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電路保護的概念大概是從在電路設(shè)計中引入保險絲開始，成立于 1927 年力特（Littelfuse），第一款產(chǎn)品就是小型快熔保險絲。不僅名字里面包含了保險絲，延續(xù)了近一個世紀的這家公司如今的主營業(yè)務(wù)仍然是電路保護，就像力特中國及香港地區(qū)銷售總監(jiān)查勇所說:“90 年來我們只做了一件事情，即專注于電路保護?！?/p>
重點展示兩個領(lǐng)域應(yīng)用
據(jù)查勇介紹，在 2016 年慕尼黑電子展上，力特重點強調(diào)兩個領(lǐng)域的應(yīng)用。
Littelfuse中國及香港地區(qū)銷售總監(jiān)查勇
第一個應(yīng)用是力特針對傳統(tǒng)汽車與電動汽車的保護方案?！半妱悠嚨陌踩雷o是一個新興領(lǐng)域，也是大家討論的熱點。力特在這次展會上展示了與很多大客戶的合作方案，這些方案經(jīng)過多年的實用考驗，被證明是非常可靠的方案。” 查勇表示，作為汽車保險絲的發(fā)明者，力特從 1960 年以來一直致力于提升汽車電子系統(tǒng)的安全防護級別。如今的汽車電子發(fā)展日新月異，不同子系統(tǒng)的輸入輸出接口都需要保護電路，力特的汽車保護產(chǎn)品也從汽車保險絲擴展到了包括瞬態(tài)抑制二極管、壓敏電阻等完整的板級電路保護方案。
第二個重點領(lǐng)域是特殊應(yīng)用環(huán)境下的電路保護。特殊應(yīng)用環(huán)境是指包括石化、煤礦、油井等易燃易爆環(huán)境，在這樣的應(yīng)用環(huán)境，電路保護的可靠性至關(guān)重要。力特在這一領(lǐng)域有非常深入的研究，提供的針對油氣生產(chǎn)環(huán)境的安全管滿足了特殊應(yīng)用環(huán)境對于安全產(chǎn)品參數(shù)的特殊需求。
保護電路失效的兩種模式
無論是家電還是工業(yè)設(shè)備，無論是手機還是電動汽車，有電路的地方，就有保護器件存在。“不加保護器件，手機照樣可以打電話，但可靠性會大幅降低,”力特應(yīng)用技術(shù)助理經(jīng)理李曉輝這樣解釋保護器件的作用。業(yè)界因為在保護電路方面疏忽而導(dǎo)致的召回或巨額賠償?shù)陌咐榈囟际牵约颖Ｗo電路之于商業(yè)產(chǎn)品恰如買保險，目的都是為了鎖定風(fēng)險，正常狀況并不希望保護電路動作，因為對于多數(shù)一次性保護器件來說，起作用往往意味著該保護器件已經(jīng)失效。
Littelfuse應(yīng)用技術(shù)助理經(jīng)理李曉輝
保護電路主要分兩類，一類是過流保護，一類是過壓保護?！斑^流保護通常采用一次性的保險絲，這種一次性熔斷保護最安全可靠，把電路切斷以后，被保護電路就不會對系統(tǒng)造成任何風(fēng)險，” 李曉輝說道，但他表示在電動汽車電池管理系統(tǒng)中，一次性熔斷的保險絲就并不適合。如果一個瞬態(tài)脈沖出現(xiàn)，保險絲熔斷導(dǎo)致動力輸出被切開，這對行駛中的汽車來說是非常危險的場景，所以針對電動汽車，力特提供可恢復(fù)保險絲，瞬態(tài)脈沖出現(xiàn)時可恢復(fù)保險絲短時間切斷電路，等脈沖過去以后再恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。
“過壓保護器件大部分失效模式是短路，短路失效對被保護電路會產(chǎn)生非常大的風(fēng)險?？蛻舳枷ＭＪ绞前踩?，相比開路失效，短路失效的風(fēng)險更大，所以一般我們不會允許出現(xiàn)這種狀況?！崩顣暂x強調(diào)電路保護設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，力特幾十年的安全防護經(jīng)驗會給客戶提供最全面的參考設(shè)計。例如對易于出現(xiàn)短路失效的部分，力特會建議加入主動保護電路，監(jiān)測電路運行狀態(tài)，當(dāng)被保護器件被擊穿出現(xiàn)短路失效時，可以主動切斷電路，以保證整個產(chǎn)品的安全。
保護電路設(shè)計不可妥協(xié)
電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，也推動了保護電路器件的不斷發(fā)展。在過流保護方面，力特有保險絲與 PTC（正溫度系數(shù)熱敏電阻，Positive Temperature Coefficient）；在過壓保護方面，力特提供瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管、瞬態(tài)電壓抑制二極管陣列以、泄流性保護器件 SIDACtor 器件、氣體放電管（Gas Discharge Tubes，簡稱 GDT）、防靜電二極管與壓敏電阻等。
李曉輝重點介紹了 SIDACtor 的優(yōu)點，他認為以往的設(shè)計人員對于 TVS 管等嵌位型保護器件非常熟悉，但對于 SIDACtor 這種泄流性保護器件使用不多。相比 TVS 管這種嵌位型保護器件，泄流性保護器件有一些獨特的優(yōu)勢。例如，SIDACtor 的抗浪涌能力更強，目前最高等級的 SIDACtor 5kA 系列，導(dǎo)通時在十納秒時間之內(nèi)就可以旁路 5000A 的電流，泄流能力驚人。此外，SIDACtor 的殘壓比 TVS 管更低，因此對于被保護電路的影響更小。
雖然摩爾定律走在失效的邊緣，但整個電子行業(yè)對于降低成本的追求還看不到盡頭。對于保護電路來說，是不是也會遇到成本壓力，甚至在設(shè)計中通過“偷”安全設(shè)計來降低成本呢？對于這種傾向，李曉輝認為非常危險，這違背了加入保護電路的初衷，絕不鼓勵設(shè)計人員通過降低安全標準來節(jié)省成本。
“新能源汽車電池系統(tǒng)的保護電路如果出現(xiàn)短路失效會很可怕，任何系統(tǒng)的核心模塊不工作也會造成風(fēng)險。要最大限度降低風(fēng)險，必須提高保護等級，”李曉輝說道，以電動汽車電池管理系統(tǒng)為例，每一組電池都要有獨立的保護電路，“不能因為一組電池是備用或者使用頻率低就降低保護標準，我們不建議這樣做，我們會要求客戶選擇合適的器件。”
李曉輝建議客戶在設(shè)計之初就應(yīng)把應(yīng)用場景的各種安全風(fēng)險考慮進去，而且在保護電路設(shè)計方面要排除成本等其他因素的干擾。工業(yè)設(shè)備與汽車電子等對可靠性要求極高的產(chǎn)品自不必說，消費類產(chǎn)品安全設(shè)計方面出現(xiàn)問題對于企業(yè)帶來的風(fēng)險一點也不小?！霸谶x型與設(shè)計方面遺漏某些因素，會導(dǎo)致嚴重后果！”李曉輝鄭重告誡。
