【導讀】保險絲被應用在各種各樣的電子設備中，為設備的使用豎起一道安全的屏障。保險絲的原理相信大家都已經(jīng)很熟悉了，但是保險絲在選型時該注意哪些因素，在實際產(chǎn)品中該怎樣應用？這些都是本次大講臺將要講解的內容。
保險絲選型所需的參數(shù)
1. 額定電流---In
保險絲的額定電流是指它的公稱額定電流, 通常就是電路能 夠工作的最大電流值。正確選擇保險絲的額定電流值, 必須作如下考慮:
例如: 電路的工作電流: Ir = 1.5 A,UL規(guī)格保險絲額定電流應是: In = Ir/Of = 1.5/0.75 = 2A。
這兒的 Ir是電路工作電流,Of 是 UL 規(guī)格保險絲的折減率，所以應該選擇 2A 的保險絲，對于IEC規(guī)格保險絲則沒有折減率要求，即: Ir = In。
如果特殊的額定電流不是通用的, 應該選最鄰近的較高值。
錯誤的選澤：把希望保險絲熔斷的電流值作為額定電流值。
2. 額定電壓---Un
保險絲的額定電壓是指它的公稱額定電壓, 通常就是保險絲斷開后能夠承受的最大電壓值保險絲通電時兩端所承受的電壓大大小于其額定電壓，因此額定電壓基本上無關緊要。
正確選擇保險絲額定電壓應該等于或大于電路電壓。
例如: 250V的保險絲可以用于 125V的電路。
對于低電壓的電子應用, 一個交流額定保險絲可以用于直流電路中?！ ?br />
關于保險絲的額定電壓主要應考慮: 當電路電壓不超過熔斷器額定電壓時, 保險絲是否有能力分斷給出的最大電流。
認識的誤區(qū)：保險絲的額定電壓必須跟電路電壓一致！
3. 環(huán)境溫度
保險絲所處小環(huán)境溫度或已知的工作溫度, 對保險絲的動作是有影響的環(huán)境溫度越高, 保險絲的工作時就越熱, 其壽命也就越短不管是 UL 規(guī)格還是 IEC規(guī)格, 保險絲的各項指標都是指在25 0C ，如小環(huán)境工作溫度較高，則要考慮保險絲的溫度折減率（見圖1）。
例: 選用快熔斷保險絲在90 0C小環(huán)境下和 1.5A 電流下工作,參閱下圖, 其折減率 (Tf) 是95%。
若選用 IEC規(guī)格保險絲, 那么額定電流就是:In=In/ Tf=1.5A/0.95= 1,58 A 推薦1.6A或2A的保險絲；
若選用UL規(guī)格保險絲 那么額定電流就是: In=In/OfxTf=1.5A/0.75x0.95=2.1A 應選2.5A的保險絲。
圖1 曲線A: 傳統(tǒng)的慢熔斷保險絲 曲線B: 特快熔斷, 快熔斷和螺旋式繞制的保險絲 曲線C: 可恢復PTC
4. 電壓降/冷電阻---Ud/R
一般情況下，保險絲的電阻值與它的額定電流值成反比。在保護電路中要求保險絲阻值越小越好，這樣它的損耗功率就??；因此在保險絲技術參數(shù)中規(guī)定了最大電壓降值或冷電阻值，但不作為產(chǎn)品驗收依據(jù)。
保險絲的電壓降：通以直流額定電流，使保險絲達到熱平衡后所得的讀數(shù)。
保險絲的冷電阻：在小于額定電流10%的條件下測得的讀數(shù)。保險絲的電壓降和冷電阻可以互相換算。小規(guī)格保險絲的電壓降對低壓電路的影響較大，務必注意，極端情況下由于電阻太大會無法輸出需要的工作電流。
5. 熔斷特性
也稱作保險絲的時間-電流特性或I-T特性或安秒特性, 是保險絲最主要的電性能指標，它表明了保險絲在不同過載電流負載下熔斷的時間范圍?！ ?br />
