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

保險絲

保險絲又稱為熔斷器，用在電路里面作為保護器件。當電路中的電流超過保險絲的承受能力時，保險絲會及時熔斷，從而切斷輸入和保險絲后級電路，達到保護電路的作用。

保險絲物理結(jié)構(gòu)

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

早期的保險絲，沒有外部保護器件，類似一根細導(dǎo)線。

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

隨著技術(shù)的發(fā)展和工藝的進步，保險絲從最遲的條絲狀，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，保險絲的種類非常多。

無論是那種類型的保險絲，其實組成部分都可以拆解成3部分：熔體，電極和支架。其中熔體是保險絲的核心，不同種類的保險絲，主要是內(nèi)部熔體不一樣。電極一般有兩個，將保險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。

由于保險絲的熔體通常都比較纖細柔軟，如果沒有支架的作用，保險絲內(nèi)部的熔體在長途運輸過程中會因為機械振動導(dǎo)致斷裂。保險絲小電流很難做，但是大電流很好做，原因就在此。所以，支架起來了保護熔體和增加其抗機械振動強度。當然在，支架還具備絕緣性，耐熱性，阻燃性能特點。

保險絲工作原理

保險絲是導(dǎo)體，當電流流過導(dǎo)體，因為導(dǎo)體存在電阻，所以在導(dǎo)體上將會發(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)體的時間。根據(jù)上述公式可知，保險絲是導(dǎo)體，因此保險絲上發(fā)熱量遵循上述的公式。

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

保險絲關(guān)鍵參數(shù)

（1）額定電壓

保險絲的標稱工作電壓為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，交流額定值指標稱均方根電壓值，直流額定值指直流電壓值。常見保險絲額定電壓有32V，63V，125V，250V，600V。保險絲是對電壓不敏感的器件，只要電路的電壓低于其額定電壓，保險絲都保持默認狀態(tài)。

在電壓超過額定值的電路中使用保險絲會產(chǎn)生保險絲無法正常斷開的風(fēng)險，因為熔體熔斷后會在端子之間形成電弧，而且還無法熄滅。這種電弧產(chǎn)生后，它們相當于一個低電阻，使故障電流像保險絲未熔斷一樣流過保險絲。

因此，在選型的時候，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

額定電流是保險絲能正常長期工作的最大電流。額定電流的選擇，要考慮到電路中最大負載電流，使其不超過保險絲的額定電流。常見保險絲的額定電流有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準的差異。保險絲內(nèi)部的熔體對溫度變化比較敏感，因此溫度會影響其性能。當溫度高于環(huán)境溫度時，保險絲實際所能承受的電流要高于額定電流；當溫度低于環(huán)境溫度時，保險絲實際所能承受的電流要低于額定電流。

因此，在實際計算額定電流時，要盡可能使額定電源遠離最大負載下的電流，并且滿足產(chǎn)品全溫度范圍下的折減。通?？梢匀?.5~2倍或者保險絲工作電流不應(yīng)該大于額定電流的75%。

除了溫度對保險絲額定電流選擇有影響，UL/CSA(北美)和IEC(歐洲)標準對額定電流的要求也不一樣。按照UL/CSA規(guī)格生產(chǎn)的保險絲，在額定電流135%的情況下，需要在不超過一小時內(nèi)斷路；而IEC規(guī)格的保險絲，在額定電流150%的情況下，可以至少保持一小時。也就是IEC標準生產(chǎn)的保險絲，可以在其標稱的電流下使用，而UL/CSA規(guī)格生產(chǎn)的保險絲，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，這個參數(shù)表征使保險絲熔斷所需要的能量值。這個參數(shù)和保險絲內(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，因此這個參數(shù)是保險絲固有參數(shù)。

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

為了測出保險絲的I2t，通常是給保險絲逐漸施加電流，使其在8ms（60Hz的半周期）內(nèi)或者更短的時間內(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，保險絲能安全地切斷的最大電流。保險絲的分斷能力必須等于或大于電路中的可能發(fā)生的最大故障電流。當保險絲中通過的瞬時過載電流超過額定值時，保險絲會破碎或爆炸，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。因此要求保險絲在保護動作后，還能夠保持完整的狀態(tài)（無爆裂、斷裂）。保險絲的分斷能力取決于保險絲的結(jié)構(gòu)，低分斷能力保險絲大部分都是玻璃殼體的，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。

(5）溫度折減

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

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

（6）熔化特性

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

根據(jù)熔斷時的快慢不同，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)是利用保險絲的工作原理來設(shè)計。慢融型保險絲也叫延時保險絲，內(nèi)部的熔體經(jīng)過特殊加工而成，在熔斷時需要更多的熱量。這種保險絲用的電源輸入級具有非常好的防護效果。當電流是瞬態(tài)脈沖電流或者電機啟動負載，慢熔型保險絲因為熱量不夠，保險絲不會損壞，而當電路出現(xiàn)了長時間的故障時，慢熔型的保險絲會起作用，切斷電路。

（7）使用壽命

保險絲因為每次電流的通過和停止而被重復(fù)加熱和冷卻，導(dǎo)致保險絲內(nèi)部的熔絲發(fā)生膨脹，收縮，長時間的機械應(yīng)力造成金屬疲勞，導(dǎo)致保險絲的熔絲出現(xiàn)斷裂。為了減少這種由于機械應(yīng)力導(dǎo)致的斷裂，延長使用壽命，在選擇保險絲時，推薦按照下面的降額系數(shù)：負載穩(wěn)定時，推薦降額0.8；反復(fù)通電斷電，并且斷電時間較多時，推薦降額0.75；固定周期的間歇負載電流，推薦降額0.6

自恢復(fù)式保險絲

自恢復(fù)保險絲（Polymeric Resettable Fuse），簡稱PPTC(Polymer???Positive??Temperature?Coefficient)，從英文名字可以看出，自恢復(fù)保險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。當過電流或者溫度上升后，當達到保險絲的開關(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，此時保險絲呈現(xiàn)為高阻態(tài)，從而起到保護電路的作用。當異常過電流消失或者溫度下降后，自恢復(fù)保險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)電通道會恢復(fù)，自恢復(fù)保險絲電阻又恢復(fù)到原來的低阻狀態(tài)。因此，稱之為自恢復(fù)保險絲。