1、1 保险丝类1.1 保险丝结构介绍一般保险丝由三个部分组成：一是熔体部分，它是保险丝的核心，熔断时起到切断电流的作用，同一类、同一规格保险丝的熔体，材质要相同、几何尺寸要相同、电阻值尽可能地小且要一致，最重要的是熔断特性要一致；二是电极部分，通常有两个，它是熔体与电路联接的重要部件，它必须有良好的导电性，不应产生明显的安装接触电阻；三是支架部分，保险丝的熔体一般都纤细柔软的，支架的作用就是将熔体固定并使三个部分成为刚性的整体便于安装、使用，它必须有良好的机械强度、绝缘性、耐热性和阻燃性，在使用中不应产生断裂、变形、燃烧及短路等现象；电力电路及大功率设备所使用的保险丝，不仅有一般保险丝的三个部分
2、，而且还有灭弧装置，因为这类保险丝所保护的电路不仅工作电流较大，而且当熔体发生熔断时其两端的电压也很高，往往会出现熔体已熔化（熔断）甚至已汽化，但是电流并没有切断，其原因就是在熔断的一瞬间在电压及电流的作用下，保险丝的两电极之间发生拉弧现象。这个灭弧装置必须有很强的绝缘性与很好的导热性，且呈负电性。石英砂就是常用的灭弧材料。参数解释：NORMAL OPERATING CURRENT: FUSE所串联回路通过的满载电流INTERRUPTING RATING:在保险丝额定电压范围内所允许保险丝安全熔断的电流，目前使用的半导体保护保险的INTERRUPTING RATING一般达到20KA，如果此电
3、流持续时间足够短，Fuse将不会熔断，fuse具有重复承受此冲击的能力。但是注意，如果短路电流超过此分断电流规格，可能导致FUSE 无法正常熔断。VOLTAGE RATING:Fuse所承受的额定电压，如果Fuse熔断后两端的电压差越高，由于内部的拉弧效应，Fuse熔断速度越慢，参考曲线如下：图中K表示I 2t的能量系数。TIME-CURRENT CURVE: Fuse 过载能力的查核表，通过电流/时间曲线可以找出fuse 在不同电流模式下的过载时间，所有fuse均有此曲线，下图为Ferraz 30A Fuse的TIME-CURRENT CURVE曲线供参考。Fuse 拉弧现象Fuse受冲击电
4、流时均会产生拉弧现象，如果冲击能量FUSE I2t承受能力，Fuse 将发生熔断，参考波形如下：从图中看出，Fuse受冲击时的能量（Total I2t）由melting I2t和Arcing I2t两部分组成。拉弧的电流（Arcing Current）持续到冲击能量减小到零为止。拉弧过程的阻抗将抑制在短路回路中电流的增长。当拉弧阻抗无法抑制住电流的增长时，将发生拉弧故障，将冲击能量超出了上图的灰色区域，此时fuse将熔断。由于拉弧过程中的阻抗及电流的关系，在拉弧过程中会产生瞬间的拉弧电压，如下图波形：从上图看出，拉弧电压的波形与电压尖峰的波形相同。1.2 分类原则按保护分类按保护形式分，可分为
5、：过电流保护与过热保护。用于过电流保护的保险丝就是平常说的保险丝（也叫限流保险丝） 。用于过热保护的保险丝一般被称为“温度保险丝“。温度保险丝又分为低熔点合金形与感温触发形还有记忆合金形等等（温度保险丝是防止发热电器或易发热电器温度过高而进行保护的，例如：电吹风、电熨斗、电饭锅、电炉、变压器、电动机等等；它响应于用电电器温升的升高，不会理会电路的工作电流大小。其工作原理不同于“限流保险丝 “） 。按使用范围分类按使用范围分，可分为：电力保险丝、机床保险丝、电器仪表保险丝（电子保险丝） 、汽车保险丝。. 按体积分类按体积分，可分为：大型、中型、小型及微型。按额定电压分类按额定电压分，可分为：高压
6、保险丝、低压保险丝和安全电压保险丝。按分断能力分类按分断能力分，可分为：高、低分断能力保险丝。. 按形状分类按形状分，可分为：平头管状保险丝（又可分为内焊保险丝与外焊保险丝） 、尖头管状保险丝、铡刀式保险丝、螺旋式保险丝、插片式保险丝、平板式保险丝、裹敷式保险丝、贴片式保险丝。.按照熔断速度分类按熔断速度分，可分为：特慢速保险丝（一般用 TT 表示） 、慢速保险丝（一般用 T 表示） 、中速保险丝（一般用 M 表示） 、 快速保险丝（一般用 F 表示） 、特快速保险丝（一般用 FF 表示） 。按标准分，可分为：欧规保险丝、美规保险丝、日规保险丝。1.3 保险丝选择原则保险丝选取从下面几个参数进
