保護(hù)元件知識(shí)課堂：保險(xiǎn)絲選型和應(yīng)用

保險(xiǎn)絲作為電路發(fā)生故障或異常過流時(shí)的保護(hù)器件，在選用時(shí)過大或過小都會(huì)引起安全隱患。目前 關(guān)于保險(xiǎn)絲的介紹和使用的資料很多，但對(duì)保險(xiǎn)絲一些重要參數(shù)的理解和重視程度不夠，造成在實(shí)際應(yīng)用 中出現(xiàn)選型不當(dāng)，沒有達(dá)到保護(hù)電路的目的。此篇文檔側(cè)重點(diǎn)是針對(duì)這些參數(shù)給出正確的解釋和理解，供電路從業(yè)者參考。保險(xiǎn)絲包含的參數(shù)有：電流、電壓、環(huán)境溫度影響、 熱熔值、熔斷速度等重要參數(shù)，同時(shí)還有：熔斷特性、分 斷能力、電壓降、溫升、電阻特性、和交直流屬性方面參 數(shù)。其中電流、電壓、環(huán)境溫度影響、熱熔值、熔斷速度是 選用時(shí)必須要考慮的。下面一一介紹各參數(shù)意義和注意點(diǎn)。1 額定電流(In)標(biāo)注在保險(xiǎn)絲上的額定工作電流，代號(hào)是 In。為該 保險(xiǎn)絲所能載的電流。額定電流必須大于被保護(hù)電路的實(shí)際工作電流，同時(shí)考慮到國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的降額。 IEC 規(guī)定：不用降額(CE 認(rèn)證) UL 規(guī)定：0.75 降額 (UL 認(rèn)證) 正常選用時(shí)，一般都考慮 0.75 降額。對(duì)于單板的工 作電流，應(yīng)注意是允許的最低電壓下的電流。例如額定 電壓是 -48V 的，允許 20%的波動(dòng)(小于等于 12V 的 2 次 電壓允許波動(dòng)范圍為±10%)。如果單板在 -48V 時(shí)的工 作電流是 0.8A，由于單板的功率恒定，則在 -38.4V 的工 作電壓下的工作電流大約為 1A。在選擇保險(xiǎn)絲時(shí)，就應(yīng) 該以 1A 作為單板的工作電流。在輸入電壓范圍比較廣 的應(yīng)用中，這一點(diǎn)要特別注意。對(duì)于所選保險(xiǎn)絲額定電流的上限，建議如表 1 所示。

注 1：針對(duì)風(fēng)扇此類帶電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，工作電流按 照風(fēng)扇規(guī)格書里面的最大平均電流確定。 注 2：針對(duì)兩個(gè)保險(xiǎn)絲并聯(lián)情況，因?yàn)椴⒙?lián)保險(xiǎn)絲 的電路工作電流都比較大，如果按照上述原則選擇保險(xiǎn) 絲時(shí)，可能造成保險(xiǎn)絲額定電流和實(shí)際工作電流差值過 大，存在隱患。建議每個(gè)保險(xiǎn)絲按照 0.85 降額進(jìn)行選擇。比如工作電流 40A，分?jǐn)偟矫柯肥?20A。保險(xiǎn)些額定電 流選擇為：20/0.85=23.5，實(shí)際可選用 25A 的保險(xiǎn)些。兩 路加一起是 50A。

2 額定電壓(Un) 

