熔断丝彻底垮台了

技术分类: 电源技术  | 2008-01-29
来源:EDN | 作者:Jim Sylivant Engineering Consultant

  不寻常的结构给予保险丝对瞬间浪涌电流的“记忆”能力。

  在我事业中期,我成为一名器件工程师。不久之后,我到了新部门,面对一个一段时间内都存在的问题。CRT显示器中看似简单的保险丝却出现很高的故障率。我们已经按照说明书彻底地测试了样品。一个测试工程师以前曾设计了测试工装,以便对一批保险丝测试所有的指标条款。说明书要求保险丝在超过正常温度、振动和摆动指标的某个百分比后几毫秒内断开。原先的工程师进行了很多测试工作,验证了保险丝满足所有的规范。

  然而,在应用中,高失效率仍在继续。第一步,我测量了实际应用中的电流,确保保险丝的选择合适。我发现,除了小且简短的上升电流外,标称值在保险丝的额定范围之内的,会快速上升到标称值。我怀疑是简短的上电浪涌引起了问题。仔细检查原先的测试结果和应用测试后,我认为这不能解释高失效率的问题。绝望中,我送一些样品到定点材料实验室,让那里的同事测试保险丝的横截面直径,并鉴别所使用的合金。很幸运地,实验室将工作分配给了一位有能力的材料工程师,他把保险丝做了瞬间电流脉冲实验后,送去做了额外的分析。几天后,我拿到了漂亮的缩影照片显示了意想不到的结构技术。照片显

示保险丝由三种金属组成,而不是使用某种低熔点金属的单一合金。它有一个大圆形钨内核。穿过钨是一个铜薄板;另一个银薄板又覆盖了铜薄板。更令人惊讶的是工程师送去的经过瞬间过电流的保险丝。他发现通过电容充电到各种电压,用保险丝短路放电,可以形成一个可控的浪涌电流。照片显示若干次浪涌后,银板达到熔点液化。更多浪涌后,银板完全熔化,只留下带薄铜板的钨核。因为银有很强的电传导性,实质上所有浪涌的电流最初都完整的通过外部银层流动。然后,另外的浪涌大多数通过薄铜板流动,因为铜具有比钨更高的传导性。那个层最终熔化了。现在,只剩下高阻的钨核。随着更多的浪涌,所有电流现在都不得不通过剩下的钨核流动。当更多浪涌发生时,钨逐渐加热到足够变薄,最后断开。

  我们随后意识到这种层构造技术使保险丝具有了“记忆”瞬间过载电流浪涌累积的能力。上电的每个浪涌贡献了小改变,最终导致保险丝断开。稳态测试没能显示出这个特性。其三层构造和金属使用的结果,使保险丝具有记忆性。解决方法是改变为传统的单一元素低熔点合金的保险丝——也就是不具有记忆能力的保险丝。这个实现是许多这种发现的开始——可以通过溯源到基础知识来诊断大多数问题。

  英文原文:

  Blown fuse has a meltdown

  Tales From The Cube: Unusual construction gives fuse a "memory" for brief current surges.

  By Jim Sylivant, Engineering Consultant -- EDN, 1/17/2008

  In midcareer, I became a component engineer. Soon after I arrived in my new department, I faced a problem that had been ongoing for some time. It seems that a simple fuse in a CRT display had been having high failure rates. My new department had thoroughly tested samples against its specifications. A previous test engineer had designed a test fixture so that he could test batches of this fuse for all spec items. The specification required the fuse to open at a certain percentage over its nominal rating within a certain number of milliseconds over a range of temperatures, as well as after shock and vibrations. The previous engineer had done a splendid job of testing to verify that the fuse met all specifications.

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