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今天這篇文章想分享關(guān)于保險(xiǎn)絲的內(nèi)容，原因是前段時(shí)間在做2KV共模浪涌時(shí)，板子上的保險(xiǎn)絲出現(xiàn)了斷開，然后恢復(fù)的過程。于是，對(duì)保險(xiǎn)絲內(nèi)部的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了好奇，遂整理了一下關(guān)于保險(xiǎn)絲的知識(shí)點(diǎn)。

保險(xiǎn)絲

保險(xiǎn)絲又稱為熔斷器，用在電路里面作為保護(hù)器件。當(dāng)電路中的電流超過保險(xiǎn)絲的承受能力時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)及時(shí)熔斷，從而切斷輸入和保險(xiǎn)絲后級(jí)電路，達(dá)到保護(hù)電路的作用。

保險(xiǎn)絲物理結(jié)構(gòu)

制作保險(xiǎn)絲的材料，主要是使用低熔點(diǎn)的金屬，比如鉛錫合金，鋅，銅，銀做成細(xì)條狀，或者片狀。熔絲如果是鉛銻合金制成，熔點(diǎn)較低；如果是銅銀合金制成，熔點(diǎn)較高。

早期的保險(xiǎn)絲，沒有外部保護(hù)器件，類似一根細(xì)導(dǎo)線。

小時(shí)候在農(nóng)村家里使用的電閘就是細(xì)條狀的保險(xiǎn)絲。經(jīng)常出現(xiàn)打雷時(shí)保險(xiǎn)絲就燒斷了，當(dāng)需要更換保險(xiǎn)絲，將兩端的螺絲擰開，換上新的保險(xiǎn)絲，電閘就能繼續(xù)恢復(fù)使用。

隨著技術(shù)的發(fā)展和工藝的進(jìn)步，保險(xiǎn)絲從最遲的條絲狀，增加了片狀，玻璃管型，陶瓷管殼型，塑膠片狀帶金屬片，表貼型等。

同樣，在littlelfuse的官網(wǎng)上，產(chǎn)品目錄如下，保險(xiǎn)絲的種類非常多。

無論是那種類型的保險(xiǎn)絲，其實(shí)組成部分都可以拆解成3部分：熔體，電極和支架。其中熔體是保險(xiǎn)絲的核心，不同種類的保險(xiǎn)絲，主要是內(nèi)部熔體不一樣。電極一般有兩個(gè)，將保險(xiǎn)絲的熔體的兩端引出，方便在電路里面使用；支架起到固定熔體和電極的作用。

由于保險(xiǎn)絲的熔體通常都比較纖細(xì)柔軟，如果沒有支架的作用，保險(xiǎn)絲內(nèi)部的熔體在長(zhǎng)途運(yùn)輸過程中會(huì)因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)導(dǎo)致斷裂。保險(xiǎn)絲小電流很難做，但是大電流很好做，原因就在此。所以，支架起來了保護(hù)熔體和增加其抗機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)然在，支架還具備絕緣性，耐熱性，阻燃性能特點(diǎn)。

保險(xiǎn)絲工作原理

保險(xiǎn)絲是導(dǎo)體，當(dāng)電流流過導(dǎo)體，因?yàn)閷?dǎo)體存在電阻，所以在導(dǎo)體上將會(huì)發(fā)熱，且發(fā)熱量遵守公式

其中，0.24是系數(shù), I是流過導(dǎo)體的電流，R是導(dǎo)體的電阻，T是電流流過導(dǎo)體的時(shí)間。根據(jù)上述公式可知，保險(xiǎn)絲是導(dǎo)體，因此保險(xiǎn)絲上發(fā)熱量遵循上述的公式。

一款保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì)成型后，它自身的本體電阻是確定的，熔體的熔點(diǎn)也是固定的。當(dāng)電流流過保險(xiǎn)絲時(shí)，在保險(xiǎn)絲上會(huì)聚集熱量使保險(xiǎn)絲的溫度上升，如果產(chǎn)生熱量的速度小于耗散速度或者兩者達(dá)到平衡時(shí)，則保險(xiǎn)絲內(nèi)部溫度不會(huì)上升到使熔體熔斷。但是如果聚集熱量的速度遠(yuǎn)大于耗散速度，則保險(xiǎn)絲內(nèi)部的溫度會(huì)不斷上升，最終達(dá)到熔體的熔點(diǎn)，導(dǎo)致保險(xiǎn)絲燒斷。這就是保險(xiǎn)絲的工作原理。

保險(xiǎn)絲關(guān)鍵參數(shù)