標(biāo)注在保險(xiǎn)絲上的額定電壓，代號(hào)是 Un。表示該保 險(xiǎn)絲可以被使用的最大工作電壓電路。保險(xiǎn)絲可以在不 大于其額定電壓的電路下使用，不能用在電路電壓大于 保險(xiǎn)絲額定電壓的電路中。 選用額定電壓時(shí)，不需要考慮降額。一般保險(xiǎn)絲的標(biāo)準(zhǔn)電壓額定值為 32V、60V、125V、 250V、300V、500V、600V。 
例如：12V 或 24V 的設(shè)備可選用 32V 或 63V 的保 險(xiǎn)絲系列； 48V 或 60V 的設(shè)備可選用 63V 或 125V 的保險(xiǎn)絲 系列； 100V 或 220V 的設(shè)備可選用 125V 或 250V 的保險(xiǎn) 絲系列。
注 3：有些保險(xiǎn)絲標(biāo)有額定電壓為交流電壓或直流 電壓之分，原則上交流保險(xiǎn)絲和直流保險(xiǎn)絲不能混用。額定電壓為直流的只用在直流電路中。有的保險(xiǎn)些額定 電壓標(biāo)注交流、直流電壓都有，或者不區(qū)分交直流，可以 通用。 注 4：在一些小電壓電路上，比如 3.3V 或 5V 等，避 免使用保險(xiǎn)絲，以免保險(xiǎn)絲引起的壓降造成負(fù)載欠壓。如果一定要使用，嚴(yán)格計(jì)算一下壓降。
3 溫度折損率(Tf)

保險(xiǎn)絲參數(shù)溫度折損率(Tf )，是考慮保險(xiǎn)絲在高溫 工作情況下的情況。保險(xiǎn)絲規(guī)格式給出的額定電流是在 25℃環(huán)境溫度下進(jìn)行的。環(huán)境溫度越高，保險(xiǎn)絲的工作 溫度就越高，額定電流值越低。相反，在較低的溫度下運(yùn) 行，保險(xiǎn)絲額定電流值將會(huì)提高。因此選擇保險(xiǎn)絲額定 電流的時(shí)候，要根據(jù)保險(xiǎn)絲實(shí)際工作環(huán)境溫度調(diào)整保險(xiǎn)絲額定電流值。保險(xiǎn)絲規(guī)格書都有一個(gè)溫度折減率圖， 如圖 1 所示。如果保險(xiǎn)絲周圍環(huán)境溫度 70℃，那就要在 原來基礎(chǔ)上降額 10%選型。

圖 1 保險(xiǎn)絲溫度折減曲線圖

在設(shè)計(jì)時(shí)都根據(jù)單板實(shí)際溫度情況，在進(jìn)行額定電 流降額后，一般再進(jìn)行 0.95 降額選擇保險(xiǎn)些額定電流[1]。比如電路正常工作電流 2A，那選擇保險(xiǎn)絲額定電流時(shí)， In= 正常工作電流 /(標(biāo)準(zhǔn)降額 * 工作溫度降額)＝2/(0.75 *0.95)＝2.81A。選擇額定電流為 3A 的比較合適。4 熱熔值(I2 t)保險(xiǎn)絲熔化所需的能量值，其代號(hào)是 I 2 t ，單位 A2 Sec。這個(gè)參數(shù)往往在選型設(shè)計(jì)時(shí)容易被忽略，從而造成 在實(shí)際應(yīng)用中莫名其妙的出現(xiàn)問題，比如啟動(dòng)時(shí)保險(xiǎn)絲 熔斷，瞬態(tài)沖擊造成金屬氧化物半導(dǎo)體失效，都是這個(gè) 參數(shù)選用不合理造成。不考慮這個(gè)參數(shù)，就無法定位問 題的原因。熱熔值保險(xiǎn)絲本身的一個(gè)參數(shù)，由保險(xiǎn)絲的設(shè)計(jì)決 定，每種規(guī)格的保險(xiǎn)絲只有一個(gè)額定的公稱熱熔值。這 個(gè)參數(shù)代表保險(xiǎn)絲在受到瞬間沖擊時(shí)，所能承受瞬間沖 擊能力。在確定保險(xiǎn)絲的熱熔值之前，首先要知道被保 護(hù)電路可能存在的瞬態(tài)沖擊能量。被保護(hù)電路內(nèi)瞬時(shí)沖 擊電流的幅值和持續(xù)時(shí)間所形成的能量應(yīng)小于所選用 的保險(xiǎn)絲的熱熔值的 0.22 倍，確保保險(xiǎn)絲可承受 10 萬 次以上瞬時(shí)沖擊電流。 在確定保險(xiǎn)絲的熱熔值時(shí)，選用保險(xiǎn)絲的熱熔值 A2 S 應(yīng)小于被保護(hù)電路中的元器件損壞能量的 A2 S，避 免大的瞬間沖擊通過保險(xiǎn)絲對(duì)被保護(hù)的元器件造成傷 害。另外針對(duì)帶電動(dòng)機(jī)的感性負(fù)載(比如風(fēng)扇)，上下電時(shí) 都有個(gè)瞬間沖擊。在設(shè)計(jì)階段，這些負(fù)載在上下電瞬時(shí) 形成的最大瞬間沖擊能量數(shù)據(jù)可找廠家索要，從而針對(duì) 數(shù)據(jù)來選擇合適的保險(xiǎn)絲。瞬時(shí)沖擊電流的幅值和持續(xù)時(shí)間所形成的能量如 何計(jì)算[2]，如圖 2~ 圖 5 所示。

