一種熔斷絲與導(dǎo)線匹配的仿真驗證方法

康金燦 焦一帆 崔海領(lǐng) 夏瑞陽 游國強 任朝瑞

【摘? 要】針對線束原理設(shè)計中的元件選型問題，本文提出一種利用仿真軟件實現(xiàn)熔斷絲與導(dǎo)線匹配的仿真分析方法，能夠在設(shè)計前期規(guī)避風(fēng)險，提高設(shè)計可靠性，并通過實例驗證其可行性。

【關(guān)鍵詞】元件選型；仿真；熔斷絲；導(dǎo)線

中圖分類號：U463.62? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）04-0080-03

【Abstract】Based on the issue of component selection in the schematic design of wire harness，this paper presents a simulation analysis method of fuse and wire matching by using simulation software，which can avoid risks in the early stage and improve the reliability of design，and verify its feasibility through examples.

【Key words】component selection；simulation；fuse；cable

1? 背景

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，整車功能越來越復(fù)雜，對安全性能的要求也越來越高，不同主機廠提出了很多平臺化方案來規(guī)范管理設(shè)計輸出，規(guī)避設(shè)計風(fēng)險。對于原理設(shè)計來說，元件選型是一項非常重要的工作。以導(dǎo)線選型為例，某個回路根據(jù)用電器電流的類型與大小選定熔斷絲之后，選擇的導(dǎo)線是否合適，將直接影響到整車的安全性能和成本。對于導(dǎo)線的選擇，要求既能滿足用電器的工作需求，在熔斷絲熔斷之前不發(fā)煙，絕緣層不融化，又能夠兼顧成本，避免設(shè)計上的冗余。

熔斷絲與導(dǎo)線的匹配目前在行業(yè)內(nèi)沒有特別可靠、精確的方法，傳統(tǒng)的匹配方法是選定熔斷絲規(guī)格后，再利用公式進行計算選擇合適的導(dǎo)線，過程較為繁瑣，不僅費時費力，還有出現(xiàn)人為錯誤的可能。因此，利用仿真軟件創(chuàng)建了一種熔斷絲與導(dǎo)線匹配的仿真驗證分析方法，可以仿真出一定環(huán)境條件下熔斷絲與導(dǎo)線的匹配情況。

2? 準備工作

進行仿真分析首先要具備相應(yīng)的模型。熔斷絲與導(dǎo)線的匹配需要比較相同條件下熔斷絲的熔斷時間和導(dǎo)線的發(fā)煙時間，需要有相應(yīng)規(guī)格的熔斷絲、導(dǎo)線模型以及電源模型提供電壓、電流。我司在仿真建設(shè)初期與各廠家溝通交流，根據(jù)產(chǎn)品特性參數(shù)完成了各類線束元器件的建模工作，創(chuàng)建了天海線束仿真相關(guān)的專業(yè)仿真模型庫，可以提供不同廠家、不同規(guī)格的熔斷絲模型、導(dǎo)線模型等，直接應(yīng)用于仿真工作當(dāng)中。

3? 仿真驗證分析

由于需要較大電流范圍的導(dǎo)線溫升結(jié)果，如果按照實際將熔斷絲與導(dǎo)線連接在同一回路內(nèi)，那么當(dāng)熔斷絲熔斷后，電路斷開，無電流通過，將無法觀測到導(dǎo)線后續(xù)的溫升情況，所以將熔斷絲與導(dǎo)線分開兩個回路分別進行仿真。

從模型庫中選擇合適的電源、熔斷絲、導(dǎo)線和搭鐵等搭建線束回路，如圖1所示，回路從左到右分別是蓄電池負極搭鐵、電池、熔斷絲或?qū)Ь€、可變電流源以及搭鐵模型，其中可變電流源模型的輸出電流與內(nèi)阻可變，用于模擬負載不同工況下的電流特性。在此需要注意的是，熔斷絲與導(dǎo)線的測量回路中其它所有模型的輸出以及環(huán)境條件等都應(yīng)保持一致，否則結(jié)果將不具有參考意義。

3.1? 熔斷絲熔斷曲線

在軟件工具欄打開參數(shù)掃描功能，在Param欄找到熔斷絲所在回路的可變電流源，選擇電流值并在下方設(shè)置合理的電流變化范圍及步長，再對仿真測試的時間進行設(shè)置。這里的時間指的是線束回路通電的時長，但軟件進行仿真分析的實際運行時間很短。點擊運行，可以清楚看到仿真工程運行的進度和完整過程，完成測試后，在結(jié)果工具欄出現(xiàn)所有數(shù)據(jù)結(jié)果。

