如何正确使用保险丝

11如何正确使用保险丝AEM科技(苏州)有限公司郑索平2009年11月12日•什么样的保险丝才是好的保险丝•选择保险丝的十大要素•大家关注的若干问题•附件：实际案例什么样的保险丝才是好的保险丝?一.该断的时侯要断•选择恰当熔断特性的保险丝品种和恰当的额定电流规格才能满足保险丝的保护功能。•保险丝的保护功能决定了保险丝在需要的时侯必须动作。二.不该断的时侯不能断•选择有恰当熔化热能值的保险丝品种规格和放大足够并合理的安全余量才能满足保险丝的承载功能（耐脉冲能力）。•保险丝的承载能力保证了保险丝在绝大部分时间里的正常工作。三.任何时刻必须保证安全•选择具有足够分断能力和额定电压的，并获得必要的应用地区的安全认证的保险丝品种，才能满足保险丝的安全功能。•保险丝的安全功能确保了保险丝在任何条件下的绝对安全。选择保险丝的十大要素选择保险丝的十大要素•----额定电流；•----额定电压；•----小环境温度；•----电压降/冷电阻；•----熔断特性:过载能力，•时间/电流特性；•----分断能力；•----熔化热能值；•----耐久性（寿命）；•----结构特征：外形/尺寸，•安装形式；•----安全认证。1.额定电流---In额定电流是公称额定电流,通常就是:电路能够长期工作的最大电流值,不是动作电流。正确选择保险丝的额定电流值,必须作如下考虑:---UL规格保险丝过载能力弱，额定电流In=Ir/Of这儿Ir是电路工作电流,Of=0.75是保险丝的电流折减率例如电路工作电流Ir=1.5A时,应选择1.5/0.75=2A的保险丝---IEC规格保险丝过载能力强,不需折减,即:Ir=In如果特殊的额定电流不是通用数值,应选最邻近的较高值。错误的选泽：把希望保险丝熔断的电流值作为额定电流值直接把电路的稳定工作电流作为额定电流值2.额定电压---Un额定电压是指它的公称额定电压,通常就是：保险丝断开后能够承受的最大电压值。保险丝通电时两端所承受电压大大小于其额定电压，因此额定电压基本上无关紧要。正确选择保险丝额定电压应该等于或大于电路电压例如:250V的保险丝可以用于125V或更低电压的电路关于保险丝的额定电压应考虑:低电压电路发生故障过流时，有可能熔断不彻底认识的误区：保险丝的额定电压必须跟电路电压一致！3.小环境温度不管UL还是IEC规格,保险丝各项指标都是在250C环境的数据如小环境工作温度较高，则要考虑温度折减（见右图）。例:选用快熔断保险丝在900C小环境下和1.5A电流下工作,参阅右图,其温度折减率(Tf)是95%.若选用IEC规格保险丝:In=In/Tf=1.5/0.95=1,58推荐1.6A或2A的保险丝若选用UL规格保险丝:In=In/Of*Tf=1.5/0.75*0.95=2.1要选2.5A的保险丝曲线A:传统的慢熔断保险丝曲线B:特快熔断,快熔断和螺旋式绕制的保险丝曲线C:可恢复PTC4.电压降/冷电阻---Ud/R一般情况下，保险丝的电阻值与它的额定电流值成反比。在保护电路中要求保险丝阻值越小越好，这样它的损耗功率就小；因此在保险丝技术参数中规定了最大电压降值或冷电阻值，但不作为产品验收依据。电压降：通以直流额定电流，保险丝热平衡后所得读数。冷电阻：小于10%额定电流下测得的读数保险丝的电压降和冷电阻可以互相换算。小规格保险丝电压降对低压电路的影响较大，务必注意！极端低电压情况下由于保险丝电阻太大会无法输出需要的工作电流。5.熔断特性熔断特性也称保险丝的时间/电流特性、I-T特性或安秒特性,保险丝最主要的电性能指标，熔断特性用曲线和表来表示熔断特性曲线标明了不同电流负载跟相应熔断时间的函数关系，供设人员选用时的参考（见下左图）；熔断特性表标明了若干测试电流负载下熔断的时间范围。