壬午,上于景华宫征求萤火,得数斛,夜出游山,放之,光遍岩谷。 - 《隋书·炀帝纪》
大业十二年,天下已乱,炀帝于景华宫求萤火虫数斛,夜游出山放之,光芒遍布整个岩谷。炀帝于局面失控之际,却醉心于夜游放萤火,写出一种王朝即将倾覆,却无力回天,纵情悲歌掩饰自暴自弃之感。其在位之时大兴土木、三征高句丽、滥用民力、穷奢极欲、好大喜功,致使百姓离心离德,烽烟四起,天下大乱,隋朝二世而亡。
尤其是三征高丽,天下苦之极矣,动摇帝国根本。此外,由于他本人刚愎自用,不听谏言,故局面失控到不可挽回的地步。
隋代《挽舟者歌》歌曰:我兄征辽东,饿死青山下。今我挽龙舟,又阻隋堤道。方今天下饥,路粮无些小。前去三千程,此身安可保!寒骨枕荒沙,幽魂泣烟草。悲损门内妻,望断吾家老。安得义男儿,焚此无主尸。引其孤魂回,负其白骨归!
在电路设计领域,保护措施就像忠臣的谏言一样。在特定场景下触发保护,可避免电路损失过大,维修成本过高。为了降低成本,业界有一种用电阻充当保险丝的流派,下面简洁地讲述下。
背景
手机电路板非常紧凑,可谓是寸土寸金。有时我们需要临时保护措施,但PCB空间有限,成本亦有限制,所以正规保险丝方案不被考虑,需要找到更为合适的方案。
那么,保险丝的关键特性是什么,有没有低成本替代措施?
保险丝主要是过流时快速熔断以保护电路,正规的保险丝可通过安规认证(UL,IEC等),熔断特性遵循datasheet且一致性好,阻抗小,带来的压降小。
我们可以做些取舍,抓重点。根据焦耳定律P = I²R,当流过的电流过大时,电阻自身会因为功率超标而急剧发热,温度升高直至熔断。
用电阻充当临时保险丝未尝不可,在特定场景下甚至起到了妙用的效果。
0201 0Ω充当保险丝
根据电阻标准文件EN60115-2,0Ω电阻实际最大阻值有三种规格:10mΩ、20mΩ和50mΩ。以国巨通用电阻为例,规格书如下图,0欧姆电阻最大阻值是50毫欧,实测下来阻值大多在30mR~50mR之间。额定通流能力是0.5A,Imax是1A。

用0R电阻做保险丝,在正常工作时,其压降和功率损耗几乎为零,对电路几乎没有影响,这是其优点。
但是,虽然标注了电流能力,实测下来0R电阻却是个硬骨头。不管是直流大电流,还是浪涌瞬间大电流,都较难把电阻烧坏。
以浪涌为例,用正规的浪涌发生器对着0R电阻打浪涌,波形如下图,100V浪涌毫发无伤,直到200V浪涌才壮烈牺牲,此时峰值电流达到了90A!可见0R电阻的电流耐受能力很强。


某手机项目实际验证下来,0欧电阻不容易烧断,对后面的电路保护不及时,所以不被采用。
0201 1Ω充当保险丝
如前面所描述的,0R电阻非常耐烧,选作保险丝的话,非常大的电流才能把它烧毁。
然后看1Ω电阻,相比0Ω电阻,1Ω电阻更容易被烧坏,如下图,用正规的浪涌发生器对着1R电阻打浪涌,在100V浪涌下即可烧坏。

虽然1R电阻容易烧断,不过它的阻值可能会影响电路正常工作时的性能,不适合大电流场景。比如,如果电路正常工作电流为100mA,那么它上面就会有0.1V的压降,这在某些场景中可能是不可接受的,尤其是一些认证场景,因为规范定的很死。
某手机项目实际验证下来,1Ω电阻容易熔断,对后面的电路保护较为及时;且正常工作时,1R电阻上面的压降尚可,也能接受,总的来看较为有效。
总结
在0201小尺寸封装下,1欧姆电阻比0欧姆电阻更适合做临时保险丝。
但需要说明的是,电阻并不是为熔断而设计的。它的熔断曲线(电流-时间关系)、分断能力(能安全切断的最大电流)都不符合保险丝的标准,也没有通过安规认证。可以在灰色地带当做简易保险丝使用,正规场景尽量不要用。
本方案中1R电阻放在小板上,在特定场景下可以可靠烧断(阻值变为几十千欧姆),避免主板损坏,售后维修仅需更换小板即可,实现了丢卒保帅的预期目标。