某产品保险管选型解决浪涌故障案例
1 问题描述
某医疗产品在正常工作状态下，当对交流电源线进行线-线±1kV/2Ω、线-地±2kV/12Ω浪涌实验时产品会自动关机，尝试重新上电后仍然不能开机，实验不通过。
2 故障诊断
打开机壳，使用万用表测量电源电路，发现陶瓷保险管RO54-1A断路，重新更换保险管后开机正常，确认浪涌损坏的为保险管，如图1所示。
图1 浪涌损坏的保险管
3. 原因分析
熔丝管俗称保险管，其安装在电路中，是保证电路安全运行的电器元件。正常情况下保险管在开关电源中起到连接输入电路的作用，一旦发生过载或短路故障，通过保险管的电流超过熔断电流，熔丝就被熔断，将输入电路切断，从而起到过电流保护的作用。
对于需要做浪涌实验的产品，保险管应用在防护电路之前，此时需要承受瞬态浪涌脉冲电流，因为浪涌电流或者冲击电流峰值很高，通常选择慢熔性保险管，普通的保险管承受不了这种电流。如果使用普通保险管，电路可能就无法正常开机，如果换成大规格电流保险管，当电路中出现过载电流时又无法起到保护作用，而慢熔断保险管能承受瞬间脉冲电流，从而保证设备的正常运作。
从技术层面上来说，防雷慢熔断保险管因为具有较大的公称熔化热能值I2t，其熔断所需要的能量较大，因此耐脉冲的能力强。公称熔化热能（I2T）表征保险管承受瞬态干扰（短时大电流的脉冲）的能力，值越大保险管抗瞬态干扰能力越强。所以，对于既要考虑电路安全，又要进行防雷实验的保险管，其选型就要兼顾以上两种情况，否则必然产生风险。经与开发工程师沟通，产品在设计之初保险管选型时未考虑防雷特性，查看产品规格书也无Nominal Melting I2T指标，如图2所示。
图2 保险管选型未考虑防雷I2T
从图2可以看出，保险管选型未考虑公称熔化热能值，因此确认保险管不满足防雷公称熔化热能导致浪涌实验时熔断。
4. 整改措施
根据以上分析，电路中保险管的选型需要考虑公称熔化热能，避免普通保险管在雷击浪涌时熔断，针对不同的瞬态浪涌脉冲波形，IEC标准规定的公称熔化热能计算方式如图3所示。
图3 瞬态波形I2T计算方法
测试的浪涌短路电流波形如图4所示。
图4 浪涌短路电流波形
从图3和图4可以看出，浪涌短路电流波形（8/20us）公称熔化热能可以近似等效用三角波能量计算。本产品浪涌线-线实验电压1kV，发生器内阻为2Ω，此时短路电流为：
1kV÷2ohm=500A
公称熔化热能=(1/3)I2T
其中T≈30us，则选用的保险管
公称熔化热能≥(1/3)I2T=(1/3)×5002×30×10-6=2.5
考虑到降额，保险管公称熔化热能选择时至少大于2倍以上计算值。
选择与原保险管同尺寸、标称电流一致的某一品牌保险管，其公称熔化热能为6.557，大于浪涌实验要求的最低公称熔化热能5，如表1所示。
表1 新选型的保险管公称熔化热能
新选型的保险管公称熔化热能曲线如图5所示，可以看出其公称熔化热能为6以上，因此满足浪涌实验要求。
图5 选型的保险管公称熔化热能曲线
5. 实践效果
将新选型的保险管安装在产品上，此时电源线进行线-线±1kV/2Ω、线-地±2kV/12Ω各5次实验，产品工作正常，关机现象再未出现，实验顺利通过。
【点评/点睛】
雷击浪涌试验，和其它EMC试验相比真的有点特别，它是具有特殊电压、特殊电流、特殊故障的特殊试验，是特殊中的特殊，然而，很多工程师却不明白这个道理，导致设计整改时顾此失彼而出现问题，呜呼，王者之所以能成为王者，不是他把牛能吹上天，而是他比牛超前半步。本案例浪涌实验时保险管损坏，经过缜密的诊断和分析，乃防雷设计时未关注保险管承受瞬态高电压大电流的能力所致，后通过保险管选型成功化解。本文的整改方法和思路启示我们，雷击浪涌设计时，需要认识到它的特殊之处，只有知己知彼，才能百战不殆。
