保險絲

保險絲基本組成

一般保險絲由三個部分組成：一是熔體部分，它是保險絲的核心，熔斷時起到切斷電流的作用，同一類、同一規(guī)格保險絲的熔體，材質(zhì)要相同、幾何尺寸要相同、電阻值盡可能地小且要一致，最重要的是熔斷特性要一致，家用保險絲常用鉛銻合金制成；二是電極部分，通常有兩個，它是熔體與電路聯(lián)接的重要部件，它必須有良好的導電性，不應產(chǎn)生明顯的安裝接觸電阻；三是支架部分，保險絲的熔體一般都纖細柔軟的，支架的作用就是將熔體固定并使三個部分成為剛性的整體便于安裝、使用，它必須有良好的機械強度、絕緣性、耐熱性和阻燃性，在使用中不應產(chǎn)生斷裂、變形、燃燒及短路等現(xiàn)象。

保險絲滅弧裝置

電力電路及大功率設備所使用的保險絲，不僅有一般保險絲的三個部分，而且還有滅弧裝置，因為這類保險絲所保護的電路不僅工作電流較大，而且當熔體發(fā)生熔斷時其兩端的電壓也很高，往往會出現(xiàn)熔體已熔化（熔斷）甚至已汽化，但是電流并沒有切斷，其原因就是在熔斷的一瞬間在電壓及電流的作用下，保險絲的兩電極之間發(fā)生拉弧現(xiàn)象。這個滅弧裝置必須有很強的絕緣性與很好的導熱性，且呈負電性。石英砂就是常用的滅弧材料。

保險絲熔斷裝置

另外，還有一些保險絲有熔斷指示裝置，它的作用就是當保險絲動作（熔斷）后其本身發(fā)生一定的外觀變化，易于被維修人員發(fā)現(xiàn)，例如：發(fā)光、變色、彈出固體指示器等。

當介于常規(guī)不熔斷電流與相關(guān)標準規(guī)定的額定分斷能力（的電流）之間的電流作用于保險絲時，保險絲應能滿意地動作，而且不會危及周圍環(huán)境。保險絲被安置的電路的預期故障電流必須小于標準規(guī)定的額定分斷能力電流，否則，當故障發(fā)生保險絲熔斷時會出現(xiàn)持續(xù)飛弧、引燃、保險絲燒毀、連同接觸件一起熔融、保險絲標記無法辨認等現(xiàn)象。當然，劣質(zhì)保險絲的分斷能力達不到標準規(guī)定的要求，使用時同樣會發(fā)生上述的危害。

保險絲分類

按保護形式分，可分為：過電流保護與過熱保護。用于過電流保護的保險絲就是平常說的保險絲（也叫限流保險絲）。用于過熱保護的保險絲一般被稱為"溫度保險絲"。溫度保險絲又分為低熔點合金形與感溫觸發(fā)形還有記憶合金形等等（溫度保險絲是防止發(fā)熱電器或易發(fā)熱電器溫度過高而進行保護的，例如：電吹風、電熨斗、電飯鍋、電爐、變壓器、電動機等等；它響應于用電電器溫升的升高，不會理會電路的工作電流大小。其工作原理不同于"限流保險絲"）。

按使用范圍分，可分為：電力保險絲、機床保險絲、電器儀表保險絲（電子保險絲）、汽車保險絲。

按體積分，可分為：大型、中型、小型及微型。按額定電壓分，可分為：高壓保險絲、低壓保險絲和安全電壓保險絲。

按分斷能力分，可分為：高、低分斷能力保險絲。

按形狀分，可分為：平頭管狀保險絲（又可分為內(nèi)焊保險絲與外焊保險絲）、尖頭管狀保險絲、鍘刀式保險絲、螺旋式保險絲、插片式保險絲、平板式保險絲、裹敷式保險絲、貼片式保險絲。

按熔斷速度分，可分為：特慢速保險絲（一般用TT表示）、慢速保險絲（一般用T表示）、中速保險絲（一般用M表示）、快速保險絲（一般用F表示）、特快速保險絲（一般用FF表示）。

按標準分，可分為：歐規(guī)保險絲、美規(guī)保險絲、日規(guī)保險絲。

按類型分，可分為：電流保險絲（貼片保險絲、微型保險絲、插片保險絲、管狀保險絲），溫度保險絲（RH[方塊型]、RP[電阻型]、RY[金屬殼]），自恢復保險絲（插件、疊片、貼片）。