供验收人员测试判断的依据（见下右图）保险丝需要有一定的过载能力：UL规范保险丝的最大不熔断电流是110%In；IEC规范保险丝的最大不熔断电流是150%In或120%In保险丝也要求在超过限量的过载电流时能及时地烧断：UL规范保险丝的最小熔断电流在130%In左右；IEC规范保险丝的最小熔断电流在180%In左右5.熔断特性（续）不同类型电路需要使用不同熔断特性的保险丝--阻性电路或保护敏感器件---快熔断--容性和感性电路或有较大脉冲电路---慢熔断%ofAmpereRatingOpeningTimeat25°CMin.Max.100%4hours200%1sec.120sec.300%0.1sec.3sec.800%0.002sec.0.05sec.6.分断能力分断能力也称为最大分断能力或遮断电流,单位是安培。保险丝最主要的安全指标。它表明了保险丝在额定电压下能安全切断的最大电流。当流经保险丝的电流相当大以至短路的时侯，仍要求保险丝能安全分断电路，不带来任何不安全现象:破碎、燃烧、喷溅、爆炸，或引起周围人身或其他零件的破坏等。分断能力取决于保险丝的结构和材质,一般来说低分断能力管状保险丝大部份都是玻璃的,高分断能力通常用陶瓷壳体,其中许多还填充有纯净细颗粒状石英材料选用原则:保险丝所在电路中可能出现的最大短路电流不应超过保险丝的额定分断能力（瞬间脉冲电流除外）7.熔化热能—I2t•熔化热能值(I2t)是指熔体熔断时的能量值,表示了保险丝能够承受浪涌的能力，其中I为过载电流，t为熔断时间•保险丝熔断所需的能量--If2t，浪涌脉冲所释放的能量--Ir2t当Ir2tIf2t时保险丝被熔断，If2tIr2t保险丝能承受•几种典型波形的I²t计算方法(见下图)7.熔化热能—I2t（续1）•保险丝承受浪涌冲击时会受到损伤,从而略微降低它的If2t，通过计算和选择If2t和Ir2t的关系,可以预算保险丝能够承受的脉冲次数，反过来说需要熔断器能够承受多少次以上的浪涌冲击,，就必须预留If2t的安全系数。AEM熔断器的If2t和Ir2t的大概关系Ir2t=30%If2t100,000次Ir2t=38%If2t10,000次Ir2t=48%If2t1,000次Littelfuse保险丝的If2t和Ir2t的大概关系Ir2t=22%If2t100,000次Ir2t=29%If2t10,000次Ir2t=38%If2t1,000次•选用原则:首先必须考虑If2tIr2t,然后根据需要承受的浪涌次数预流安全系数7.熔化热能—I2t（续2）•熔断器的熔断时间跟电流产生的热量,散热条件及熔断器的热容特性等都有关,许多因素都会影响熔断器的熔断时间,所以熔断器在不同的分断电流或分断时间会有不同的If2t,也就是说If2t并不是一个常数•If2t-t曲线就是反映不同熔断时间时熔断器的If2t值(见右图)，与熔断特性曲线类似，If2t-t曲线也是提供给设计人员选择保险丝时参考用的8.耐久性/寿命保险丝的寿命是很长的，在无故障的情况下几乎与设备的寿命是可以同步的测试IEC规格的小型管状保险丝寿命的方法：在直流电源条件下，以1.20In（或1.05In）电流导通一小时，断开15分钟，连续100个周期，最后再以1.5In(或1.15In)电流导通一小时，期间不能有熔断或其他异常现象。保险丝的储存期，在正常条件下不少于两年，到期经复检合格后可再行储存。9.结构特征和安装形式•结构特征•管状：玻璃管-低分断能力，陶瓷管-高分断能力；填充细粒石英沙-用于灭弧，玻璃管变色-熔断指示；内焊式与外焊式；加引线套帽-用于焊接(有时需先将引线成型)......•微型：电阻式，晶体管式......•表面贴装：薄膜式-PCB/陶瓷，多层独石，中空型-PCB/陶瓷......•其他：插片式，螺栓式，密封式，报警式......•熔体结构：圆丝，扁丝，单丝，双丝，复合丝；直线状，波浪状，锯齿状；片状熔体（带一个或多个瓶颈部份）组合熔体：熔丝缠绕，加锡球，加金属片/电阻等9.结构特征和安装形式(续)安装形式面板安装：保险丝盒，保险丝插座......