开关电源产品的一个重要性能指标是输入冲击电压，一般设计得较小。 常规设计是在开关电源输入端的火线上串联一个热内阻（NTC）。 对于更大功率的开关电源在热内阻（NTC）上同时装有保险丝，用于减少元件损耗，提高产品稳定工作时的可靠性。 本文着重分析归入熔断器后触头漏电失效的原因。 通过原理、实验测试、验证和熔断器材料，详细分析了熔断器在电路设计和应用过程中存在的问题，为熔断器在开关电源产品中的使用提供了依据。 以上设计提供参考。
故障现象及来源
在实际工程设计中，将图1中的PFC电路设计到产品中，测试发现冲击电压超标（设计目标≤25A），达到70A。 本方案中，热敏电阻内阻RT1的阻值取10Ω。 理论上根据90VAC的输入电流，即相位为90°或270°时，最大输入峰值电流为90*√2≈127V，最大输入峰值电压（输入冲击电压)为Imax=127/10=12.7A，测试结果完全偏离理论估计。
图1 PFC电路
结合图1分析，影响输入冲击电压的元件主要是热内阻RT1和熔断器K1，有以下四种组合：①热内阻断开，熔断器不闭合。 此时输入处于打开状态。 产品应该没有输入； ②热内阻开路熔断器闭合，输入电压通过熔断器直接供给前端电路，热内阻在电路中不起作用，输入冲击电压大； ③热内阻正常且保险丝未闭合，输入电压通过热敏电阻给前端电路，抑制和降低输入冲击电压； ④热敏电阻内阻正常，熔断器闭合，输入电压主要通过熔断器给前端电路，热敏电阻内阻在电路中不工作，输入冲击电压大； 检查热敏电阻内阻和保险丝，结果热敏电阻内阻正常，保险丝常开点在无电源时处于衔铁状态，即保险丝为异常元件。 更换新保险丝后，实测冲击电压仅为7.4A。 以往产品试验冲击电压超标属于第四种情况。 输入电压主要通过熔断器提供给前端电路，热内阻在电路中不起作用，造成较大的输入冲击电压。
电路图1的工作原理如下：保险丝K1与热敏内阻RT1两端并联，线性稳压后PFC电感L2的辅助定子供电。 当开关电源上电启动时，由于此时保险丝K1没有供电电流继电器线圈电阻的测量方案，保险丝K1处于开路状态，输入电流通过热内阻RT1对大电解电容C8充电，从而限制了启动时的输入冲击电压。 功率管Q1接收到驱动信号后，PFC电感L2辅助建立定子电流，即建立熔断器K1的供电电流。 当供电电流达到9V左右时，保险丝开始工作，触点闭合导致热内阻RT1漏电，增加了产品工作时的输入线路阻抗，减少了损耗，提高了产品的效率.
保险丝触点漏电故障的原因
对于熔断器未通电且常开点已经衔铁的情况，即熔断器触点漏电失效，通常有以下三种可能。 以下三种可能的原因一一分析排查：
①继电器动作频率低，使用次数已超过保险丝所能承受的开关次数；
②继电器所在环境湿度大；
③流过继电器的浪涌电压过大。
通过对图1电路工作原理的分析和保险丝K1触点两端电流的实际检测，保险丝K1仅在通电过程中动作，正常后触点不再切换操作，所以保险丝K1的开关次数只与人输入的开关次数有关。 根据保险丝的尺寸书可知，保险丝的使用频率为1*104次，产品还在调试阶段，不可能达到1*104次，所以不是由于使用频率超过使用寿命造成的。
图2 熔断器触点的稳态电压波形
【黄色为输入电流，红色为保险丝接触电压】
通过实际测试，如图2所示继电器线圈电阻的测量方案，保险丝工作时的接触电压约为3A，保险丝的环境湿度为83℃。 查看此应用的保险丝规格书，标明耐环境温度参数为10A/85°C，输入电压为7A时可在105°C下使用。 对比实际环境和电压，可以排除使用环境湿度大的原因。 .