按尺寸可分為：貼片型0603，0805，1206，1210，1812，2016，2920；非貼片型Φ2.4×7，Φ3×7，Φ3.6×10，Φ4.5×15，Φ5.0×20，Φ5.16×20，Φ6×25，Φ6×30，Φ6×32，Φ8.5×8，Φ8.5×8×4，Φ10×38，Φ14×51。

保險絲自復保險絲

零功率電阻低：自復保險絲自身阻抗較低，正常工作時功率損耗小，表面溫度低。

過流保護速度快：自復保險絲由于自身材料特性，過流狀態(tài)響應速度比其它過流保護裝置快得多。

自鎖運行：自復保險絲在過流保護狀態(tài)，以極小的電流鎖定在高阻狀態(tài)，只有切斷電源或過電流消失后，才會恢復低阻狀態(tài)。

自動復位：自復保險絲在起到過流保護作用后（故障排除）自行復位，無需進行拆換。

耐大電流：自復保險絲有極好的耐大電流能力，有的規(guī)格可承受100A電流沖擊。

應用：PPTC的應用范圍很廣，可以用在各種電子產(chǎn)品、通訊產(chǎn)品、電源供應器等。

當電路發(fā)生故障或異常時，伴隨著電流不斷升高，并且升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災。若電路中正確地安置了保險絲，那么保險絲就會在電流異常升高到一定的高度和熱度的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。

保險絲外形

1、條絲狀。早期原始型態(tài)的保險絲，直接以螺絲鎖定，用于各種尺寸的舊式開關(guān)、插座。

2、片狀（裸片狀）。比舊式絲狀方便使用。

3、玻璃管狀。有幾種不同尺寸，常見于電子產(chǎn)品。

6.3 x 32 mm （直徑 x 長度）

5 x 20 mm

4、陶瓷管狀。有幾種不同形狀及尺寸，可避免玻璃爆裂。

5、塑膠片狀帶金屬片狀接腳：汽車保險絲。

6、表面接著元件（SMD）型。

7、圓柱體狀，插件式：直接焊接于電路板上，用于產(chǎn)品內(nèi)部。

保險絲標志

標志大多數(shù)保險絲的標記在身上或端蓋與標記，指示其評級。但是“芯片類型”保險絲功能很少或沒有標記，使識別非常困難。

保險絲可能出現(xiàn)類似的顯著不同的特性，確定了它們的標記。保險絲標記通常會傳達以下信息：

安培的保險絲的額定

電壓等級的保險絲

時間 - 電流特性，即速度保險絲

批準由國家和國際標準機構(gòu)

制造商 / 產(chǎn)品編號 /系列

中斷能力

保險絲作用

一百多年前由愛迪生發(fā)明的保險絲用于保護當時昂貴的白熾燈，隨著時代的發(fā)展，保險絲保護電子/電力設備不受過電流/過熱的傷害，避免電子設備因內(nèi)部故障所引起的嚴重傷害。

工作原理

當電流流過導體時，因?qū)w存在一定的電阻，所以導體將會發(fā)熱。且發(fā)熱量遵循著這個公式：Q=I²RT；其中Q是發(fā)熱量，0.24是一個常數(shù)，I是流過導體的電流，R是導體的電阻，T是電流流過導體的時間；依此公式我們不難看出保險絲的簡單的工作原理了。當制作保險絲的材料及其形狀確定了，其電阻R就相對確定了（若不考慮它的電阻溫度系數(shù)）。當電流流過它時，它就會發(fā)熱，隨著時間的增加其發(fā)熱量也在增加。電流與電阻的大小確定了產(chǎn)生熱量的速度，保險絲的構(gòu)造與其安裝的狀況確定了熱量耗散的速度，若產(chǎn)生熱量的速度小于熱量耗散的速度時，保險絲是不會熔斷的。若產(chǎn)生熱量的速度等于熱量耗散的速度時，在相當長的時間內(nèi)它也不會熔斷。若產(chǎn)生熱量的速度大于熱量耗散的速度時，那么產(chǎn)生的熱量就會越來越多。又因為它有一定比熱及質(zhì)量，其熱量的增加就表現(xiàn)在溫度的升高上，當溫度升高到保險絲的熔點以上時保險絲就發(fā)生了熔斷。這就是保險絲的工作原理。我們從這個原理中應該知道，您在設計制造保險絲時必須認真地研究您所選材料的物理特性，并確保它們有一致幾何尺寸。因為這些因素對保險絲能否正常工作起了至關(guān)重要的作用。同樣，您在使用它的時候，一定要正確地安裝它。