（1）額定電壓

保險(xiǎn)絲的標(biāo)稱工作電壓為Un，也就是額定電壓。額定電壓需要大于電路輸入電壓的峰值。額定電壓有交流值和直流值，交流額定值指標(biāo)稱均方根電壓值，直流額定值指直流電壓值。常見保險(xiǎn)絲額定電壓有32V，63V，125V，250V，600V。保險(xiǎn)絲是對(duì)電壓不敏感的器件，只要電路的電壓低于其額定電壓，保險(xiǎn)絲都保持默認(rèn)狀態(tài)。

在電壓超過額定值的電路中使用保險(xiǎn)絲會(huì)產(chǎn)生保險(xiǎn)絲無法正常斷開的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槿垠w熔斷后會(huì)在端子之間形成電弧，而且還無法熄滅。這種電弧產(chǎn)生后，它們相當(dāng)于一個(gè)低電阻，使故障電流像保險(xiǎn)絲未熔斷一樣流過保險(xiǎn)絲。

因此，在選型的時(shí)候，盡量選額定電壓比電路正常輸入電壓高的器件，這里系數(shù)取2.5倍以上。

（2）額定電流

額定電流是保險(xiǎn)絲能正常長(zhǎng)期工作的最大電流。額定電流的選擇，要考慮到電路中最大負(fù)載電流，使其不超過保險(xiǎn)絲的額定電流。常見保險(xiǎn)絲的額定電流有1A，1.25A，1.5A，1.6A，2A，2.5A，3A等。

關(guān)于額定電流的選擇，需要考慮到溫度和標(biāo)準(zhǔn)的差異。保險(xiǎn)絲內(nèi)部的熔體對(duì)溫度變化比較敏感，因此溫度會(huì)影響其性能。當(dāng)溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，保險(xiǎn)絲實(shí)際所能承受的電流要高于額定電流；當(dāng)溫度低于環(huán)境溫度時(shí)，保險(xiǎn)絲實(shí)際所能承受的電流要低于額定電流。

因此，在實(shí)際計(jì)算額定電流時(shí)，要盡可能使額定電源遠(yuǎn)離最大負(fù)載下的電流，并且滿足產(chǎn)品全溫度范圍下的折減。通常可以取1.5~2倍或者保險(xiǎn)絲工作電流不應(yīng)該大于額定電流的75%。

除了溫度對(duì)保險(xiǎn)絲額定電流選擇有影響，UL/CSA(北美)和IEC(歐洲)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)額定電流的要求也不一樣。按照UL/CSA規(guī)格生產(chǎn)的保險(xiǎn)絲，在額定電流135%的情況下，需要在不超過一小時(shí)內(nèi)斷路；而IEC規(guī)格的保險(xiǎn)絲，在額定電流150%的情況下，可以至少保持一小時(shí)。也就是IEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的保險(xiǎn)絲，可以在其標(biāo)稱的電流下使用，而UL/CSA規(guī)格生產(chǎn)的保險(xiǎn)絲，在需要降額使用，按照0.75的系數(shù)。

（3）允通能量

允通能量又稱熔化熱能值I2t，這個(gè)參數(shù)表征使保險(xiǎn)絲熔斷所需要的能量值。這個(gè)參數(shù)和保險(xiǎn)絲內(nèi)部熔體的材料，結(jié)構(gòu)，以及橫截面積有關(guān)系，與溫度和所加的電壓無關(guān)。每種保險(xiǎn)絲根據(jù)額定電流值不同，使用了不同的材料和元件配置，因此這個(gè)參數(shù)是保險(xiǎn)絲固有參數(shù)。

I2t值越大，保險(xiǎn)絲承受過電流的能力越強(qiáng)，反映保險(xiǎn)絲在短時(shí)間內(nèi)經(jīng)受高電流的能力。特別是在對(duì)浪涌電流進(jìn)行防護(hù)評(píng)估時(shí)，I2t值是一個(gè)重要的參考參數(shù)，決定了保險(xiǎn)絲在面對(duì)瞬時(shí)大電流時(shí)的保護(hù)能力，決定了在斷路前允許通過故障電路的能量?？烊坌偷谋ｋU(xiǎn)絲的I2t比慢熔型的保險(xiǎn)絲要小。

為了測(cè)出保險(xiǎn)絲的I2t，通常是給保險(xiǎn)絲逐漸施加電流，使其在8ms（60Hz的半周期）內(nèi)或者更短的時(shí)間內(nèi)使其斷開所需要電流的大小。