底板安装：保险丝夹，保险丝夹座......印刷线路板安装：插件安装（波峰焊）：径向引线，轴向引线......表面安装（红外焊，回流焊）：多层独石，薄膜式......有时需要在管外加热缩套管，使保险丝与周围元件绝缘悬挂式安装：保险丝套外形尺寸管状—直径X长度微型—孔径X孔距表面贴装—焊盘:长X宽两端距离10.安全认证•保险丝是一种安全元件，它的质量直接关系到人身和财产的安全。作为一个安全元件必需经过有关机构的认证,才能生产，销售和使用。许多国家（地区）都对保险丝有各自的认证要求,经过认证并具有相应标记的保险丝才会被允许进入该国（地区）市场.•常用主要安全认证:•IEC规格：英国BSI德国VDE瑞典SEMKO中国CCC•UL规格：美国UL列表/UR认可加拿大CSA•其他规格：日本PSE大家关注的若干问题•各品牌SMDFuse的优缺点比较品牌型式特征优点缺点AEMSolidMatrix玻璃陶瓷流延工艺能量固化专利内芯多层熔体灭弧能力特强耐热性强规格范围宽广内电阻略大Littelfuse晶片型薄膜式PCB基体表面单一熔体一致性较好耐热性弱熔断时能量外泄Bussmann晶片型薄膜式陶瓷板印刷表面单一熔体耐热性较好熔断时能量外泄TA-I晶片型薄膜式类似电阻工艺表面单一熔体成本较低特性精度受限慢熔断保险丝与快熔断有什么不同的性能和应用慢熔断保险丝的I2t快熔断保险丝的I2t,阻性电路（没有或很少浪涌）--快熔断保险丝保护IC等敏感贵重器件的电路中--快熔断保险丝；容性或感性电路（开关机时有浪涌）--慢熔断保险丝电源部分--慢熔断保险丝；相同特性和额定电流的保险丝能够直接替换吗“时间-电流特性曲线”和“时间-能量特性曲线”才能反映保险丝性能保险丝标准的数据范围是相当宽的，不同品牌保险丝存在一定差异，实际性能和特性曲线还存在一定的差异保险丝的分断能力在实际应用中有什么意义？保险丝的分断能力跟它的电气性能没有直接关系只要电路中的过电流不超过保险丝的分断能力，就能够保证安全地切断电流，不发生任何不安全的现象分断能力、额定电压和安全认证是保险丝的安全指标额定电流、熔断特性和熔化热能是保险丝的性能指标哪些因素会影响保险丝的性能不恰当的选型自身内阻—初始内阻和老化后内阻变化都会导致保险丝熔断变快连接—连接部位接触电阻增大同样使熔断变快散热条件：--环境温度和通风情况--连接导线/PC板走线的截面积和长度--焊盘尺寸/夹具表面积内电阻对电流敏感度动作速度老化速度漏电流安全性一次性保险丝小高快慢无强可恢复保险丝大低慢快有弱一次性保险丝和可恢复保险丝的异同•可恢复保险丝是正温度系数的热敏电阻，通过PTC材料的电阻值对温度的正相关及在居里点时的突变而起到电路保护作用的，原理跟保险丝完全不同•重要器件或电源保护—一次性保险丝反复脉冲过电流保护—可恢复保险丝保险电阻能起到保险丝的作用吗电阻具有类似保险丝的功能保险丝的保护功能、承载功能和安全功能，保险电阻不完全具备保险电阻的熔断特性和熔化热能等性能指标不精确，只能保证短路分断保险电阻不属于安全元件附：实际案例Invertor应用已知条件•应用要求:Inverter熔断器尺寸：1206•应用电压：12VDC应用电流：430mA•环境温度：50℃•脉冲电流波形如图23.1A@9.51μs+10A@7.77μs•需要承受100000次电流折减和温度折减•保险丝电流折减系数:Of=0.7550℃时的温度折减系数:Tf=0.94(从前面第11页温度折减曲线中可查到)初选保险丝额定电流:In=0.43/0.75/0.94=0.61A,我们需要选用额定电流为0.75A或以上的熔断器额定电压和分断能力•AEM提供的所有系列的0.75A及以上保险丝的额定电压都大于15V,均超过了项目要求的12VDC,所以额定电压没有问题•Inverter的浪涌电流峰值23.1A,小于AEM片式保险丝的额定分断能力50A,分断时的安全性不会有