厚膜熔断器前后级使用的可靠性研究.pdf
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1、厚膜熔断器前后级使用的可靠性研究雷巧林袁彭昌文袁谢强袁杨舰袁李奂袁曾玉金渊中国振华集团云科电子有限公司袁 贵州贵阳550018冤摘要院针对在前后级均需使用厚膜熔断器的应用需求袁 将国产厚膜熔断器在前后级使用的场景等效为熔断器串联模型进行研究遥 分析了不同额定电流下熔断器串联使用时的过流保护特性及对未熔断熔断器能否继续使用进行了研究遥 其中袁 未熔断熔断器稳态方面从载流容量尧 耐久性试验进行可靠性评估袁 瞬态方面从脉冲试验进行可靠性评估袁 得出了厚膜熔断器前后级使用的可靠性要求袁 为用户和前后级使用熔断器提供了技术支撑遥关键词院厚膜熔断器曰 前后级曰 串联曰 可靠性中图分类号院 TM 563文献
2、标志码院 A文章编号院 1672-5468 渊2023冤 03-0080-05doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2023.03.014Research on the Reliability of Thick-film Fuse Used inthe Front and Rear StagesLEI Qiaolin袁 PENG Changwen袁 XIE Qiang袁 YANG Jian袁 LI Huan袁 ZENG Yujin渊China Zhenhua Group Yunke Electronics Co.袁 Ltd.袁 Guiyang 550018袁 China冤A
3、bstract院In order to meet the application demand of thick-film fuses in front and rear stages袁the application scenarios of domestic thick-film fuses used in front and rear stages is equivalent toseries model of fuses for research.The over-current protection characteristics of fuses with differentrate
4、d currents used in series are analyzed and whether the unblown fuses can continue to be usedis studied.The reliability of unblown fuses is evaluated by current carrying capacity and durabilitytest in steady state and pulse test in transient state.The reliability requirements of thick film fusesused
5、in front and rear stage are obtained袁 which provides technical support for users to use fusesin front and rear stage.Keywords院thick-film fuse曰 front and rear stages曰 series曰 reliability收稿日期院 2022-08-05修回日期院 2022-09-07作者简介院 雷巧林 渊1989要冤袁 男袁 湖南衡阳人袁 中国振华集团云科电子有限公司工程师袁 硕士袁 主要从事电子元器件的设计与制造工作遥电 子 产 品 可 靠 性
6、 与 环 境 试 验耘蕴耘悦栽砸韵晕陨悦 孕砸韵阅哉悦栽 砸耘L陨粤月陨蕴I栽再 粤晕阅 耘晕灾陨R韵晕酝耘晕栽粤蕴 栽耘杂栽陨晕郧电子元器件与可靠性0引言熔断器是一种串联在被保护电路中的过电流保护器件袁 当被保护电路的电流超过规定值并经过一定时间后袁 由熔体自身产生的热量会熔断熔体使电路断开袁 从而起到保护作用1-6遥 熔断器作为一种可靠性器件袁 被广泛地应用于国内外各种航天器件中袁 在安全领域中占有极其重要的地位7-9遥目前袁 我国航天工程领域在使用熔断器进行过流保护时往往前级与后级均需采用熔断器袁 后级熔断器主要保护后端线路以防后端贵重器件受损甚至整个 PCB 板烧毁曰 前级熔断器主要保