 (1)正弦電流 計(jì)算公式為如下，其波形如圖 2 所示。

圖 2 正弦電流波形圖

(2)三角波電流 計(jì)算公式如下，

其波形如圖 3 所示。

圖 3 三角波電流波形

(3)脈沖電流 

計(jì)算公式為如下，其波形如圖 4 所示。

圖 4 脈沖電流波形

(4)矩型電流 

計(jì)算公式如下，其波形如圖 5 所示。

圖 5 矩形電流波形

5 熔斷速度

保險(xiǎn)絲的熔斷速度分為快熔保險(xiǎn)絲 (Fast Acting Fuse)和慢熔保險(xiǎn)絲(Slow/Time Delay Fuse)。它們主要區(qū) 別在于兩者的公稱熱熔值 I 2 t 不同，在標(biāo)稱相同的額定 電流和額定電壓條件下，慢熔斷保險(xiǎn)絲的 I 2 t 要比快熔 斷保險(xiǎn)絲大的多。慢熔斷保險(xiǎn)絲和快熔斷保險(xiǎn)絲的熔斷 時(shí)間差別主要體現(xiàn)在當(dāng)工作電流達(dá)到保險(xiǎn)絲標(biāo)稱額定 電流的 200%左右時(shí)，快熔斷保險(xiǎn)絲的熔斷時(shí)間一般為 幾百毫秒；而慢熔斷保險(xiǎn)絲在此條件的熔斷時(shí)間一般為 幾秒。但當(dāng)工作電流達(dá)到保險(xiǎn)絲標(biāo)稱額定電流的 800% 或更大時(shí)，兩者的熔斷時(shí)間就沒有多大的區(qū)別，都要求 在幾毫秒斷開。保險(xiǎn)絲這個(gè)參數(shù)特性也體現(xiàn)在保險(xiǎn)絲規(guī) 格書里面的時(shí)間 - 電流特性曲線上，快熔斷保險(xiǎn)絲熔斷 比慢熔斷保險(xiǎn)絲熔斷快。慢熔保險(xiǎn)絲和快熔保險(xiǎn)絲選取原則如下：(1)慢熔保險(xiǎn)絲能夠承受大能量瞬間沖擊，通常用在 電路狀態(tài)變化時(shí)有較大瞬態(tài)電流的感性或容性電路中。如果工作電流是不穩(wěn)定的脈沖波形電流，原則上要選用 慢熔斷的保險(xiǎn)絲。(2)快熔保險(xiǎn)絲保護(hù)一些較恒定電流的電路，或瞬態(tài) 沖擊電流較小的電路。有些使用大電容的電路也會(huì)出現(xiàn) 比較大的瞬間沖擊電流，需要通過實(shí)際測(cè)試和分析驗(yàn)證 快熔保險(xiǎn)絲的熱熔值能否滿足電路中產(chǎn)生的沖擊電流 的能量。(3)針對(duì)帶電動(dòng)機(jī)的感性負(fù)載(比如風(fēng)扇)電路，原則 上要選用慢熔保險(xiǎn)絲。慢熔保險(xiǎn)絲在防沖擊電流方面比 快熔保險(xiǎn)絲有優(yōu)勢(shì)，但有一個(gè)不安全因素，在控制的電 路電流異常時(shí)，這種異常電流很大但無法將保險(xiǎn)絲及時(shí) 熔斷，就會(huì)造成能量積累，嚴(yán)重時(shí)引起單板燃燒?？烊郾? 險(xiǎn)絲就沒這個(gè)安全隱患。所以針對(duì)風(fēng)扇電路，在額定電 流和熱熔值都滿足選擇原則下，能選擇快熔保險(xiǎn)絲則選 擇快熔保險(xiǎn)絲，如果熱熔值無法滿足，則考慮選擇慢熔 保險(xiǎn)絲。