7、行考虑： 必须符合 UPS 所对应的安規(Approval)标准；目前 UPS 的 fuse 应用主要涉及安规标准为：IEC127 和 UL 248 两个标准。UL/CSA/ANCE (Mexico) 248-14 FUSES FOR SUPPLEMENTARY OVERCURRENT PROTECTION标准原文描述如下：UL ampere rating tests are conducted at 100%, 135%, and 200% of rated current. The fuse must carry 110% of its ampere rating and must sta
8、bilize at a temperature that does not exceed a 75C rise at 100%. The fuse must open at 135% of rated current within one hour. It also must open at 200% of rated current within 2 minutes for 0-30 ampere ratings and 4 minutes for 35-60 ampere ratings.最低Interrupt current承受能力需满足下表：INTERNATIONAL ELECTROT
9、ECHNICAL COMMISSION (IEC) Publication 127, Sheet I, II, III, V, VI (250 Volts)标准原文描述如下：IEC Publication 127 defines three breaking capacity levels (interrupting rating). Low breaking capacity fuses must pass a test of 35 amperes or ten times rated current, whichever is greater, while enhanced breakin
10、g capacity fuses must pass a test of 150 amperes and finally high breaking capacity fuses must pass a test of 1500 amperes.Sheet I Type F Quick Acting, High Breaking CapacitySheet II Type F Quick Acting, Low Breaking CapacitySheet III Type T Time Lag, Low Breaking CapacitySheet V Type T Time Lag, Hi
11、gh Breaking CapacitySheet VI Type T Time Lag, Enhanced Breaking CapacityIEC标准中所描述的过载能力如下：在FUSE过载能力的选择上，经验预留 1.2倍的余量，保证FUSE过载保护的可靠性。Fuse 两端应用的电压必须在额定电压(Voltage Rating)范围之内； . Fuse 所串联的线路通过的满载电流必须低于 fuse 的额定电流(Current Rating)；LiFuse 必须能承受所串联回路的瞬间冲击电流，必须具有分断短路电流的能力；Fuse 熔断时的过程如下图所示：一般 FUSE 选择时均会选取 Curr
12、ent-Limiting Fuse，即选取的 fuse 均有电流的抑制能力，下图为 FUSE 在线路中遭遇冲击电流时的波形：从上述图片可以看出，FUSE 的熔断保护是慢速的，一般至少持续 1/2 输入能量的周期。在 FUSE 的参数中，Interrupt Rating 在 FUSE 位置的选择至关重要，下图为一般 UPS内部应用 FUSE 的电路参考：其中 Main Switch 选择的 FUSE Interrupt rating 至少为 125，000A ，建议选择 rating 的等级为 200，000A。在 A 点的 FUSE Interrupt rating 至少选为 85,000A，
