保险元件在电子线路中的应用研究

保险元件在电子线路中的应用研究摘要：一般电子线路中都要采用过电流保护与过热保护这两种方法中的一种或两种，来形成对电路故障情况下的系统保护。而保险丝作为最简单有效的过电流保护元件，几乎在所有的电子设备中得到了应用。是否准确地根据电路系统的实际情况而选用合适的保险丝，将直接决定电子设备能否正常安全工作。本文详细介绍了保险丝主要性能指标的实际含义，同时给出了一般电子设备中选择使用这类保险丝的方法。关键词：电子线路保险元件保险丝的功能分为过电流保护与过热保护，在电子电路中针对电流敏感的薄弱环节起到保护作用。本文仅介绍用于过电流保护的保险丝（也叫限流保险丝），其功能主要是在额定电流负荷下可靠安全地熔断，从而为电路及其元件提供保护。当电路出现故障、电源被短路或电流过大时，保险丝的作用是将电路同电源及时断开，保证电子设备整体免受破坏。因此在电子设备的安全工作中，保险丝的作用不可或缺。1保险丝的主要参数分析1.1环境温度：指直接环绕熔丝周围的空气温度。在许多实用场合，熔丝的温度相当高，这可能因为熔丝是封闭安装的（如装在封闭的保险丝管座中），或安装在其他发热元件（如电阻、变压器等）附近等。保险丝是温度敏感元件，其各个参数是在25环境温度下确定的，保险丝的熔丝温度与环境温度密切相关。1.2熔断额定值：指熔丝在额定电压下确保熔断的最大电流。当电流很大甚至电路短路时，保险丝能可靠地切断电路并避免附带损坏。应用保险丝的电路必须确定其预期故障电流小于产品标准规定的额定值，以免保险丝熔断时会出现连同接触件一起熔融、持续飞弧、引燃、保险丝标记无法辨认等现象。1.3电流额定值：指标注在产品上的标称安培数。保险丝的工作电流不应超过标称电流值的75，这是因为该标称电流值是采用经控制的试验条件（25）确定的。这些试验条件是美国保险商实验室标准198G“辅助过流保护用熔丝”的一部分。实际上，设置这些经控制的检测条件的目的是使保险丝制造商能够使其产品的性能标准保持统一，因此电路设计师必须清楚使用熔丝时的各种变化条件。为了补偿这些变化，加给保险丝的负荷通常应有25%的保险余量。1.4电压额定值：是指保险丝所能承受的最大电压。保险丝通电时，其所承受的电压通常小于额定值。因此在选用保险丝时，注意额定电压等于或大于有效的电路电压即可。1.5电阻：保险丝的电阻值与其额定电流成反比。通常保险丝的阻值越小越好，阻值越小，功耗越小。冷电阻是指工作电流小于额定值10的条件下的电阻值。热电阻是指额定电流的条件下的电阻值。当保险丝的额定电流小于1A时电阻对低压电路的影响较大，所以在低压电路中应考虑这一因素。1.6时间电流特性曲线：反映保险丝的过载性能或熔断特性，当工作电流超过其额定电流时，熔丝的温度会逐渐上升直至最后熔断。时间电流特性曲线反映保险丝在不同的过载电流下的熔断时间的平均值。不同规格的保险丝，即便类型相同，其IT特性也有所差异。如图1所示。图中给出了力特（Littelfuse）公司用于一般家电产品的IEC规格520mm玻璃管、慢熔断、中强分端能力保险丝的平均时间电流特性曲线。这个曲线说明保险丝不但具有一定的过载能力，而且在必要时又能及时熔断。不同型号的保险丝，过载能力是有差异的。在选择熔丝时必须注意时间一电流特性曲线，因为相同额定电流值的熔丝并不意味着具有相似的特性曲线。熔丝规格中一般包括工作电流等于额定值和超过10%时的寿命要求及过载电流（超过额定值35%或100%）时的最大断路时间。1.7熔丝熔断性能：指熔丝对各种电流负荷的响应速度。熔丝的熔断性能可分成超快熔断型、快熔断型和慢熔断型等三类。保险丝产品手册中一般都会给出熔断特性表。以IEC规格520mm慢熔断保险丝为例，如表1所示。1.8标称熔化热能值I2t：当被保护电路有容性或感性储能元件时，则电路的接通或断开会在电路内产生浪涌电流（如开关电源的输入整流电路），来自外界的雷电或其它强脉冲干扰，也会有持续时问很短的大电流脉冲注入系统。这种持续时间短（t2保险丝选用的技术依据2.1工作电流与环境温度的关系。保险丝的工作电流一般要比额定值减少25%，以避免非正常熔断。常用保险丝采用的材料具有较低的熔化温度，因此保险丝对环境温度的变化比较敏感。例如一个电流额定值为2A的保险丝，在25环境温度下工作电流通常不能大于1.5A。此外，环境温度、工作温度与保险丝的电流承载能力、寿命成反比。实践表明，在室温下实际工作电流不大于保险丝额定电流数值的75时，保险丝可以无限期正常工作。图2反映出环境温度与电流承载能力的关系。其中：曲线A为一般慢熔断保险丝。曲线B为特快熔断、快熔断保险丝的。曲线C为自恢复保险丝的曲线I线。实际选用时不但要常规降额，还要考虑环境温度的影响。例：某电子设备给定的正常工作电流为1.5A，在70高温的环境温度下工作。就必须注意环境温度的影响。根据图中的曲线A（慢熔断保险丝），70时的最大工作电流为额定值的80，因此：选用熔丝额定值正常工作电流/（0.75额定值百分比）1.5A/（0.750.80）2.5A。2.2过载电流与熔断时间的关系。过载电流是指要求保险丝断开的非正常电流，电路因此而需要保护。要充分考虑时间电流特性曲线，掌握不正常电流存在的最短和最长时间允许值；同时还应注意时间电流特性曲线反映平均数值这一特点，确保选定的保险丝特性符合电路的需要。2.3故障电流阀值。保险丝的熔断额定值应满足或超过电路中的故障电流值。2.4脉冲、冲击电流、浪涌电流、启动电流和电路瞬变值。有些电路在开关瞬间会产生“冲击电流”、“起动电流”、“浪涌电流”。普通的保险丝难以承受这种电流，但使用更大规格的保险丝，又起不到应有的保护作用。慢断或延时保险丝具有吸收能量的作用，对这种吸收能量的特性进行控制，能够兼顾对抗冲击电流和提供过载保护。2.5工作电压。保险丝的电压额定值应大于等于有效的电路电压。由于熔丝主要对电流的变化敏感，熔丝可以在小于其额定电压下使用而不影响其特性。在短路的条件下，熔丝上出现的最大功率电平只能产生低能量的非破坏性电弧，因此熔丝也可在高于电压额定值的各种电压下使用。2.6尺寸与安装方式。实际应用中要根据安装方式以及安装位置要求选择不同结构与体积的保险丝。同时还要兼顾维修、识别等问题。2.7保险丝的焊接。大多数保险丝的结构中有焊接接头，而焊接会对保险丝的特性产生影响。保险丝类似于半导体的热敏元件，焊接热量可能使焊料回流而改变保险丝的额定值。因此，在焊接保险丝时最好采用吸热装置。2.8产品认证。保险丝对电子设备的安全具有决定性作用，因此必修选用具有认证标记（证书）如UL、VDE、CSA的产品，这也是整机产品认证的必备要求。3结语保险丝是电子线路和电子设备的主要安全屏障。因此在选择和使用保险丝时，必须注意研究保险丝的相关性能参数，掌握各种工况条件及其相互关系，了解产品标准，做到正确选择、