7、护前端电源阅陨粤晕在陨 悦匀粤晕孕陨晕 运耘运粤韵X陨晕郧 再哉 匀哉粤晕允I晕郧 杂匀陨再粤晕80阅陨粤晕在陨 悦匀粤晕孕陨晕 运耘运粤韵X陨晕郧 再哉 匀哉粤晕允I晕郧 杂匀陨再粤晕第 3 期以防前端电源在过流时受损遥 一般线路中后端有过流时希望后级熔断器安全熔断且前级熔断器能够正常工作袁 从而不影响整个线路的供电遥熔断器前后级使用时袁 与仅使用单只熔断器作为过流保护设计相比袁 对前后级熔断器的匹配性有更高的要求袁 国内尚未有明确的文献报道遥 因此袁本文选取目前我国航天工程领域使用得较为广泛的某国产高可靠 MFXX 型厚膜熔断器作为研究对象袁熔断器前后级使用场景可以简化为熔断器串联的模型袁
8、 分析不同额定电流熔断器串联使用时的熔断特性以及未熔断熔断器的性能袁 得出前后级熔断器使用时的可靠性要求袁 以期能为我国航天型号工程正确地设计和使用熔断器提供指导和借鉴遥1试验方案设计1.1 试验电路设计熔断器前后级使用时可简化为熔断器串联模型袁 即将两个熔断器进行串联袁 试验电路原理图设计如图 1 所示遥其中袁 F1尧 F2为 2 只熔断器袁 R 为限流电阻遥在 R 两端采用示波器检测其承载的电流波形袁 进而得到熔断器的电流承载情况和熔断时间遥1.2 试验样品的选择选择已进入我国某航天院所合格供方目录范围的国产 MFXX 型额定电流分别为 5尧 4尧 3 A 熔断器作为研究对象袁 为了保证熔
9、断器的一致性袁 将其冷态电阻精度均控制在依2%内曰 不同规格熔断器在不同过载电流下的典型熔断保护特性如表 1 所示遥选取阻值为 100 m赘袁 额定功率为 5 W 的直流电阻作为限流电阻 R遥示波器选用 Tektronix DPO 4104B 型数字光谱示波器袁 测试探头采用 Tektronix TPP1000 1 GHz探头遥1.3 试验方案设计给图1 所示的电路按照表 2 所示的方案进行熔断器串联过载熔断试验袁 通过示波器分别采集不同电流工况下 R 两端的电流波形图遥 根据 R 两端的电流波形图计算出熔断器的电流承载情况袁 进而确定熔断器的过流保护时间遥每只熔断器在试验前后均进行冷态电阻测
10、试袁并对未熔断的熔断器依次按照 GJB 5850要2006叶小型熔断器通过规范曳10进行载流容量试验尧GB 9364.4要2006 叶小型熔断器第 4 部分院 通用模件熔断体曳11进行耐久性试验与脉冲能力试验袁以评估未熔断熔断器是否还能正常使用遥载流容量试验院 在室温下给产品通 100%额定电流 4 h袁 稳定后产品表面的温升不能超过 70 益且试验前后熔断器的冷态电阻变化率臆依10%曰 耐久性试验院 在 105%额定电流下试验 100 次循环渊每次循环产品通 105%额定电流 1 h袁 断开 5 min冤袁接着在 125%额定电流下试验 1 h袁 试验前后熔断器的冷态电阻变化率臆依10%曰
11、耐冲能力试验院 给产品施加 200%额定电流/250 ms 脉冲冲击 渊在航表 1MFXX 型熔断器的典型熔断特性参数额定电流/A过载电流/A额定电流百分比典型熔断时间/ms512.5250%300.000520.0400%2.500530.0600%0.450540.0800%0.210550.01 000%0.1105200.04 000%0.016410.0250%250.000416.0400%1.600424.0600%0.350440.01 000%0.1004100.02 500%0.0254200.05 000%0.01037.5250%180.000312.0400%2.50
12、0318.0600%0.500330.01 000%0.1203120.04 000%0.0103150.05 000%0.008图 1熔断器串联设计电路原理图示波器F1F2R雷巧林等院 厚膜熔断器前后级使用的可靠性研究81电子产品可靠性与环境试验阅陨粤晕在陨 悦匀粤晕孕陨晕 运耘运粤韵X陨晕郧 再哉 匀哉粤晕允I晕郧 杂匀陨再粤晕电子产品可靠性与环境试验2023 年表 2熔断器串联过载熔断试验方案F1额定电流F2额定电流过载电流熔断情况5512.55520.05530.05540.05550.055200.05410.05416.05424.05440.054100.054200.0537.
13、55312.05318.05330.053120.053150.0天领域使用时袁 一般电源的过冲不超过熔断器额定电流的 200%袁 时间不超过 250 ms冤袁 直到产品冷态电阻变化率跃依10%或者达到 20 000 次停止试验渊正常 5 A 产品按照 200%额定电流 250 ms 脉冲冲击 20 000 次后阻值变化率约依10%冤遥2试验结果分析2.1 试验结果MFXX型熔断器串联的过载熔断情况及未熔断的熔断器性能测试分别如表 3 和表 4 所示遥2.2 不同过载电流工况下的试验结果分析2.2.1 同等额定电流熔断器串联时过载熔断分析当 5 A 与 5 A 熔断器进行串联时袁 在 12.5
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