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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25 0C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 90 0C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 1.6 A 或 2 A 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 2.5 A 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 PTC,4. 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,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Ir2t If2t时保险丝被熔断， If2t Ir2t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% If2t 100,000次 Ir2t = 38% If2t 10,000次 Ir2t = 48% If2t 1,000次,Littelfuse保险丝的 If2t 和 Ir2t 的大概关系 Ir2t = 22% If2t 100,000次 Ir2t = 29% If2t 10,000次 Ir2t = 38% If2t 1,000次,选用原则: 首先必须考虑 If2t Ir2t, 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1.20 In（或1.05 In）电流导通一小时，断开15分钟，连续100个周期，最后再以1.5 In(或1.15 In) 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 SMD Fuse的优缺点比较,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,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：12V DC 应用电流：430mA 环境温度：50 脉冲电流波形如图 23.1A9.51s + 10A7.77s 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=0.75 50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问题, (如果浪涌峰值大于50A,则需要从功率角度来考虑),种类及熔断特性,指定要1206尺寸的片式表面贴装保险丝,AEM片式保险丝都已获得UL认可,得到权威第三方的认证,能够保证运行的安全 由于该电路中有很大脉冲电流,峰值23.1A超过正常工作电流450mA许多倍,又是应用于电源部分的保护,所以我们需要选用SB或HI系列的熔断器,最理想的还是选SB系列.,耐脉冲能力,根据已知应用的脉冲波形计算浪涌电流的能量值 Ir2t = (23.12*0.00000951+102*0.00000777) / 2= 0.0027A2s 需要承受100000次以上脉冲,必须选择熔断器的 If2t = 0.0027/30% = 0.009 A2s 通过目录中 I-t 曲线和 I2t-t 曲线可以查出1206SB系列产品在承受23.1A脉冲时的If2t数值: I-t曲线查到1206SB-1A在23.1A时熔断时间略小于0.0001s, I2t-t 曲线查到1206SB-1A的 If2t 约为0.04 A2s 已经超过上述计算所需的0.009 A2s, 能够满足设计要求. (产品目录上的Nominal I2t=0.11仅供粗略参考) 因此1206SB-1A能够为该案例所选用.,如果选用1206HI系列的熔断器的计算方法: 利用前面计算结果:必须选择熔断器的If2t = 0.009 A2s 通过目录中 I-t 曲线和 I2t-t 曲线可以查到1206HI系列产品在承受23.1A脉冲时的If2t值: I-t曲线查到 1206HI-1A在23.1A时熔断时间约为0.0006s, I2t-t 曲线查到 1206HI-1A的 If2t 超过0.03 A2s 已经超过上述计算所需的0.009 A2s, 也能满足设计要求. (产品目录上的Nominal I2t=0.11也仅供粗略参考) 1206HI-1A熔断器是该案的又一选择方案.,耐脉冲能力,耐脉冲能力,如果选用1206FA系列的熔断器的计算方法: 利用前面计算结果:必须选择熔断器的If2t = 0.009 A2s 通过目录中 I-t 曲线和 I2t-t 曲线可以查到1206FA系列产品在承受23.1A脉冲时的If2t值: 1206FA-1A: 23.1A时熔断时间0.00001, If2t0.009 1206FA-1.5A: 23.1A时熔断时间0.00001, If2t0.009 1206FA-2A: 23.1A时熔断时间略0.00002, If2t近0.009 1206FA-2.5A: 23.1A时熔断时间约0.00004, If2t约0.02 从上述数据中选择既能承受100000次脉冲,又保持一定的保护功能, 勉强合适的是F0603FA2000V032T熔断器 因此1206FA-2A熔断器也可以是候选的方案.,分析评估综合选择,通过上面计算,我们有三个可选的方案: 1206FA-2A,1206HI-1A和1206SB-1A 进行比较分析 : *该三个产品都已获得UL的安规认证; *从保护功能角度看,HI和SB系列所选规格都是1A,接 近计算所得的电流规格0.75A,比较理想, 而FA系列则要选2A, 保护功能弱; *从耐脉冲能力角度看, 计算后所选FA,HI和SB系列都能满足要求, SB-1A最强, HI-1A次之, FA-2A最弱; *从成本角度看, FA最低, HI次之, SB最高; 进行综合评估,得出结论: *1206HI-1A是该案的最佳选择, 性价比最高. *1206SB-1A是成本略高的更可靠选择. *1206FA-2A是降低保护功能的低成本选择.,还有其他问题吗？,
