保险丝是不是真的足够保险

注：本文是作者以前发表在其个人博客，现在发布到“聚丰开发”专栏

对于功率电子产品，设计上是有保险丝的要求的，因为我有做LED调光电源，今天就以LED电源为例来说一说保险丝的那些事儿，对于电源来说，保险丝是一个非常关键的元件，所以个人观点的对错，就非常重要，如果我个人观点有不对的地方，严重感谢朋友批评指正。

先发一个免责申明：文中观点只限于技术探讨，不表明作者和讨论者观点一定正确，所有涉及人身财产安全的设计，一切以当地安规标准为准，如因参考文中内容导致产品设计出现安全问题，作者和讨论者不承担任何责任。

如果按照传统的电子学理论基础，电源前面肯定会串联一个保险丝，尤其是开关电源，当电源发生短路等异常情况时，保险丝会自己熔断切断回路，防止故障影响进一步扩大。

在我接触电源的过程中，发现一个问题，就是电源在工作的时候损坏，电源内部电路短路导致大电流，按照常规理解此时应该只是保险丝迅速烧断，不会有其它的影响才对。但是在我们同客人的沟通了解中发现不是这样，会有一定几率出现空气开关跳闸、电源板走线铜皮爆裂和冒烟等现象，坏的时候动静比较大，会吓人一跳。既然保险丝烧了，按说是不会出现这些情况的，看来其中原因值得分析。

先上一个示意图，说明一下是什么地方的铜皮爆裂，让大家清楚了问题表征，才好对其进行理解、分析。

图一 电源铜皮爆裂位置示意图

当电源损坏时，如果内部发生类似图一示意位置的短路，就会烧掉保险丝，我们在实际应用中发现有时标“爆裂”字样位置铜皮也会因电流过大烧焦、烧断，更有甚者有时候居然会出现桥堆的脚都烧断的现象。

看来保险丝虽然也熔断了，但并没有起到我们所期望的效果，在保险丝熔断的同时，电源内部的短路还是进一步导致了部分电路的损坏，保险丝的响应速度好像有点偏慢，没有我们期望的那么快。

我查阅了保险丝的相关资料，找到一张图，我们先来看下这张图，通过这张图我们可以知道流过保险丝不同电流时其具体熔断时间。

图二 保险丝熔断时间示意图

假定我们现在用的是250V/1A的普通保险丝，从图二我们可以知道：电流为2A时大约要5秒熔断，电流为4A时可在0.1秒内熔断，显然不管多大电流，保险丝熔断都存在一个熔断时间，电流越大，熔断时间越短。

如果结合我们现有国情，我觉得对这个熔断时间要打点折扣才行，我从市场上随机抽取了几种250V/1A的普通保险丝进行测试，测试电流2A，可以看到保险丝逐渐变红，然后熔断。这几种保险丝熔断时间都是7~8秒，显然比图二种的时间要偏长。因为我没有好的仪器设备，无法进行大电流测试，这里就不能给大家给出大电流情况下熔断时间的实测数据。

从图二和我的测试可知道保险丝也是需要熔断时间的，而且这个熔断时间并不短。从原理上讲，保险丝也是流过电流，其存在的内阻发热，电流越大，发热越快，当发热速度超过散热速度时，其温度就会持续上升，直到熔断。我用万用表量了一下测试的保险丝，其电阻都很小，不到0.5欧（万用表量小阻值电阻偏差比较大），这样不管电流多大，保险丝都要经过一段熔断时间后才能熔断。

我们回过头来再看图一，当短路发生时，我们会看到和保险丝串联的只有铜皮（为便于分析这里我把开关电源的MOS管和变压器主绕组省略掉）和整流桥，其内阻都很小（铜皮也有内阻的），回路中消耗的能量可以认为是接近平均的，这个时候就看保险丝、铜皮和整流桥谁先烧断，因为内阻都很小，从短路到烧断这个过程中的电流会非常大，就算加上MOS管和变压器主绕组也会达到几十安，所以这个过程动静就会比较大，有可能出现跳闸、嘭的一声和冒黑烟等现象。

到这里就不难理解为什么会有文中开头客人所反映的现象，原因就是保险丝响应速度不够快，就算使用快烧保险丝，只是加快熔断速度，还是不能解决问题，而且选了快烧保险丝后，需要考虑通电冲击电流的影响，如果选择的电流余量不够大，冲击电流会误烧保险丝，如果电流余量留大，又会回到类似使用普通保险丝的慢响应状态。

看来保险丝虽然名字中有保险二字，但实际应用中还是存在不足，虽然保险丝可以把问题的严重程度控制在客人可以接受的范围之内，但跳闸、嘭一声、冒烟这样的现象还是会吓到使用者，如果能够消除那肯定是最好不过。