图3 保险丝触点导通波形
【黄色为输入电流，红色为保险丝接触电压】
熔断器K1的前端负载为感性负载（L1、L2）和容性负载（C1、C2、C8）。 测得的保险丝K1的触点电压如图3所示，从图中可以看出，保险丝K1的触点在导通后的一段时间内有一个峰值电压，最大峰值Imax=39.4A . 保险丝尺寸参数最大耐压为10A，产品调试时多次启动后形成的浪涌电压冲击（39.4A）会损坏触点，造成接触不良。
熔断器衔铁产生浪涌电压的原因
通过调查得知，熔断器触点漏电失效的原因是流经熔断器的浪涌电压过大，那么在图1的电路中，是什么原因导致熔断器电枢中的浪涌电压，这可能引起浪涌的下列浪涌电压元件检测分析：
①PFC电感L2是否饱和；
②L1差模电感是否饱和；
③π型混频电容C1是否过大；
④PFC限制钳位电压是否过大。
检测PFC电感L2的启动电流如图4所示，此时PFC电感电压被削波，即PFC电压被限制钳位在13.1A，PFC电压波形良好，且乙
图4 检测PFC电感L2的启动电流
图5 PFC电感未饱和
图 6 饱和电压
L1差模电感参数为200uH/48Ts/0.7mm。 测得的饱和电压如图6所示，在施加13.1A电压（PFC启动时钳位的电压）时，电感只有12.5uH，电感增加很大。 ，饱和已经发生。 此时，π型混频电感L1很难对PFC启动过程中流经保险丝K1的电压进行有效混频。 更换差模电感L1，选用饱和电压较高的差模电感（饱和电压约16A/200uH），测试其接触电压，导通瞬态电压8A，导通后最大电压峰值17.4A，触点电压峰值明显降低，如图7更换前和图8更换后。
图7 更换前的接触电压
图8 更换后的接触电压
【绿色为C8电容电流，白色为保险丝接触电压】
C1为π型混频电路的第一级电容，输入电流直接对C1充电，会形成畸变的脉冲充电电压。 电容越大，失真的电压脉冲越大，因此保险丝触点的峰值电压就越大。 在更换L1差模电感的基础上，将C1的电容由474/450V降为683/450V，测试保险丝接触电压，发现保险丝接触电压最大为8.6A，电压尖峰明显进一步降低（之前为 17.4 A），如图 9 所示。
图9 PFC升压时的电压电流波形
【绿色为C8电容电流，白色为保险丝接触电压】
PFC控制IC启动过程：在大电解电容C8的升压过程中，PFC控制IC驱动器输出的力矩会从0增加到最大，如图10所示。PFC电压逐渐达到PFC电压采样限制和钳位如图4所示。PFC启动钳位电压与PFC电压采样的内阻有关。 在实际工程设计中，PFC电压采样内阻为R=22mΩ，PFC钳位电压约为13.1A。 降低R=40mΩ，钳位电压降低，冲击电压峰值降低，同时可以降低L1启动时的电感，降低PFCπ型混频的功效。 如图 11 所示，最大接触电压峰值为 9.6A。 PFC电压采样的内阻直接关系到产品的过流能力。 一般过流点设计好后，不建议再改这个内阻。
图 10 PFC 启动
图11 保险丝接触电压波形
综上所述，输入端熔断器熔断后冲击电压大可归纳为：PFC电压采样内阻小，即过流点大，输入电压在PFC开始工作（boost）大时到达钳位点； 如果π型混频的差模电感饱和，将失去对电压的抑制作用； 混频电容C1的容值越大，畸变电压脉冲越大。
开关电源产品保险丝设计参考
①输入端π型混频电路：选用饱和电压较高的差模电感，减小π型混频第一级电容的容值
②增加PFC电压采样内阻，降低PFC钳位电压（这要与产品要求的过流能力相平衡）
除了从电路上优化参数外，保险丝的选择也很关键。 下面是不同熔断器触点材料在应用上的区别。 例如宏发熔断器型号为HF46F-G系列，规格书中给出的熔断器触点材料分为两种材料：和AgNi，即：HF46F-G/XXT（带T）触点材料为； HF46F -G/XX（无 T）触点材料为 AgNi。 这个系列的size book也区分了不同材质触点的应用，如下：
①常用于容性负载、感性负载、电机负载等会产生浪涌电压的场合。
②AgNi常用于阻性负载和电压稳定的场合。
这样，对于开关电源输入端使用的熔断器应用来说，前端实际负载通常有电感、电容等引起浪涌电压的元件，所以在选择熔断器时，应选择接触件材质的熔断器应该使用。
保险丝的失效通常有以下几种：保险丝内部多余、接触面脏污、工艺结构不当、触点碳化、挛缩、银离子迁移、外加引起的簧片位移等。
这种故障模式大部分是由于保险丝生产过程控制不当造成的。 因此，对于熔断器生产企业而言，改善生产环境，完善质量控制和检测体系，对于防止熔断器故障频发将起到极为关键的作用。 角色。 据悉，用户首先要根据实际使用要求优化使用类型，然后慎重确定所需的功能特性和化学特性（包括环境适应性要求、输入输出参数、时间参数、触头寿命、体积、重量、安装规格、安装方法、密封等），因此选择合适的保险丝对于防止在使用过程中造成的故障也很重要。
在开关电源的实际工作过程中，虽然保险丝触点漏电故障产品仍能正常工作，但在使用过程中却很难察觉。 一旦熔断器触头漏电失效，较大的输入冲击电压将影响产品的可靠性，也可能因较大的输入冲击电压而引起后端供电系统异常报告。 防止出现这些情况的解决办法是在设计初期掌握好电路参数的选择，选择符合电路特性的熔断器型号。
笔记：
热内阻（NTC）：热内阻是一种传感内阻，其内阻值随温度的变化而变化。 （NTC，即负温度系数热内阻，温度越高，内阻越小）。
PFC：中文全称“Power”，意思是“功率素数校准”。 功率素数是指有效功率与总功耗（视在功率）之间的关系，即有效功率乘以总功耗（视在功率）。