當流經(jīng)保險絲的電流超過額定電流時, 熔體溫度逐漸上升，以至最后保險絲被燒斷,我們把這都歸屬為一種過載狀態(tài)。
保險絲需要有一定的過載能力：UL規(guī)范保險絲的最大不熔斷電流是110%In； IEC規(guī)范保險絲的最大不熔斷電流是150%In或120%In保險絲也要求在超過限量的過載電流時能及時地燒斷：UL規(guī)范保險絲的最小熔斷電流在130%In 左右； IEC規(guī)范保險絲的最小熔斷電流在180%In 左右；
根據(jù)熔斷特性不同，可以把保險絲分為快速型和延時型等：快速保險絲常用在阻性電路中，保護一些對電流變動特別敏感的元器件；延時保險絲常用在電路狀態(tài)變化時有較大浪涌電流的感性或容性電路中，它能承受開關機時浪涌脈沖的沖擊，而真正出現(xiàn)故障時仍能較快的斷開電路每一條曲線代表了一個規(guī)格保險絲的熔斷特性，對應每一個負載電流都能找到它的熔斷時間。不同類型保險絲具有不同形狀的特性曲線。
圖2 時間/電流特性曲線最好地描繪了保險絲的過載性能，供設計師選用保險絲規(guī)格時主要的參考
時間-電流特性表
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6.分斷能力---Ir
分斷能力也稱為最大分斷能力或短路分斷能力或遮斷電流。
分斷能力是保險絲最主要的安全指標。它表明了在規(guī)定的電壓下, 保險絲能安全地切斷的最大電流。
當流經(jīng)保險絲的電流相當大以至短路的時侯，仍要求保險絲能 安全分斷電路，且不帶來任何破壞性。
當超過額定分斷電流值時, 保險絲有可能出現(xiàn)破碎，爆炸，噴 濺，引起周圍人身或其他元器件的燃燒和破壞等不安全現(xiàn)象。
保險絲的分斷能力取決于保險絲的結構和所用的材質, 一般來說低分斷能力保險絲大部份都是玻璃殼體的, 高分斷能力保險絲通常有陶瓷殼體, 其中許多還填充有純凈顆粒狀石英材料按照常規(guī), 當被保護系統(tǒng)是直接聯(lián)接到電源輸入電路和保險絲被置于電源輸入部份時, 一定要使用高分斷能力保險絲。
在大部分二次電路中, 特別是電壓低于電源電壓時, 選用低分斷能力保險絲就足以能勝任了.
7. 熔化熱能值—I2t
熔斷器的熔化熱能值(If2t)是指熔體熔斷所需要的能量值, 通常被用于熔斷器承受浪涌能力的技術指標,其中 I為過載電流，t為熔斷時間電路中出現(xiàn)浪涌時所釋放出來的能量值(Ir2t)
原則: 選用熔斷器時必須考慮 If2t > Ir2t, 即熔斷器的熔化熱能應大于浪涌電流釋放的熱能 幾種典型波形的I2t 計算方法(見下圖)熔斷器的熔斷時間跟電流產(chǎn)生的熱量, 散熱條件及熔斷器的熱容特性等都有關,許多因素都會影響熔斷器的熔斷時間,所以熔斷器在不同的分斷電流或分斷時間會有不同的If2t,也就是說 If2t 并不是一個常數(shù)If2t-t 曲線就是反映不同熔斷時間時熔斷器的If2t值(見圖3)
圖3 Ia—脈沖電流波形, ta—脈沖電流持續(xù)時間
圖4 能量/時間曲線最好地描繪了保險絲的熔化熱能變化情況，供設計師選用保險絲耐脈沖能力時主要的參考
耐脈沖沖擊次數(shù)
當If2t > Ir2t時,熔斷器應能承受脈沖的沖擊,不會被熔斷但會受到一些損傷,從而略微降低它的If2t。
通過計算和選擇 If2t 和 Ir2t 的關系,可以知道熔斷器能夠承受的脈沖次數(shù),反過來說需要熔斷器能夠承受多少次以上的浪涌沖擊,就必須選擇熔斷器的 If2t與電路脈沖的Ir2t關系。