1.正常工作電流在25℃條件下運行，保險絲的電流額定值通常要減少25%以避免有害熔斷。大多數(shù)傳統(tǒng)的保險絲其采用的材料具有較低的熔化溫度。因此，該種保險絲對環(huán)境溫度的變化比較敏感。例如一個電流額定值為10A的保險絲通常不推薦在25℃環(huán)境溫度下在大于7.5A的電流下運行。

2．電壓額定值保險絲的電壓額定值必須等于或大于有效的電路電壓。一般標準電壓額定值系列為32V、125V、250V、600V。

3．電阻保險絲的電阻在整個電路中并不重要。由于安培數(shù)小于1的保險絲電阻只有幾個歐姆，所以在低壓電路中采用保險絲時應考慮這個問題。大部分的保險絲是用溫度系數(shù)為正的材料制造的，因此，就有冷電阻和熱電阻之分。

4．環(huán)境溫度保險絲的電流承載能力，其實驗是在25℃環(huán)境溫度條件下進行的，這種實驗受環(huán)境溫度變化的影響。環(huán)境溫度越高，保險絲的工作溫度就越高，其壽命也就越短。相反，在較低的溫度下運行會延長保險絲的壽命。

5．熔斷額定容量也稱為致斷容量。熔斷額定容量是保險絲在額定電壓下能夠確實熔斷的最大許可電流。短路時，保險絲中會多次通過比正常工作電流大的瞬時過載電流。安全運行要求保險絲保持完整的狀態(tài)(無爆裂或斷裂)并消除短路。

保險絲智能

對于大多數(shù)采用電感的非同步整流升壓型開關(guān)變換器，其輸入和輸出之間都存在一條直流通路。該通路的存在會造成兩種不良后果：其一，一旦輸出短路或嚴重過載時間超出幾百毫秒將導致二極管（通常為肖特基二極管）過熱損壞；其二，當由于某種原因，比如人為關(guān)閉，使開關(guān)振蕩電路停止工作，負載端仍然有電壓存在，只是比輸入端低一個二極管的管壓降而已，這時輸出仍會消耗能量。除此之外，如果該殘存電壓低于負載穩(wěn)態(tài)工作電壓范圍，將使電路處于不確定狀態(tài)。

對于輸出電流相對較小的應用場合（小于5A），利用單片電流模式控制器和高端電流取樣技術(shù)，上述兩個問題都可以很好地解決。在這些電路中，二極管被一同步整流開關(guān)三極管取代，因此通過關(guān)閉內(nèi)部開關(guān)三極管就可把輸入輸出通路截斷，這樣一來，負載端對輸入端來說就呈高阻狀態(tài)，而這正是所希望的結(jié)果。在正常工作狀態(tài)，電路內(nèi)部的高端取樣電阻對負載電流周期性地進行采樣，因此避免了因過流導致災難性后果出現(xiàn)。因此，內(nèi)部過熱保護電路為變換器提供了安全工作區(qū)（SAO）。

其中MAX668是一個開關(guān)控制器，由它完成升壓功能。電流反饋型升壓控制器（MAX668）驅(qū)動低端邏輯電平N溝道增強型MOSFET，該開關(guān)管通過低端電流取樣電阻到地。高端開關(guān)是一肖特基二極管，選擇它主要是它具有低的正向?qū)▔航?。由圖7可見，升壓變換器的拓撲基本結(jié)構(gòu)未被破壞。本應用中，MAX668把3.3V電壓變?yōu)?V，負載電流可達3A。

其中P溝道增強型MOSFET——Q1是實現(xiàn)負載斷路的關(guān)鍵元件。當MAX668在關(guān)閉模式時，二極管D1仍然導通，使得MAX810L的電源端的電壓為3.3V減去二極管D1的管壓降。由于MAX810L的復位門檻電平為4.65V，因此其RESET端輸出為高電平，迫使Q1關(guān)斷，從而使負載與輸入電源斷開。MAX668通過外部反饋電阻網(wǎng)絡設定5V輸出電壓。當輸出電壓超MAX810L的復位門檻電平時，其內(nèi)部單穩(wěn)電路開始工作并延時約240ms。之后，MAX810L的輸出變低，使Q1導通。

Q1導通之后，MAX810L一直監(jiān)測輸出電壓以確定輸出是否過流。過載將會導致輸出電壓下降，當它低于MAX810L門檻電平時，MAX810L的輸出經(jīng)過20μs的延遲后由高變低，從而關(guān)斷Q1并使負載斷開。由于MAX668的升壓作用，MAX810電源端電壓又會高于其門檻電平，240ms的復位延遲時間后，MAX810L輸出再次由高變低，開通Q1并自動再次連通負載。上述過程會一直周期性重復下去，除非移去多余負載或?qū)AX668關(guān)閉使其停止工作。因此MAX810L和開關(guān)Q1一起構(gòu)成了一個固態(tài)開關(guān)（電子保險絲）。