13、建议选择 rating 的等级为 100,000A。而对于承受冲击电流能力的可靠性来说， A 点的 FUSE 最好选择具有承受 200,000A 冲击能力的 FUSE。根据线路的需求选择快斷或慢斷(Fast Acting or Time Delay/Slo-Blo，区别在于 IT 的能力)的保险，当 Fuse 串联在功率回路上不可避免将遭遇 Inrush current 的问题，选择的基础根据经验公式：SCR ： ；)*(3.0*9.0*3222 tItITI curenshfuseoalcompnet IGBT&MOSEFT&DIODE ： )*(3.05. 2tItT curenshfso
14、alcompnet 进行选取，Inrush Current /IT 的实际波形参考下图：计算 I2t 的数值时，根据冲击波形的形状进行等效能量计算，可参考的下图公式进行相关计算一般 fuse 均有承受冲击电流次数的限制，不同冲击能量条件下 fuse 承受的次数不同，具体判断可参考下图：对于大部分的 fuse 选择来说，fuse 正常使用及过载使用的是否安全的判断标准为I2t 的数值，具体选用方法根据 TIME-CURRENT CURVE 曲线查找对应工作电流点的时间常数，根据定义的规格要求判断过载时间是否符合设计要求。根据线路可能出现的尖峰电流次数选择具有承受所需脈衝次數(Pulse Beha
15、vior)的fuse根据 fuse 的应用环境温度情况，选择所需溫度(Temperature)能力的 fuse下图为 Little fuse 不同 fuse 类别产品的电流&温度曲线：图中可以看出，快速保险相对来说具有较好的 current rating 保持特性。根据 fuse 的封装方式及外部限制条件，选择不同的 fuse，目前主要有几种: Fuse Clip, Fuse Holder, Pig Tail, DIP, SMD.1.4 保险丝应用介绍1.4.1 保险丝并联运行保险丝并联相当于线路电阻减少一半，此时根据线路分析的原理可以计算出此时并联后两颗 fuse 总的 fuseparlet
16、ITIon22保险丝并联时注意线路 layout 的情况，下图为实际摆放参考：放置时注意回路面积比较小，同时线路保持对称。FUSE 并联时，如果两颗 FUSE 并联，并联后的额定电流减额 10；三颗FUSE 并联时，并联后的额定电流减额 20。考虑 FUSE 并联的均流问题，禁止 3颗以上的 FUSE 并联应用。1.5 保险丝 FAQ保险丝的分断能力是什么意思？当介于常规不熔断电流与相关标准规定的额定分断能力（的电流）之间的电流作用于保 险丝时，保险丝应能满意地动作，而且不会危及周围环境。保险丝被安置的电路的预期故障电流必须小于标准规定的额定分断能力电流，否则，当故障发生保险丝熔断时会出现持续
17、飞弧、引燃、保险丝烧毁、连同接触件一起熔融、保险丝标记无法辨认等现象。当然，劣质保险丝的分断能力达不到标准规定的要求，使用时同样会发生上述的危害。研究保险丝的温升有何意义？保险丝的温升是指保险丝中流过 1.1 倍（110%）额定电流时，保险丝的温度上升值，即实 测温度减去环境温度的值。UL 标准将其上限规定在 75Co。因为保险丝的熔体对温度较为敏感，在一定高的温度长时间的作用下，它的熔点及阻抗将发生变化，这种变化会影响保险丝的准确性。这就是通常说的保险丝老化。老化的保险丝使用于电路中是非常危险的，所以，我们在制作和使用保险丝时都应该注重保险丝的温升。同理，我们也应该注意到，即使经过长时间使用
18、的保险丝未发生熔断，它也有可能已经老化了，此时最好进行更换。保险丝的电压降说明了什么？保险丝的电压降是保险丝在额定电流条件下，其两端的电压降。它反映了保险丝的内阻， 其值不应过大。若将内阻（电压降）过大的保险丝安装在电路中，它将影响电路的系统参数，使得电路不能正常工作。标准对电压降不仅有其值的上限规定，而且对其一致性也作了规定。 如何理解保险丝的额定电压？保险丝熔断与否取决于流过它的电流的大小，与电路的工作电压无关。保险丝的额定电压是从安全使用保险丝角度提出的，它是保险丝处于安全工作状态所安置的电路的最高工作电压。这说明保险丝只能安置在工作电压小于等于保险丝额定电压的电路中。只有这样保险丝才能安全有效地工作，否则，在保险丝熔断时将会出现持续飞弧和被电压击穿而危害电路的现象