AEM 熔斷器的If2t和Ir2t的大概關系
Ir2t <= 30% If2t 100,000次
Ir2t <= 38% If2t 10,000次
Ir2t <= 48% If2t 1,000次
Littelfuse保險絲的If2t和Ir2t的大概關系
Ir2t <= 22% If2t 100,000次
Ir2t <= 29% If2t 10,000次
Ir2t <= 38% If2t 1,000次
8. 耐久性/壽命
保險絲的壽命是很長的，在無故障的情況下幾乎與設備的壽命是可以同步的。
測試IEC規(guī)格的小型管狀保險絲壽命的方法：在直流電源條件下，以1.20 In（或1.05 In）電流導通一小時，斷開15分鐘，連續(xù)100個周期，最后再以1.5 In(或1.15 In) 電流導通一小時，期間不能有熔斷或其他異?，F(xiàn)象。
保險絲的儲存期，在正常條件下不少于兩年，到期經(jīng)復檢合格后可再行儲存。
9. 結構特征和安裝形式
結構特征
管狀：玻璃管-低分斷能力，陶瓷管-高分斷能力；
填充細粒石英沙-用于滅弧，玻璃管變色-熔斷指示；
內焊式與外焊式；
加引線套帽-用于焊接(有時需先將引線成型)
微型：電阻式，晶體管式，薄膜式
片式：薄膜式，多層獨石，電阻式
其他：插片式，螺栓式，密封式，報警式
熔體結構：圓絲，扁絲，單絲，雙絲，復合絲；
直線狀，波浪狀，鋸齒狀；
片狀熔體（帶一個或多個瓶頸部份）
組合熔體：熔絲纏繞，加錫球，加金屬片，電阻等
安裝形式
面板安裝：保險絲盒，保險絲插座
底板安裝：保險絲夾，保險絲夾座
印刷線路板安裝：
插件安裝（波峰焊）：徑向引線，軸向引線
表面安裝（紅外焊，回流焊）：多層獨石，薄膜式
有時需要在管外加熱縮套管，使保險絲與周圍元件絕緣
懸掛式安裝：保險絲套
10. 安全認證
保險絲是一種安全元件，它的質量直接關系到人身和財產(chǎn)的安全。作為一個安全元件必需經(jīng)過有關機構的認證, 才能生產(chǎn)，銷售和使用。許多國家（地區(qū)）都對保險絲有各自的認證要求, 經(jīng)過認證并具有相應標記的保險絲才會被允許進入該國（地區(qū)）市場。
常用主要安全認證:
IEC規(guī)格：英國BSI 德國VDE 瑞典SEMKO 中國CCC
UL規(guī)格： 美國UL列表/UR認可 加拿大CSA
其他規(guī)格：日本PSE
AEM SolidMatrix和AirMatrix 保險絲選型流程及范例
1、工作溫度和溫度折減
保險絲產(chǎn)品規(guī)格書里的熔斷特性等電氣性能指標是在室溫（+25°C）下測試的。如果保險絲不是工作在+25°C 環(huán)境之下，那么在選型的時候須參考廠家給出的溫度折減曲線來對保險絲進行溫度折減。圖5為AEM 保險絲產(chǎn)品的溫度折減曲線。
圖5 溫度折減曲線
[page]2. 工作電壓（Operating Voltage）和額定電壓（Rated Voltage）
保險絲的最大工作電壓應該在額定電壓之內，但不能超過額定電壓。保險絲的額定電壓是和分斷能力相關的安全指標。在這個電壓下，保險絲可以安全截斷不大于標稱分斷能力的電流。
3. 分斷能力 （Interrupting Rating）
分斷能力的定義是在額定電壓下的保險絲可以安全分斷的最大電流。保險絲產(chǎn)品的分斷電流是一個安全參數(shù)，它必須達到或者大于電路中的最大故障電流。這樣，保險絲才會安全熔斷，不產(chǎn)生燃燒、飛弧、爆炸等不安全現(xiàn)象。
