Littelfuse技术文章：易熔电阻器与熔断器

安全标准通常规定了什么元件能提供最好的过电流保护

Todd Philips， Saad Lambaz – Littelfuse公司

大多数人可能会认为为手机，游戏机或平板电脑充电需要花费的时间既不方便又麻烦。快速充电需要功能更强大的充电器或电源。 这种电源的设计要求设计人员在强调设备安全性的同时，还要满足更为严格的成本，尺寸和效率约束。

随着功率水平的提高，对过电流保护的需求也随之增加。 通常有两种不同的过电流保护方法：常规熔断器或易熔电阻器。 易熔电阻器的优点是将过电流保护和浪涌电流保护结合在一个元件中。 但是，易熔电阻对过电流的响应不同，会影响充电器和电源的效率。

过电流保护方法比较

熔断器和易熔电阻器的比较

上图，在标称高效率的充电器电源电路中，比较熔断器，易熔电阻器及带有NTC热敏电阻的熔断器的性能。 下图是熔断器与易熔电阻器的比较以及建议使用的元件。 点击放大图片。

当超过其额定电流时，易熔电阻器像熔断器一样断开。 该元件通常是镍铬合金元素，其熔化温度约为1，400°C。 镍铬合金的电阻热系数低，这使得电阻器在整个温度范围内都具有稳定的电阻。 在过流条件下，1，400°C的熔化温度会加热周围的元件和PCB。

熔断器通常是铜或银元素，其熔化温度通常在962°C至1，083°C之间。 熔断器还具有较高的电阻热系数，比镍铬合金易熔电阻器高至少十倍。 因此，在过电流条件下，熔断器的温度将上升得更快。 熔断器电阻的上升使熔断器更快地达到其熔点。 熔断器将防止易熔电阻器出现过流情况时发生的热量积聚。 易熔电阻器产生的较高热量会损坏其它元件，并有可能导致附近的可燃元件着火。

易熔电阻器的主要优点是其电阻限制了浪涌电流。作为电源或充电器中主要过电流元件的易熔电阻器，其电阻可达10Ω。相比之下，熔断器的电阻可以从毫欧姆到几百毫欧姆不等。设计人员可以将熔断器与NTC热敏电阻结合起来，以防止过电流并限制浪涌电流。NTC热敏电阻器的电阻最初可以高达10或20Ω；但是，在稳态工作时，它会降到几十毫欧姆的范围内。

与单独的熔断器和热敏电阻器相比，易熔电阻器似乎可以节省空间；但是，易熔电阻器产生的热量可能会迫使元件与额定功率高达10 W的易熔电阻器保持至少半英寸的距离，而与额定功率超过10 W的易熔电阻器保持1英寸的距离。当充电器和电源必须安装在狭小的空间内时，与易熔电阻器相关的元件间距可能会出现问题。

效率标准

最小平均效率（标准电压，》1W）

外部电源（EPS）输出功率（W）

2007年至2018年间的政府电源效率标准。

电源或充电器设计人员面临的最困难挑战可能是强制性的效率标准。这些年来，诸如能源之星（Energy Star）和生态设计指令2009/125/EC（DirecTIve 2009/125 / EC Ecodesign）的效率标准变得越来越苛刻。 电源或充电器的功率输出越高，规定的效率就越高。 三种广泛使用的功率输出级别的效率要求是：

60瓦电源和充电器的效率必须达到89％

25-W电源的效率必须达到86%

5-W电源的效率可以低于80%。

易熔电阻器的电阻大大超过了熔断器的电阻，因而影响了电源效率。例如，考虑额定功率为25 W的电源。其所需效率为86％。 电源的输入功率为29 W（25 W / 0.86）。 因此，电源消耗的损耗估算为4W。电路中一个10Ω的易熔电阻器可消耗0.59 W（I2R = （29 W/120 V）2 x 10 Ω），相当于损耗预算的14%。这样就留给有源元件（例如功率晶体管）功率损耗的空间更小了。具有毫欧级电阻的熔断器会消耗微不足道的损耗预算，从而使设计人员在开发完整电路时拥有更大的自由度。

通过熔断器+ NTC热敏电阻进行保护

通过易熔电阻器

上图是电源/充电器电路的示例，该电路使用熔断器进行过流保护，并使用NTC热敏电阻器来限制浪涌电流。 下图，同一电路带有一个易熔电阻器，用于过流保护和限制浪涌电流。

熔断器和易熔电阻器具有不同的过电流和温升标准。 设计人员必须了解适用于每种器件的标准。 评估北美市场的熔断器是否符合UL / CSA / ANCE标准248-1和248-14的要求。 对于欧洲和国际市场，熔断器均按照IEC标准60127-1和IEC标准60127-2，-3，-4或-7进行评估。

易熔电阻器有不同的行业标准。对于北美，易熔电阻器必须符合UL 1412（其中的元件称为易熔电阻器）和CSA标准C22.2 No.60065-03。对于欧洲和国际市场，易熔电阻器必须符合IEC 60127-8（其中该元件被称为易熔电阻器）。

广泛用于过流保护的熔断器包括：额定电压为300V的8.5×4毫米369系列径向引线熔断器（上图），延时和在210％过载时最大断开时间为120秒。（中间）额定电压为250V的10×3毫米443系列表面贴装熔断器，慢熔，在250%过载时最大断开时间为120秒；（下图）20×5毫米219XA系列玻璃管熔断器，额定电压为250V，具有慢熔特性，在210％过载时的最大断开时间为120秒。

关于允许的温升的要求，熔断器的标准非常具体。 基于北美标准UL / CSA / ANCE 248-1和248-14的熔断器在温度测试过程中的最高温升可达75°C。 该测试在室温（通常为25°C）下进行。 因此，熔断器最高温度为100°C，并且在测试期间必须保持完好。

对于易熔电阻器，UL 1412并未定义最大温升。 而是通过逐渐增加通过元件的电流直到其断开进行测试。粗棉布要么围绕着易熔电阻器，要么放在离元件一定距离的地方。通过的标准是粗棉布不会着火。粗棉布由棉花制成，其点火温度约为400°C。 因此，易熔电阻器的标准允许元件在比熔断器更高的温度下工作。

推荐用途

熔断器必须符合更严格的标准，因此，作为过流保护元件，熔断器的性能要比易熔电阻器好得多。 由于易熔电阻器可能没有足够的间距而成为点火源，因此它们最适合用于功率较低的电源和充电器，它们的过电流和温升可能较小。 易熔电阻器通常为功率不超过15 W的电源和充电器提供适当的过电流保护。更高功率的器件通常最好用熔断器或熔断器和NTC热敏电阻的组合。