硬件器件选型往往由产品的设计思路所决定,包括对技术参数的要求,可靠性和成本的考量等。通过权衡各种因素,选择最适合项目需求的硬件器件,以确保电路或系统的稳定性、可靠性和成本效益,是硬件工程师的必修课。这是我们开源产品项目“CW32数字电压电流表”的原理图中有关电源部分的设计:
项目开源链接:
https://oshwhub.com/heyh/cw32-VAmeter
近些天来,很多朋友在学习交流群中发问,图中为何使用10欧姆电阻串联接入电源输入?我们站在此产品设计的角度上,再详细的讲述一下原因。
10Ω电阻在这里有两个作用:
01 在电路中充当分压电阻
工程的开源链接已写明:串联小电阻(10Ω)来进行分压操作,从而减少在高电压供电情况下LDO由于较大的压差导致发热严重的问题。
02 在电路中充当保险丝
这一点是我要在本文重点要讲的,在很多产品设计中,出于成本考虑,会使用电阻代替保险丝,在本产品使用0603封装的10Ω电阻也是用作替代保险丝合理考量。
这个器件参数的选型当然也不是空穴来风,可以根据常规厚膜片式固定电阻器的数据手册通过理论计算得到:
由此可见,0603封装的电阻,功率在100mW。根据P=UI=I²R求得10Ω电阻,额定电流为100mA。而CW32数字电压电流表这个产品,最大供电电流不会超过100mA。当后面电路发生短路时,短路电流超过100mA时,电阻功率变大,温度升高,直至熔断。这就是使用普通电阻充当保险丝的原理。那么,又有读者可能心里会有疑惑,既然普通的电阻可以发挥保险丝的功能,那为什么在一些产品中用成本更高的保险丝而非电阻呢?
我们打开一份同为0603封装的贴片自恢复保险丝的数据手册,在电气特性(Electrical Characteristic)一栏中,有一个很重要的指标:Maximum time to trip(最大动作时间)。
Maximum Time to Trip(最大动作时间)对于自恢复保险丝(PPTC)来说,具有非常重要的意义。
Maximum Time to Trip是指在规定的动作电流(Itrip)下,PPTC从正常工作状态转变为高阻状态所需的最长时间。这个时间参数是在特定的测试条件下测得的,如规定的温度(通常为25°C)和静止的气流环境。
当电路中出现过载或短路等异常情况时,流经PPTC的电流会迅速增大。PPTC会在一定时间内响应并转变为高阻状态,以限制电流的大小,从而保护电路中的其他元件免受损害。Maximum Time to Trip参数确保了PPTC在足够短的时间内作出响应,以提供有效的电路保护。在对可靠性有着严格要求的产品中,必须使用保险丝,保证能够及时的保护后端电路甚至是用户的生命财产安全。然而,这样一颗自恢复保险丝的价格,往往在1毛以上的价格,相比于仅仅只有几厘钱的贴片电阻来讲,价格上确是云泥之别。而在KK级的产品量产里面,这就是动辄数十万元的成本。而你,我的朋友,你有没有关注过这些有趣的产品设计因由?
欢迎在评论区讨论。
最后,附上产品的原理图:
审核编辑 黄宇
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