硬件器件選型往往由產品的設計思路所決定,包括對技術參數的要求,可靠性和成本的考量等。通過權衡各種因素,選擇最適合項目需求的硬件器件,以確保電路或系統的穩定性、可靠性和成本效益,是硬件工程師的必修課。這是我們開源產品項目“CW32數字電壓電流表”的原理圖中有關電源部分的設計:
項目開源鏈接:
https://oshwhub.com/heyh/cw32-VAmeter
近些天來,很多朋友在學習交流群中發問,圖中為何使用10歐姆電阻串聯接入電源輸入?我們站在此產品設計的角度上,再詳細的講述一下原因。
10Ω電阻在這里有兩個作用:
01 在電路中充當分壓電阻
工程的開源鏈接已寫明:串聯小電阻(10Ω)來進行分壓操作,從而減少在高電壓供電情況下LDO由于較大的壓差導致發熱嚴重的問題。
02 在電路中充當保險絲
這一點是我要在本文重點要講的,在很多產品設計中,出于成本考慮,會使用電阻代替保險絲,在本產品使用0603封裝的10Ω電阻也是用作替代保險絲合理考量。
這個器件參數的選型當然也不是空穴來風,可以根據常規厚膜片式固定電阻器的數據手冊通過理論計算得到:
由此可見,0603封裝的電阻,功率在100mW。根據P=UI=I2R求得10Ω電阻,額定電流為100mA。而CW32數字電壓電流表這個產品,最大供電電流不會超過100mA。當后面電路發生短路時,短路電流超過100mA時,電阻功率變大,溫度升高,直至熔斷。這就是使用普通電阻充當保險絲的原理。那么,又有讀者可能心里會有疑惑,既然普通的電阻可以發揮保險絲的功能,那為什么在一些產品中用成本更高的保險絲而非電阻呢?
我們打開一份同為0603封裝的貼片自恢復保險絲的數據手冊,在電氣特性(Electrical Characteristic)一欄中,有一個很重要的指標:Maximum time to trip(最大動作時間)。
Maximum Time to Trip(最大動作時間)對于自恢復保險絲(PPTC)來說,具有非常重要的意義。
Maximum Time to Trip是指在規定的動作電流(Itrip)下,PPTC從正常工作狀態轉變為高阻狀態所需的最長時間。這個時間參數是在特定的測試條件下測得的,如規定的溫度(通常為25°C)和靜止的氣流環境。
當電路中出現過載或短路等異常情況時,流經PPTC的電流會迅速增大。PPTC會在一定時間內響應并轉變為高阻狀態,以限制電流的大小,從而保護電路中的其他元件免受損害。Maximum Time to Trip參數確保了PPTC在足夠短的時間內作出響應,以提供有效的電路保護。在對可靠性有著嚴格要求的產品中,必須使用保險絲,保證能夠及時的保護后端電路甚至是用戶的生命財產安全。然而,這樣一顆自恢復保險絲的價格,往往在1毛以上的價格,相比于僅僅只有幾厘錢的貼片電阻來講,價格上確是云泥之別。而在KK級的產品量產里面,這就是動輒數十萬元的成本。而你,我的朋友,你有沒有關注過這些有趣的產品設計因由?
歡迎在評論區討論。
最后,附上產品的原理圖:
審核編輯 黃宇
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