打開熔斷絲的溫升數(shù)據(jù)，可以在同一坐標軸下顯示不同電流值對應(yīng)的溫升曲線，如圖2所示。

通過測量工具截取出熔斷絲熔斷（熔絲達到熔斷溫度）時通過的電流及對應(yīng)的時間值，將截取出的所有數(shù)據(jù)點在新坐標軸中顯示并連接起來，得到使熔斷絲達到熔斷溫度時的電流-時間曲線，即熔斷曲線，如圖3所示。

3.2? 導(dǎo)線發(fā)煙曲線

同樣是使用參數(shù)掃描的方法，在Param欄找到導(dǎo)線所在回路的可變電流源，選擇電流值，對各參數(shù)進行設(shè)置后，運行仿真工程，可以得到導(dǎo)線相關(guān)的測試結(jié)果。

打開導(dǎo)線的溫升數(shù)據(jù)，在同一坐標軸下顯示不同電流值下導(dǎo)線的溫升曲線，如圖4所示。

通過測量工具截取出導(dǎo)線達到發(fā)煙溫度時通過的電流及對應(yīng)的時間值，將截取出的所有數(shù)據(jù)點在新坐標軸中顯示并連接起來，得到導(dǎo)線達到發(fā)煙溫度時的電流-時間曲線，即發(fā)煙曲線，如圖5所示。

3.3? 熔斷絲與導(dǎo)線的匹配

將得到的熔斷絲熔斷曲線與導(dǎo)線發(fā)煙曲線在同一坐標軸中顯示。為了觀測方便，可以將曲線變化方式改為對數(shù)，同時對曲線外觀進行一系列的設(shè)置，得到熔斷絲與導(dǎo)線匹配的結(jié)果。如圖6所示，其中粉色曲線是熔斷絲熔斷曲線，藍色曲線是導(dǎo)線發(fā)煙曲線。

觀察某一電流值對應(yīng)的熔斷絲熔斷時間和導(dǎo)線發(fā)煙時間，如果熔斷絲的熔斷時間小于導(dǎo)線發(fā)煙的時間，即熔斷絲在導(dǎo)線發(fā)煙之前熔斷，那么在該電流值下，熔斷絲可以保護導(dǎo)線。從整體上來看，如果導(dǎo)線的發(fā)煙曲線全部位于熔斷絲熔斷曲線上方，則任意電流情況下都可以保證熔斷絲的熔斷快于導(dǎo)線發(fā)煙，熔斷絲可以保護導(dǎo)線，該組熔斷絲和導(dǎo)線的匹配通過；如果兩曲線存在交點，那么以交點為界，右側(cè)電流區(qū)間內(nèi)在熔斷絲熔斷前，導(dǎo)線已經(jīng)發(fā)煙，存在風(fēng)險，該組熔斷絲和導(dǎo)線的匹配無法通過，需要提升線徑或者更換耐溫等級更高的導(dǎo)線再次進行驗證。

4? 應(yīng)用案例

該方法主要應(yīng)用于線束原理開發(fā)階段的設(shè)計選型工作，可以快速驗證導(dǎo)線的選型是否合理，以下是應(yīng)用案例。

1）案例1：環(huán)境溫度40℃，40A的JCASE熔斷絲匹配4.0mm2的FLRY導(dǎo)線，如圖7所示，導(dǎo)線的發(fā)煙曲線全部位于熔斷絲熔斷曲線上方，該方案通過驗證。

2）案例2：環(huán)境溫度40℃，30A的MINI熔斷絲匹配1.0mm2的FLRY導(dǎo)線，如圖8所示，導(dǎo)線的發(fā)煙曲線與熔斷絲熔斷曲線存在交點，該方案未通過驗證。

根據(jù)大量數(shù)據(jù)的整理和分析，仿真結(jié)果基本貼合實際，具有一定的參考意義。

5? 結(jié)束語

本文介紹了一種利用仿真軟件實現(xiàn)熔斷絲與導(dǎo)線匹配的仿真驗證分析方法，包括如何得到熔斷絲熔斷曲線和導(dǎo)線發(fā)煙曲線，如何對測試結(jié)果進行分析等，能夠在線束開發(fā)過程中提前規(guī)避一些設(shè)計風(fēng)險，支持原理設(shè)計工作。

天海有國家認可的實驗室，依托于實驗室提供的大量實測數(shù)據(jù)的支持，仿真模型不斷迭代，已經(jīng)組建了專業(yè)的仿真團隊，制定了相應(yīng)的標準。在以后的規(guī)劃當(dāng)中，實驗室測試將與仿真相輔相成，實現(xiàn)天海的設(shè)計、仿真、測試閉環(huán)。

（編輯? 楊? 景）