第五讲：专家解答电路保护设计的常见问题
中心议题：
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本文整理工程师在电路保护设计中经常遇到的一些问题，精选出关于保险丝、防雷器件和ESD保护器件的选型及应用的问题，由资深电路保护设计专家给予专业权威的解答，旨在帮助工程师正确选择和使用电路保护器件，设计高可靠性的电路保护解决方案。
保险丝选型及应用设计的常见问题
下面整理了一些在电路保护研讨会及电子元件技术网论坛中引起热议的关于保险丝选型与应用设计的几个常见问题，旨在帮助工程师理清不同保险丝的应用差异，例如：熔断器和热继电器的比较，快断保险丝与慢断保险丝的具体应用差异，自复式保险丝和一次性保险丝的性能对比等。
另外，郑索平先生在“解惑篇：熔断器应用设计常见问题TOP 10”中，结合自己丰富的工作经验，对于诸如什么是保险丝的分断能力，环境温度对保险丝性能的影响等熔断器应用设计中常见的问题，给出了权威而明晰的回答。
解惑篇：熔断器应用设计常见问题TOP 10
Q：熔断器和热继电器有什么不同之处？
A：熔断器我们使用的较多，也就是一般的保险丝，因为使用的环境不同大小也有些变化；它的作用就是在电流异常或升高到一定的高度的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。而热继电器作用是控制温度的，当机器温度上升到热继电器所设定的温度上限时，自动切断电路保护机器。它的构造是两片膨胀系数不同的金属片构成，电流过大时膨胀系数大的先膨胀，起到切断电源的作用。热继电器动作后有人工复位和自动复位两种。 简单的说就是：熔断器和热继电器都能起到”过负荷保护“的作用。 熔断器中的熔丝一旦选用，过负荷的性能就固定了。而热继电器所设定的温度是可以调节的，更方便。一个是机体的温度控制，一个是电路的控制 。熔断器是控制电流的，机器负荷大过额定值，电流就会过大，熔断器就会时切断而保护。
Q：快断保险丝跟慢断保险丝的具体应用有哪些区别？
A：快断的话，在250%过载时一般是在5秒之内，慢断在200%过载一般是1到60秒，从时间范围来看不一样，他们的熔化热能值也不一样，抗脉冲能力相应的也会有高低。应用范围我们快断一般用在小的数码产品，开机脉冲比较小的产品，比如手机，MP3,MP4等；慢断应用在开机脉冲比较大的场合，比如液晶电视里面比较高电流环境里面。
Q：普通的保险丝和慢熔的保险丝，长期工作以后它的特性是迟钝了，还是更灵敏了？因为有次数可能会比较灵敏，但是可能会老化。
A：打个比方，如果是1安培经过1个脉冲就变成0.99A，再冲一次就变成0.98A，有个老化过程，按照你的讲法是越来越灵敏了。
Q：自复式保险丝和一次性保险丝的应用场合有区别吗？还是说自复式的更先进？
A1：可恢复保险丝本质上是正温度系数的热敏电阻，它是通过PTC材料的电阻值对温度的正相关及在居里点时的突变而起到电路保护作用的，这一点原理跟保险丝完全不同。
我们先来看看这两种产品的相同点：它们都可用来作电路的过电流保护，其使用的不少领域和场合有类似，还有一部分场合这两种产品都可以使用，还可以互相替换，例如在过流保护要求不太高的电池保护应用中这两类产品都能各领风骚；在对某些IC等重要器件保护应用中，或电源的输入/输出端就只有一次性保险丝才有可能胜任其保护功能；而一些必须避免因过热而烧坏产品的场合则是PTC的最佳用武之地；然而在更大多数的场合里，这两类产品还是有很多很多的差异，甚至根本不可能互相替代。
A2：自恢复保险丝较适合用于当用户误操作或外接设备发生故障时保护本设备，防止故障扩大的场合。而一次性保险丝更适合用于防止本设备发生故障后导致的用户生命财产安全隐患，例如可能造成的起火、爆炸等等。
Q：生产过程中遇到保险丝异常熔断时怎么办？
A：我们首先需要检查发生问题工序的实际操作情况：如果是手工操作的要排除动作过程中是否有造成短路的可能性；如果是机器操作的则要检查实际输出电流有没有超出保险丝可以承受的限度；有少部分问题是可以在工序分析时就予以解决的。在确认操作工序没有问题后再作进一步的深入分析。我们必须从过电流和保险丝两方面同时分别加以考虑和分析：整机客户需要检查整机电路脉冲电流的大小和有没有异常。 在分析问题时要考虑两点：一是选型当时计算有没有差错，由于开机脉冲的随机性而没有抓到最大脉冲波形、计算时没有考虑到保险丝熔化热能值的分布范围、考虑多次冲击的老化余量不够等都可能造成选型时的欠缺；二是生产过程中的电路状况有没有发生变化，由于机种变化带来的电路结构上的变化、电路中部分元器件的规格更改或品牌更改、电容电感开关NTC等零件的参数变化等也都可能引起电路脉冲波形的变化；保险丝制造厂的应用工程师需要配合客户进行电路技术分析和抓测实际脉冲能量，逐一排除各项变化，双方一起进行分析评估。
防雷器件的选用及设计难题
Q：开关型防雷器和限压型防雷器的区别是什么？
A：开关型防雷器为间隙放电型器件，其雷电能量泻放能力大，在线路上使用的主要作用是泄放雷电能量；限压型防雷器为氧化锌压敏电阻器件，其雷电能量泻放能力小，但其过电压抑制能力好，在线路上使用的主要作用是限制过电压。因此，一般在建筑物入口处选用如开关型防雷器来泄放雷电能量，然后，在后级电路使用限压型防雷器来限制因前级雷电能量泻放后，在后级线路产生的高过电压。两种防雷器需配合使用，方能保证配电线路中设备的安全。