4. 工作電流 （Operating Current）和額定電流 （Rated Current, In）
工作電流是電路在穩(wěn)定工作狀態(tài)下的最大電流。按照國際標準，保險絲產(chǎn)品在額定電流條件下工作，必須大于4小時不會斷開（在環(huán)境溫度+25°C條件下）。為了保證保險絲長期穩(wěn)定工作，工作電流值需要小于75%的保險絲額定電流。
5. 脈沖電流的熱熔值（I2t）與脈沖折減（Pulse Derating）
大部分電路由于有儲能器件，如電容或者電感的存在，在接通或者關閉電源的時候，都會有較大的脈沖電流。另外在某些電路中因為其他元件或者外部因素的緣故，如電磁感應，也能產(chǎn)生瞬時脈沖。在絕大多數(shù)情況下，用戶都希望保險絲可以耐受多次脈沖沖擊而不會引起熔斷。
表2是幾種常見脈沖波形的計算公式。脈沖電流的熱熔值可以通過對脈沖電流波形數(shù)據(jù)的積分計算得到。
表2 幾種常見脈沖電流熱熔值計算
由于脈沖電流通過保險絲的時候，會產(chǎn)生熱量，所以雖然單次脈沖的能量不足以使保險絲熔斷，但多次脈沖沖擊會導致保險絲熔斷。為了保證保險絲可以耐受規(guī)定次數(shù)的脈沖電流，需要依據(jù)表3中所示的脈沖折減系數(shù)計算保險絲的I2t規(guī)格。如果脈沖發(fā)生時，保險絲所處環(huán)境溫度高于室溫（+25°C），須做相應的溫度折減。
表3 AEM SolidMatrix和AirMatrix 保險絲脈沖折減比例
選型流程
穩(wěn)態(tài)參數(shù)
1. 保險絲額定電流值（In）≥工作電流（I）/75%。2. 依據(jù)工作溫度，確定溫度折減系數(shù)（K），滿足穩(wěn)態(tài)參數(shù)要求的保險絲電流值的計算公式：In≥I/75%/K
瞬態(tài)參數(shù)
3. 計算脈沖電流I2t，參見表1 幾種常見脈沖電流的熱熔值的計算。復雜或非典型的波形可以用數(shù)字示波器的數(shù)據(jù)做積分計算；或者用簡化計算法，用可以完全覆蓋脈沖波形的典型脈沖波形做近似計算。4. 脈沖折減，依據(jù)所需耐受脈沖次數(shù)，從表2 查找脈沖折減系數(shù)。5. 如果脈沖發(fā)生時環(huán)境溫度會大于室溫，需要做相應的溫度折減。6. 確定可耐受脈沖次數(shù)的保險絲最小的電流值。
安規(guī)或者電路保護規(guī)定
7. 確定可以滿足安規(guī)認證或者保護性能要求，例如受保護IC 的最大I2t 耐受值，保證電纜不會過熱的最大電流和時間等。
選擇滿足設計規(guī)范的保險絲
以上第2、6 步的結果中較大的保險絲額定電流值決定了設計窗口的下限，第7 步確定了上限。選擇的保險絲規(guī)格須落在這個設計窗口內。
測試驗證
以上計算得到的選項規(guī)格，需要經(jīng)過實際電路測試驗證，特別是要模擬實際使用的環(huán)境，按照脈沖耐受次數(shù)的要求做全壽命測試。
計算選型范例
以下通過一個實際案例說明上述的選型流程
電路參數(shù)：
1、最大穩(wěn)態(tài)工作電流：I＝0.6A2、工作溫度: +65°C3、最大瞬態(tài)脈沖電流的波形為正弦波，最大電流 Ip ＝45.5A，脈沖寬度 t＝120μSec4、所需耐受脈沖電流的次數(shù): 100,000次5、過載電流和在該電流下的熔斷時間：I=10A，60Sec6、應用中可能出現(xiàn)的最大故障電流：50A7、最大工作電壓: 12V8、封裝尺寸: 12069、安規(guī)認證標準：UL Recognized
穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算：
滿足穩(wěn)態(tài)參數(shù)要求的保險絲最小的額定電流為：In ≥ I／0.75（電流折減系數(shù)） ／K（溫度折減系數(shù)） ＝0.6／75%／90%＝0.89A。這樣額定電流大于或等于1A 的保險絲可以滿足穩(wěn)態(tài)參數(shù)的要求。
瞬態(tài)參數(shù)計算：
I2t 計算：參見表一的公式計算脈沖電流的熱熔值。同時需考慮到環(huán)境溫度對脈沖耐受能力的影響。脈沖電流的熱熔值：Ip2t ＝0.5×（45.52A）2×120μSec＝0.1243A2Sec該應用要求保險絲在+65°C 條件下，須耐受 100,000次脈沖。這樣需要同時考慮脈沖折減和溫度折減。If2t ≥ Ip2t／P（脈沖折減）／K（溫度折減）＝0.1243／20%／90%＝0.69A2Sec比對AEM 產(chǎn)品目錄中的I2t vs t 曲線，滿足120μSec 的熱熔值If2t 大于0.69 A2Sec 的保險絲規(guī)格是不小于3.5A。這樣，額定電流大于或等于3.5A 的F1206HI系列保險絲可以滿足瞬態(tài)參數(shù)的要求。
保護性能要求：
保險絲需要在10A電流情況下，60秒鐘內熔斷。AEM的F1206HI 系列的熔斷特性（Clear-time Characteristics）在200%過載電流時是小于60 秒。所以應該選用不大于5A的保險絲。
保險絲應用實例分析
自恢復保險絲在電機失速中的保護
運動機械均有可能出現(xiàn)堵塞或斷裂故障，并可導致電機失速。在電機失速時繼續(xù)供給電源會導致電機的損壞和/或驅動裝置的損毀。將自恢復保險絲器件與電機驅動器串聯(lián)起來后，可以保護電機和驅動電子電路，防止在失速或負載過大的狀態(tài)下系統(tǒng)發(fā)生故障。在故障清除后(而且電源斷開后)，系統(tǒng)可以重新開始正常的運行，無需進行維護或更換部件。多年以來，自恢復保險絲器件一直是汽車工業(yè)中最為常用的保護車座、車窗和其它電機的方案。在這些應用中，使用自恢復保險絲器件要求考慮串聯(lián)電阻的阻值和器件的最大保持電流額定值。室溫下的最大工作電流為，16V下為15A，30V下為9A。
在這些應用中，當這些系統(tǒng)由于過電流或過熱狀態(tài)而導致外部故障時，自恢復保險絲器件能夠允許電機驅動和控制器系統(tǒng)繼續(xù)運行。其優(yōu)點在于提供了一種功能強大和可靠的產(chǎn)品，在其它部件出現(xiàn)故障時可以保護系統(tǒng)。
過流保護PTC現(xiàn)已廣泛的應用于通訊領域、多媒體設備、衛(wèi)星接收設備、機動車輛、工控設備、各種開關電源、電池及電池組的防護。目前的應用領域還在不斷擴大。
保險絲在汽車上的應用
1）線束保護 隨著電力需求的增加，提高了線束的復雜度，增加了對汽車的電線、重量以及封裝的限制。每條電氣線路都要求針對短路和過載提供充足的電路保護措施，傳統(tǒng)的熔斷器在熔斷后必須進行更換。這項特點要求熔斷器盒安裝在易于接觸到的地方，此要求支配并限制了系統(tǒng)的架構，迫使在封裝形式和系統(tǒng)布線方面做出讓步。傳統(tǒng)的做法是將相似的電路