一开始我们思维被禁锢在必须使用保险丝这一框框中，如果客人遇到此类问题，只好耐心象他们解释，并没有好的应对措施。后来看到一些产品使用电阻当保险丝，心想是不是对解决此类问题有帮助，可又担心用电阻的方式不符合安规标准，还是不敢用。

再后来，我们看到知名家电厂商出日本和美国的产品，器阻容降压电路大量使用电阻当保险，而且出美国的产品还是实过了UL认证的，心想难道真的可以用电阻来当保险丝使用？

接下来了解了一些安规要求，发现安规要求中存在保险电阻的提法，这样看来用电阻方式替代保险丝的做法是符合安规要求的，只是保险电阻的选用存在一定要求，这里先不讨论如何选取合适的电阻，有兴趣的朋友请自己查阅相关资料。

既然可以用电阻做保险丝，那电阻的效果如何呢？如果我们用一个10欧的保险电阻，图一的情况最大电流就会降低许多，220V输入电压下，最大电流肯定小于22A。这个最大电流还不是最关键的，因为22A的电流也还是非常大，不过实际中是达不到这么大电流的，下面我们用一个例子来进行分析。

一个30瓦的电源使用10欧保险电阻，220V输入时平均工作电流约为0.14A，短路发生后，电流就会从这个电流附近迅速上升，这个时候因为10欧保险电阻的存在，回路中的能量几乎都集中到10欧保险电阻上，这个保险电阻会在极短的时间内烧断，当其烧断时，我个人认为电流远达不到22A的极限值，保险电阻应该在电流上升的过程中就已经烧断。我们计算一下，在22A的电流下，10欧保险电阻的功率可以达到22*22*10=4840瓦，估计离这个功率还远着的时候保险电阻就已经灰飞烟灭了。

接下来我们做了详细的验证测试，测试证明推测是正确的，自从加了保险电阻，无论是生产测试还是实际应用，再也没有出现电源损坏时动静大得吓人一跳的情况。可能有人会有疑问，如果出现客人不接受保险电阻的方式，坚持要用保险丝怎么办？没事，我们也遇到这样的客人，如果客人坚持必须用保险丝，那我们就给他用保险丝和保险电阻串联的方式，这样处理还没有遇到客人不接受的，只是成本增加了一点而已。

既然保险电阻比保险丝好用，那直接用保险电阻不就得了？这个问题我也想过，个人看法是保险电阻只适合小功率的电源，如果是一个220V100W的电源，满负荷下平均工作电流有0.45A，这样10欧保险电阻的功耗就会达到2W以上，发热过于厉害，无法长时间工作，所以不适用。另外常用开关电源在整流桥后面会有一个高压电解电容，这个电容的存在会让电源上电时的冲击电流加大，适用保险电阻需要考虑这电解电容对其的冲击影响，如果余量不够会明显影响保险电阻的使用寿命。

前两天《电子****》的Mike Zhang问我有些LED电源不用保险丝的看法，这些做法都是现阶段以低价为终极目的的市场现导致的畸形做法，也不能全把责任怪在厂家头上。现阶段，对于大多数国内厂家来说，认证就是一张纸，好多次有客人问我：“能不能做过认证的MINI苹果充电器？”我回答做不了，再告诉客人以我知道的情况，还没有人能做得了，可客人不信，因为已经有不少厂家告诉他能做，而且给他看了证书。

正是这种情况，就出现了后面的这种局面：既然你说能做，那我也说可以做，既然你敢省元件，那我就比你更敢省，收钱做货，有人敢要，我自然敢做，真要出了事，钱已经收了，客户能把我怎么地？“有问题拿回来我给你修”就是不错的态度了，既然你要找便宜的，我不做别人也会做，那不如我做算了。

正是这个原因，就有人想到用一条细铜皮来替代保险丝，这样还不够，更猛的人连那条细铜线都省了，直接把输入线连到整流桥管脚上，因为PCB也需要钱，那条细铜皮会占用PCB板面积。

有时候，厂家也并不一定愿意那么做，好多时候是被客人逼的。我经常看到客人要求我们签有问题按整机赔和承担客人全部损失的质保协议，我不知道客人是怎么想的？反正我们是认为天底下没有只赚不赔的买卖，既然自己想从中赚钱，就要承担自己该承担的风险，不要总想着把风险转嫁给上游的供应商。我们会用到不少芯片，对于供应商我们只是要求如果是假货需要承担全部责任，别的我们基本上不会做太多要求，在我们看来这些风险应该是我们自己承担的。(这个话题说远了，留在后面做专题牢骚吧）