導(dǎo)讀：在LED照明燈具快速發(fā)展替換傳統(tǒng)照明的形勢(shì)下，市場(chǎng)也出現(xiàn)了可調(diào)光LED照明的需求。但是在目前絕大多數(shù)的情況下，都是采用可控硅調(diào)光技術(shù)，由此而導(dǎo)致LED電源輸入電流會(huì)產(chǎn)生周期性的持續(xù)的尖峰電流。這對(duì)保險(xiǎn)絲的選型提出了一個(gè)新的問(wèn)題：面對(duì)持續(xù)不斷的尖峰脈沖該如何選擇保險(xiǎn)絲。本文從理論上進(jìn)行分析推理，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中的案例，試著提出一個(gè)可供參考的選型思路。
當(dāng)普通的保險(xiǎn)絲選型遇到使用可控硅調(diào)光的LED照明電源的保險(xiǎn)絲選型時(shí)遇到了困難，因?yàn)樵诖饲闆r下，每個(gè)市電周期都會(huì)產(chǎn)生2個(gè)比較高的尖峰電流沖擊保險(xiǎn)絲，這個(gè)尖峰電流不同于開(kāi)機(jī)脈沖，是一個(gè)持續(xù)不斷的沖擊過(guò)程。本文試著提出針對(duì)此情況的一個(gè)可供參考的保險(xiǎn)絲選型思路。
1、從保險(xiǎn)絲溫升角度選型
1.1 對(duì)于簡(jiǎn)單持續(xù)尖峰電流，從控制溫升角度看，可控硅調(diào)光的應(yīng)用，保險(xiǎn)絲的規(guī)格應(yīng)該：
理論上連續(xù)的尖峰不能引起保險(xiǎn)絲的溫升持續(xù)增加，其中一個(gè)充分非必要條件：
如果保險(xiǎn)絲符合IEC 60127標(biāo)準(zhǔn)，
如果保險(xiǎn)絲符合UL標(biāo)準(zhǔn)，
假設(shè)：保險(xiǎn)絲（規(guī)格為In）經(jīng)受電流為I寬度為t，周期為T(mén)的持續(xù)性電流沖擊。
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如果保險(xiǎn)絲通以一定的電流（Ix）可以永久工作，那么此時(shí)保險(xiǎn)絲的聚熱與散熱一定處于平衡狀態(tài)，此時(shí)保險(xiǎn)絲的散熱功率為Ix2T。如果尖峰電流產(chǎn)生的能量≤Ix2T，可以認(rèn)為尖峰電流產(chǎn)生的能量不可能使保險(xiǎn)絲的溫升大于Ix時(shí)的溫升。對(duì)于滿足不同的安規(guī)體系，Ix的數(shù)值有所區(qū)別，IEC體系下可以認(rèn)為等于In；UL體系下可以認(rèn)為等于75％In。
圖1 周期性尖峰電流
1.2 一般情況：對(duì)于電路中周期性持續(xù)尖峰電流+平穩(wěn)電流的選型
如果電路中不僅有尖峰電流，還存在有效值為Ir的持續(xù)平穩(wěn)電流，那么通過(guò)以上分析，簡(jiǎn)單推理可得到，保險(xiǎn)絲規(guī)格：
圖2
1.3 以上數(shù)值需要再考慮溫度折減
一般LED照明的電源絕大部分都是內(nèi)置式的，燈具內(nèi)部的環(huán)境溫度比較高；即使是外置的電源，也是有外殼緊緊包裹，電源在工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生比較高的溫度。所以以上數(shù)值需要根據(jù)工作環(huán)境溫度和各個(gè)不同的保險(xiǎn)絲供應(yīng)商的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的溫度折減。
2、從耐受脈沖角度看，如果要滿足2萬(wàn)小時(shí)的壽命，脈沖折減系數(shù)應(yīng)該 <1.3%；5萬(wàn)小時(shí)壽命，折減系數(shù)應(yīng)該 <1%
2.1 在滿足了第1條溫升不超過(guò)載流時(shí)的條件，那么就可以將各個(gè)電流尖峰當(dāng)做獨(dú)立的脈沖沖擊來(lái)看待。
2.2 如果要達(dá)到2萬(wàn)小時(shí)的壽命，保險(xiǎn)絲需要經(jīng)受近100億次的沖擊，而此數(shù)據(jù)很難利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)達(dá)到，所以在此根據(jù)已有的信息作趨勢(shì)分析。分析步驟如下：
>> 主要保險(xiǎn)絲公司(AEM, Bussmann, Littelfuse)的Wire-in-air類(lèi)型產(chǎn)品的耐受沖擊次數(shù)與折減比率如下表格：
>> 分別將沖擊次數(shù)（times）和折減比率（Ratio）取對(duì)數(shù)，并將新數(shù)據(jù)繪成散點(diǎn)圖；呈現(xiàn)很強(qiáng)的線性關(guān)系。
取對(duì)數(shù)的目的是：原數(shù)據(jù)成指數(shù)關(guān)系，數(shù)值差異很大，取對(duì)數(shù)可以更方便看出關(guān)系。
圖3 耐脈沖次數(shù)與折減比率對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖
>> 將此數(shù)據(jù)用線性方程擬合，可得到以下關(guān)系：
lg(ratio) = -0.092 – 0.111*lg(times)，通過(guò)t檢驗(yàn)，此方程關(guān)系非常顯著，如下表。
圖4
表1 Dependent Variable: lgratio
>> 預(yù)測(cè)100億次（2萬(wàn)小時(shí)+）和1000億次（20萬(wàn)小時(shí)+）的脈沖折減比率期望值分別為：2.6%和2%。但是基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)是有誤差的，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度，有95%的把握分別落在（1.3%, 3.8%）（1%, 3.1%）范圍內(nèi)。在實(shí)際計(jì)算中，我們都取下限作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。
表2 預(yù)測(cè)結(jié)果
2.3 在滿足以上的折減比率，還需要針對(duì)工作溫度進(jìn)行I2t的溫度折減，然后根據(jù)恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)選擇合適的保險(xiǎn)絲規(guī)格。
3、考慮開(kāi)機(jī)脈沖
在實(shí)際選型中，除了以上2點(diǎn)之外，還需要考慮在普通選型條件下的開(kāi)機(jī)脈沖問(wèn)題。由于電源一般都會(huì)在電源輸入端使用濾波電容，而導(dǎo)致在開(kāi)機(jī)瞬間會(huì)產(chǎn)生比較高的尖峰脈沖。一般在選型中認(rèn)為，保險(xiǎn)絲至少要經(jīng)受10萬(wàn)次的開(kāi)機(jī)脈沖的沖擊，才能保證在正常工作時(shí)保險(xiǎn)絲不會(huì)發(fā)生異常熔斷，也就是說(shuō)至少要按照22.2%的折減系數(shù)進(jìn)行折算。當(dāng)然，由于燈具的開(kāi)機(jī)往往不能保證一定是冷開(kāi)機(jī)，比如說(shuō)廁所燈就會(huì)遇到頻率的開(kāi)關(guān)機(jī)，所以在做脈沖折減時(shí)，還需要考慮溫度折減的因素。
4、案例分析
以下為實(shí)際應(yīng)用時(shí)量測(cè)到電源正常工作時(shí)的波形：電流尖峰 max 3.6A，寬度約為1.2ms；正常電流約為0.03A，正常工作時(shí)溫度可以達(dá)到85℃。
圖5 開(kāi)機(jī)脈沖的波形
圖6
