用適合的探頭才會得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。對于常規(guī)測量，用10比1的探頭就足夠了，但對于低幅度信號測量，就要考慮使用1比1的探頭。測量高電壓時，比如開關(guān)功率管得源極電壓，可以選擇高壓探頭；測量電流時，可以選擇電流探頭。一般示波器探頭的輸入電壓多為400V(RMS)或者400VDC,允許一定的峰值電壓短時間超出這個范圍，如果峰值電壓比較高，則應(yīng)選擇高壓探頭。使用電流探頭時，應(yīng)盡量連接到電壓變化幅度較小的回路中。例如測量功率開關(guān)管的漏極電流時，應(yīng)該連接到功率開關(guān)管得源極回路，間接觀察漏極電流。如果接到漏極回路中，漏極的高頻尖峰電壓會對測量產(chǎn)生較大的干擾。
4.探頭的接地。
使用探頭接地夾接地，相當(dāng)于在接地路徑中加入了一個串聯(lián)電感。這個串聯(lián)電感和探頭電容共同作用，可能會引起振蕩和過沖。開關(guān)電源存在較強(qiáng)的電磁輻射，探頭接地線過長也會引入干擾。開關(guān)電源的尖峰電流會在電路板上產(chǎn)生干擾電壓，在不同的接地點測量，得到的波形會有不同，波形出現(xiàn)抖動也是正常現(xiàn)象。
5.5伏電源適配器兼容性和校準(zhǔn)。
使用甲公司生產(chǎn)的示波器如果配套乙公司生產(chǎn)的探頭進(jìn)行測量時，示波器和探頭并不總是兼容的。好的做法是使用同一家公司生產(chǎn)的示波器和探頭，從而排除任何潛在的沖突問題。在使用示波器進(jìn)行測量時容易忽視的步驟之一是校準(zhǔn)。校準(zhǔn)是一種簡單易行的方法，可以確保每次測量都是從頭開始，不受上次測量的影響。在開始測試開關(guān)電源時進(jìn)行手動校準(zhǔn)，如果示波器帶有自動校準(zhǔn)功能，在測量前應(yīng)運(yùn)行這個功能。欠補(bǔ)償或者過補(bǔ)償?shù)奶筋^都是會引起幅度、上升時間和被測信號波形失真測量的較大誤差。
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