6 分?jǐn)嗄芰?Ir)

分?jǐn)嗄芰Φ拇?hào)是 Ir，又稱額定短路容量(breaking capacity/interrupting rating)，即在額定電壓下，保險(xiǎn)絲能 夠安全分?jǐn)嗟淖畲箅娏髦?交流電為有效值)，不發(fā)生破 碎或爆炸，不引起危險(xiǎn)。它是保險(xiǎn)絲重要的安全指針。 選擇原則：保險(xiǎn)絲所在電路中可能出現(xiàn)的最大短路 電流不應(yīng)超過保險(xiǎn)絲的額定分?jǐn)嗄芰?。超過分?jǐn)嗄芰﹄? 流，就會(huì)產(chǎn)生安全危險(xiǎn)。分?jǐn)嗄芰陔妷簲?shù)值而不同，如表 2 所示。

7 電壓降(Ud)

對(duì)保險(xiǎn)絲在通過額定電流下，當(dāng)保險(xiǎn)絲達(dá)表面溫度 穩(wěn)定時(shí)所測(cè)得的其兩端的電壓，代號(hào)是 Ud。由于保險(xiǎn) 絲兩端電壓降對(duì)電路會(huì)有一定的影響，因此在標(biāo)準(zhǔn)里對(duì) 電壓降都有明確規(guī)定，一般都是幾十 mv 級(jí)，其值由本身 電阻決定。

8 保險(xiǎn)絲電阻

保險(xiǎn)絲電阻通常分為冷電阻和熱電阻，冷電阻是保 險(xiǎn)絲在環(huán)境溫度 25℃的條件下，通過 90%額定電流測(cè) 試所得的電阻值。熱電阻則以 100%額定電流值測(cè)試所 得的電阻值。通常熱電阻比冷電阻要大。目前保險(xiǎn)絲都是對(duì)冷電阻值作要求，大于 1A 不超 過 0.1Ω，超過 10A 的一般都要求幾個(gè)毫歐(mΩ)。

9 防護(hù)要求

在應(yīng)用環(huán)境質(zhì)量差的情況下，保險(xiǎn)絲容易產(chǎn)生腐蝕 或硫化，從而引起電路問題。保險(xiǎn)絲必須具有防腐蝕性 和防硫化功能，避免電級(jí)腐蝕失效。比如保險(xiǎn)絲全密封， 電級(jí)具有抗硫化功能等。這方面如果廠家不滿足，可要求廠家增加這些功能。

10 常用安全認(rèn)證 

針對(duì) CE 認(rèn)證產(chǎn)品，保險(xiǎn)絲要進(jìn)行 IEC 規(guī)格 TUV 認(rèn) 證或 UL 認(rèn)證。針對(duì) UL 認(rèn)證產(chǎn)品，保險(xiǎn)絲要進(jìn)行 UL 規(guī)格的 UL 認(rèn)證。針對(duì) CCC 認(rèn)證產(chǎn)品，保險(xiǎn)絲要進(jìn)行 CCC 認(rèn)證。

11 保險(xiǎn)絲選型基本步驟

選型步驟如表 3 所示。

表 3 保險(xiǎn)絲選型基本步驟

12 結(jié)語

本文著重從基礎(chǔ)知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，詳細(xì)描述了保險(xiǎn)絲 各參數(shù)的定義和意義，尤其明確了一些參數(shù)的重要性， 而這些參數(shù)往往在選型時(shí)容易被忽略，導(dǎo)致應(yīng)用中出現(xiàn) 問題。另外給出選型步驟和應(yīng)用中需要注意的問題，供 電路從業(yè)者參考?！段恼聛碜跃W(wǎng)絡(luò)資料的整理》