MAX810L（微功耗器件）具有非平衡推挽輸出級。當對外輸出電流時，它等效于一個6kΩ電阻；當從外汲取電流時，它等效于一個125Ω的電阻。當導通或關(guān)斷Q1時，由于MAX810L的電阻阻止了Q1的密勒電容和柵源電容快速充放電，因此使開關(guān)瞬態(tài)過程得以減慢。假定Q1總的等效電容為5000pF時，則MAX810汲取電流時（等效于125Ω電阻）大電流三極管的RC電路的時間常數(shù)約為0.6μs。整個導通過程電壓瞬態(tài)響應時間大約為10RC=6μs。完全關(guān)斷同樣開關(guān)Q1的時間大約是完全導通時間的48倍。

當外部負載或C2在啟動瞬間要汲取較大電流時，快速導通Q1可能使MAX810輸入電壓低于其復位門檻電壓從而導致復位出現(xiàn)，因此增加一RC網(wǎng)絡以減緩其開通過程，合適地選擇R、C可使負載連接過程延續(xù)到幾個MAX668開關(guān)工作周期，使MAX668的輸出電壓一直高于MAX810的復位門檻電壓。假如R、C使Q1的導通時間延長，同時也延長了關(guān)斷時間。因此需要在電阻上并聯(lián)一肖特基二極管，以加速當負載過載時關(guān)閉Q1的進程。

為了獲得增強型通道及較低的導通電阻，上述電路均需要采用邏輯電平控制的P溝道MOSFET，如果Q1的導通電阻值較大且在其兩端產(chǎn)生較大的壓降（特別是低輸出電壓應用場合或負載離電源的距離較遠時），則應該從Q1漏極端反饋電壓調(diào)節(jié)輸出。設計電路時，必須最小化寄生參數(shù)同時仔細考慮電路布局。利用一個SOT23封裝的低電壓模擬開關(guān)（MAX4544）可實現(xiàn)上述遠端調(diào)節(jié)，該開關(guān)受控于MAX810L的輸出。

根據(jù)MAX4544產(chǎn)品參數(shù)，其最低工作電壓為2.7V。由于輸入電壓為3.3V，而肖特基的正向管壓降為0.3V，因此即使該升壓變換處于關(guān)閉模式，MAX4544（及MAX810）也處于工作狀態(tài)。此時，MAX810輸出高電平，MAX4544的公共端COM與其常開端NO（Q1的源極）相連。當MAX668使能時，與MAX4544公共端相連的電阻網(wǎng)絡為MAX668提供反饋電壓。由于5V電壓時MAX4544的導通電阻最大可達60Ω，因此為了得到最小輸出電壓誤差，反饋電阻的取值應該很大。由于3V工作電壓時，MAX4544的導通電阻僅為120Ω，因此開關(guān)MAX4544引入的誤差電壓很小，即使低輸出電壓也是如此。

當使能升壓變換器，且其輸出電壓超過MAX810的復位門檻電平并經(jīng)過復位延遲后，MAX810的輸出將由高變低，使Q1導通，連通負載。同時，MAX810輸出的低電平使MAX4544的COM端與NC端（常閉端）接通，使得反饋電阻由Q1的源極切換至Q1的漏極，從而允許從遠離變換器的負載端對輸出電壓進行調(diào)節(jié)。

上述MAX4544的開關(guān)過程也把MAX810的輸入端從Q1的源極切換到Q1的漏極，這樣一來，MAX810可以用來監(jiān)測負載是否過載。

保險絲高壓保險

高壓熔絲在高壓電塔與電線桿上，經(jīng)常使用兼具啟斷開關(guān)功能的熔絲鏈開關(guān) (Fuse Cutout)，作為輸配電系統(tǒng)的過電流或短路保護。

可恢復式保險絲

自恢復保險絲或過流保護片 。

溫度保險片

溫度保險片當溫度超過一定的安全溫度后會變形導致斷電，溫度回復即可復原。

溫度保險絲

溫度保險絲（Thermal cutoff）常見于現(xiàn)今的電熱類裝置之中，當溫度超過一定的安全溫度后會熔斷。

具有溫度保險絲的裝置例如：電鍋、電熱器、咖啡機、吹風機等。

溫度保險絲的規(guī)格中雖也有容許電流一項，但要注意的是：溫度保險絲并沒有與電流保險絲一樣的電流保護作用，不可混淆。