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注意高温陷阱?---可恢复保险丝应用失效案例分享

可恢复保险丝虽然具备方案简单,面积较小、成本相对较低等优点,但是其也存在关断电流受温度影响大劣势。高温条件下裕量考虑不足,将直接导致功能丧失。本文又是一篇血泪教训分享。

以下是一例自恢复保险丝用在屏幕供电电路,由于高温裕量考虑不足导致DV高温试验fail的案例。(本文旨在介绍可恢复保险丝使用时注意时需要关注高温参数,无意攻击任何型号或品牌的产品,这个问题主要也是选型考虑不足导致,与保险丝产品本身无关)

应用背景:

客户需求娱乐域控需要给车载显示屏(中控屏、仪表等)供电,单个屏幕最大电流2A,为了实现过流和短地时及时关断,在每路电源输出放了一颗Littelfuse 的miniASMDC260F/16,额定关断电流2.6A(2022年前后缺芯,不得已选用保险丝方案)。乍一看关断电流还有30%裕量,似乎没有什么问题,样件阶段的调试、测试、摸底试验确实也没报啥问题。(转手就出大bug了)

问题现象:

DV试验过程中,发现 热循环耐久 高温耐久试验均有样机功能失效,表现是中控闪屏、黑屏。

故障品编号

试验项目

试验要求

问题描述

1#

高温耐久试验

高温+80℃,视频播放模式,连续工作1084h

试验进行到约184h,该leg其中1台样件出现中控闪屏的现象

2#

热循环的耐久

设备由23℃降至-30℃,并在-30℃下稳定20min,然后再将温度升至+80℃并稳定40min,此为一个测试循环,循环次数700cycles

试验进行到约784h,该leg其中1台样件出现中控黑屏的现象

问题分析:

1)故障件返件后通过ABA验证表明是保险丝故障

将故障样机正常通路和故障通路的保险丝在不同温度下测试关断电流及压降,测试结果表明故障保险丝直流压降明显增大,关断电流明显下降,数据如下。

环境温度

故障通路关断电流(中控)1#样机

疑似故障通路关断电流(中控)2#样机

正常通路关断电流(仪表)

正常通路关断电流(后排)

20℃

2.1A关断    

2A(压降0.48V)

4.2关断

4.1A关断

2A(压降0.07V) 

3A(压降0.1V)            

4A(压降0.24V)

3.8A关断         

2A(压降0.09V) 

3A(压降0.12V)            

80℃

0.9A关断

2A关断

2A关断 

2A关断 

 -40℃

3.7A关断

7A关断

7A关断 

7A关断 

从上边数据可以确认是由于可恢复保险丝流能力降低导致无法承载中控屏电流,保险丝频繁开启关断导致闪屏现象。

1#样机故障保险丝其在高温80℃环境下的关断电流仅为0.9A左右,而实测中控屏幕的正常工作电流1.2A@14.4V,所以导致出现中控闪频现象。

2#样机故障保险丝实测与正常品差异不大。其表明虽然其功能上表现故障,但是具备一定的自恢复能力。

2)选型参数回顾

如下是miniASMDC260F/16 规格书中标识的不同温度下的关断电流值。可以看到其关断电流随温度升高明显减低。2.6A仅为20℃时的典型值。

实测该项目DV试验环境产品在80℃条件下的PPTC附近PCB板温约100℃。

根据降额曲线(Y=-0.875X+119.375)预估到100℃时可使用额度为31.875%(约0.83A)。温降额使用工况裕量考虑不足。

注:以上估算基于假设在100℃范围内,其降额曲线依然是线性的。

综合以上信息,造成屏幕中控屏闪频黑频的原因:

1)物料选型没有充分考虑板子温升情况,导致高温下裕量不足,PPTC长时间工作在关断电流附近工况,频繁开关

2)PPTC为聚合物材料结构,其对温度敏感,超过产品规格大电流高温长时间运行性能下降明显,造成其内部结构不可恢复损伤。

总结:

1)自恢复保险丝在应用时要特别关注高温条件下的关断电流阈值

2)考虑高温工作工况下,需要同步考虑PCB 板温温升带来的影响;

3)通过寻源对比,汽车电子大于1A场景,不适合用可恢复保险丝方案。

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