开关型防雷器和限压型防雷器的区别
Q：将设备的直流供电电源（负极，GND）直接和大地连接起来，能起到防雷作用吗？
A：不能，将设备的直流供电电源（负极，GND）直接和大地连接起来，反而起到容易引起雷击的作用。如果要避免机器受雷击，机器的任何部分最好不要与大地连接，雷击一般都是通过外接天线或外接电缆引进设备，然后再通过地线形成放电回路的，如果设备不接地（但对地绝缘也要非常好），雷电就不会通过设备形成电流回路，即不会产生雷击。如果设备对地绝缘不好，容易产生雷击，则最好在电缆线（如天线或电源线）输入设备的前端对地安装放电装置，让雷电被通过放电装置流入地球，使雷电被旁路，从而保护设备内部器件的安全。
Q：选用氧化锌防雷电涌保护器，静态漏电流是否越小越好？
A：不是！反映氧化锌压敏电阻电涌保护器的重要技术指标之一是在多次额定通流后的漏电流变化率，而不是初始漏电流的大小，一个合格的防雷器初始漏电流一般不大于40μA。多数国产的电涌保护器，初始漏电流都很小（多数小于5μA），但承受额定通流放电后，漏电流开始增大，并且随着放电次数的增加，漏电流持续增大加，当漏电流增加到一定值时，防雷器开始发热，劣化速度变快，极易引起火灾，这是非常危险的！多数进口的电涌保护器初始漏电流都比较大（5-30μA），但经受多次额定通流放电后，漏电流确增加的很少，这是非常重要的指标。漏电流变化大的电涌保护器，安全性、可靠性及使用寿命都较低，漏电流变化率越低，电涌保护器使用的安全性和可靠性以及使用寿命越高。
Q：氧化锌压敏电阻防雷器能对电源过压起到保护作用吗？
A：不能！浪涌电压是指迭加在电源上的瞬间脉冲，是存在时间极短的阶跃函数（几百μs）。而电源过压是指电源电压持续偏高的现象，是存在时间较长的稳态函数（几秒-几分钟），对称性偏高是电网波动或电网负荷出现大的变化引起，非对称偏高由电源系统出现接地故障或单相特大负荷变动引起。防雷器通流时，强大的涌流在导通电阻上的电压降就是被保护的电压Up，这个电流能量引起防雷器发热。当发热温升超过氧化锌压敏电阻的极限时，将出现不可恢复性损坏。由于浪涌电压持续的时间非常短暂，因此巨大的涌流引起的氧化锌压敏电阻发热不足以超出极限值，而电源过压尽管电流小，但持续的时间长，MOV很快升温到损坏的极限值。因此防雷器不能用于电源系统过压保护！
Q：防雷器安装在空气开关的后面，在发生放电时是否会引起误动？
A：不会！因为雷电浪涌的时间是微秒级，而空气开关的动作时间是毫秒级，防雷器放电不足以引起空气开关动作。但不排除特殊情况下持续时间长的浪涌放电，引起空气开关动作。
ESD防护器件的应用常见问题
Q：ESD 防护器件什么时候应该放在端口处，什么时候该放在芯片管角？
A：保护单个集成电路就放在集成电路的地方最好，如果保护整个设备就放在端口。放在集成电路这个地方，后面那一段照样有电压可以感应到别的IC 上，对别的IC 会产生损坏，所以你要保护好IC，就在IC 加上ESD 的保护，如果对整个设备进行保护的话，所有的接口都加ESD 保护就足够了，这个成本是最低的。因为你把数据输出、输入接一个保护，里面本身不会产生ESD 放电，如果里面产生ESD 放电早不能过关，ESD 放电肯定从外面进去的，把所有的口都封住就不会有问题。所以，我建议你如果从设备考虑，从成本考虑就接输入输出口的地方，为了保护集成电路，对其他不管的话就接在集成电路上。
Q：在射频电路中，敏感线路（如数据线等）如何保护？
A：数据线大家都已经有很多方法，一般数据线最好用差分，将两根线扭在一起，扭在一起以后一个流进去，一个流出来，双绞在一起，外面加一层屏蔽线，外面只有一条接地，不要两条都接，接一头就可以了，双绞线对电子干扰互相抵消，同一个方向流出来的电流产生的方向正好相反，互相抵消，差分是最好的，不要接到公共地上，用差分。很简单，这个线加一个磁环，两端都加一个磁环，这个磁环对差模有相当等于零，流过的信号一个是差模信号，干扰信号大部分是共模的，加上电感上面对共模很有效，ESD 放电基本上都是共模，加载上面对ESD 起到保护作用。充放电加一个小磁环，如果没有小磁环，用适配器往插头上一插，瞬间选择突然充电会有损坏，不要轻易把磁环去掉，那就是让你对充放电抑制速度的降慢。
Q：ESD器件失效模式有两种，一种是短路，即所谓的击穿；另外一种则是开路，在实际电路中可以忽略这一并联分路的存在。不同失效模式的ESD器件对电路都有什么影响？
A：如果电路中用的是失效模式为短路的ESD器件，则第一时间可以判断这个器件出现问题，尽早更换，避免出现更大问题，并且，重复打击的静电只会直接窜进大地，不会烧坏IC，但是这类器件的缺点在于必须尽早更换，无法“得过且过”；而如果电路使用的是失效模式为开路的ESD器件，则在没有新的静电打击的前提下，电子产品还可以将就使用，“得过且过”，但是这类器件的缺点是它无法对IC进行静电防护了，一旦有静电打击进来，IC面临的就是烧毁。所以，选用什么样的静电保护器件，要看研发工程师自己的理解和保护目的。