集中起來，用單獨的熔斷器加以保護。熔斷器的額定值設定必須能夠承受各種受保護負載所通過的電流總和；而且為了限制發(fā)生損壞和其它的危險，從熔斷器連接至每個負載的線路必須根據(jù)熔斷器的設定值進行選擇。
這種選擇的結果是：具有較高電流承載能力的、尺寸過大的線路經(jīng)常為只需較小電流的負載設備供電。隨著粗大線徑導線的使用，端子和接頭的尺寸、重量都增加了，因而增加了配線的重量和汽車的重量，進一步增加了成本，后者還會影響到燃料的效率。由于自恢復保險絲（PTC）能夠在故障狀態(tài)消除后和電路電源斷開后復位，所以通常不需要進行例行的更換或維修，因此可以布置在車門內側、開關組件內、儀表盤后、電子模塊內以及其它不可觸及的部位，采用最為直接和有效的布線方式來布置電源線，無需通過一個集中布置的熔斷器盒，從而減少了配線中導線的數(shù)量，并能夠減少導線的重量和長度。
2）電子控制模塊保護 隨著在越來越小的空間內封裝了越來越多的線路，印刷電路板（PCB）上的銅線寬度也在減小。由于汽車上的附件通常采用大電流電路供電，這些狹窄的銅線容易受到過大電流的損壞。受橫截面積的限制，它們只能承受一定的電流才不至于因功率損耗產(chǎn)生的熱量導致銅線的熔化或因過熱而剝離，從而損壞PCB板和板載器件。電子模塊的輸出一般情況下也需要對由于短路或電機堵轉所造成的過電流進行保護。而電子模塊也有可能由于系統(tǒng)其他部分的故障而出現(xiàn)損壞，例如二極管短路或電源接地斷開。對于這些潛在的問題，熔斷器并不被認為是可以接受的方案，這由于熔斷器是一次性的器件，且在發(fā)生故障后必須更換。還有應用基于感測和開關的多器件電路或SmartFET（智能化場效應管），但這些設計需要格外的仔細，占用了較多的寶貴的板卡空間，且成本非常高。
自恢復保險絲（PTC）對于電子模塊的過電流或過熱保護來說，是一項適用、高效而經(jīng)濟的方案。自恢復保險絲通常用于計算機和外設的IEEE1394輸出的限流保護，以及對全球定位系統(tǒng)（GPS）、DVD、無線電和遠程信息通訊電路板的限流保護。由于自恢復保險絲能夠快速有效的將電流限制在安全的范圍內，且其體積小巧，能夠直接安裝在電路印刷板上，控制模塊內的每個電源回路均可單獨采用一個器件進行保護。
3）小型電機的保護 絕大多數(shù)的汽車執(zhí)行器所執(zhí)行的操作中均要求執(zhí)行器將某種物體移動至其移動范圍的限度為止。例如，移動座位或關閉車窗。由于這些操作也可手動控制，執(zhí)行器在器械達到其移動限度時仍可能接通電源，此種情況下執(zhí)行器電機堵轉，其反電動勢（EMF）降為零。由于這一方向與供電電壓相反的反電動勢消失時，執(zhí)行器電機的電流可能迅速上升，通常可達到正常運行值的2-- 4倍。由于執(zhí)行器電機的繞組采用極細的導線繞制，這種高的堵轉電流將導致其溫度快速上升。很多情況下，幾秒鐘之內溫度將上升到足以對執(zhí)行器電機繞組的絕緣漆造成永久的損壞。若絕緣消失，則匝間短路可能擴大到整個線圈，使執(zhí)行器無法工作并可能引發(fā)火災事故。
自恢復保險絲可以與電機繞組串聯(lián)安裝在電機的端蓋處，以達到更好的熱耦合。在繞組的電流或溫度上升到某一特定值以上時，自恢復保險絲保持在一個高阻值狀態(tài)下，將電流限制在一個很低的數(shù)值，并防止執(zhí)行器電機出現(xiàn)損壞。在故障消除和電源斷開后，自恢復保險絲冷卻下來，恢復到低阻值，電流即可正常通過。
保險絲的應用有千萬種，但其作用都是一致的，為保護電路的安全而努力戰(zhàn)斗著！