（4）中斷能量

中斷能量也叫分段能力，斷流容量或啟斷容量，是指在規(guī)定的電壓下，保險(xiǎn)絲能安全地切斷的最大電流。保險(xiǎn)絲的分?jǐn)嗄芰?/a>必須等于或大于電路中的可能發(fā)生的最大故障電流。當(dāng)保險(xiǎn)絲中通過的瞬時(shí)過載電流超過額定值時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)破碎或爆炸，噴濺等引起周圍人身和其它元器件的燃燒等不安全破壞現(xiàn)象，從而引起危險(xiǎn)。因此要求保險(xiǎn)絲在保護(hù)動(dòng)作后，還能夠保持完整的狀態(tài)（無爆裂、斷裂）。保險(xiǎn)絲的分?jǐn)嗄芰θQ于保險(xiǎn)絲的結(jié)構(gòu)，低分?jǐn)嗄芰ΡｋU(xiǎn)絲大部分都是玻璃殼體的，高分?jǐn)嗄芰ΡｋU(xiǎn)絲通常有陶瓷殼體，其中許多還填充有純凈顆粒狀石英材料。

(5）溫度折減

溫度折減，就是要考慮溫度對(duì)保險(xiǎn)絲內(nèi)部熔體的影響。比如，使用littelfuse的312/318?系列保險(xiǎn)絲

在25℃下額定容量為1安培的保險(xiǎn)絲在-40時(shí)可能允許通過110%左右的電流，而在高溫80℃時(shí)可能只允許通過原有容量95%的電流。

（6）熔化特性

熔化特性也叫時(shí)間-電流曲線，代表了保險(xiǎn)絲流過電流與斷開時(shí)間的關(guān)系，也就是保險(xiǎn)絲在響應(yīng)過電流時(shí)的響應(yīng)速度。

根據(jù)熔斷時(shí)的快慢不同，分為慢熔型T（Time-lag），快熔型F(Fast)，中等速度M（Medium time-lag），以及比T更慢熔的TT與比F更快熔的FF等。其本質(zhì)是利用保險(xiǎn)絲的工作原理來設(shè)計(jì)。慢融型保險(xiǎn)絲也叫延時(shí)保險(xiǎn)絲，內(nèi)部的熔體經(jīng)過特殊加工而成，在熔斷時(shí)需要更多的熱量。這種保險(xiǎn)絲用的電源輸入級(jí)具有非常好的防護(hù)效果。當(dāng)電流是瞬態(tài)脈沖電流或者電機(jī)啟動(dòng)負(fù)載，慢熔型保險(xiǎn)絲因?yàn)闊崃坎粔?，保險(xiǎn)絲不會(huì)損壞，而當(dāng)電路出現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間的故障時(shí)，慢熔型的保險(xiǎn)絲會(huì)起作用，切斷電路。

（7）使用壽命

保險(xiǎn)絲因?yàn)槊看坞娏鞯耐ㄟ^和停止而被重復(fù)加熱和冷卻，導(dǎo)致保險(xiǎn)絲內(nèi)部的熔絲發(fā)生膨脹，收縮，長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械應(yīng)力造成金屬疲勞，導(dǎo)致保險(xiǎn)絲的熔絲出現(xiàn)斷裂。為了減少這種由于機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的斷裂，延長(zhǎng)使用壽命，在選擇保險(xiǎn)絲時(shí)，推薦按照下面的降額系數(shù)：負(fù)載穩(wěn)定時(shí)，推薦降額0.8；反復(fù)通電斷電，并且斷電時(shí)間較多時(shí)，推薦降額0.75；固定周期的間歇負(fù)載電流，推薦降額0.6

自恢復(fù)式保險(xiǎn)絲

自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（Polymeric Resettable Fuse），簡(jiǎn)稱PPTC(Polymer???Positive??Temperature?Coefficient)，從英文名字可以看出，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲也叫聚合物正溫度系數(shù)熱敏電阻。是一種在電路中起限流作用的非線性熱敏電阻，與陶瓷型正溫度系數(shù)熱敏電阻器結(jié)構(gòu)不同，自復(fù)式保險(xiǎn)絲主要是由聚合樹脂高分子基體材料和導(dǎo)電微粒所組成。

在額定電流下，導(dǎo)電微粒在聚合物的內(nèi)部形成低阻抗的網(wǎng)絡(luò)，呈現(xiàn)出正常的導(dǎo)電通道。當(dāng)過電流或者溫度上升后，當(dāng)達(dá)到保險(xiǎn)絲的開關(guān)溫度后，聚合物中的晶體熔化成膠狀，體積膨脹使包裹在晶體外圍的導(dǎo)電粒子分離，此時(shí)保險(xiǎn)絲呈現(xiàn)為高阻態(tài)，從而起到保護(hù)電路的作用。當(dāng)異常過電流消失或者溫度下降后，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲高分子基體材料恢復(fù)至原來的形狀重新將導(dǎo)電微粒聯(lián)結(jié)起來，導(dǎo)電通道會(huì)恢復(fù)，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲電阻又恢復(fù)到原來的低阻狀態(tài)。因此，稱之為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。