1、保險絲的選擇與使用http:/.tw/EricChu/fuse.htm文：李梓民 / Web 整理、照片：Eric Chu在今日電的世界裏，保險絲扮演著很重要的角色，可是仍有許多人不瞭解它的重要性，以致許多昂貴的設備常因保護不當而毀損，在修護時花了很多冤枉錢。保險絲最主要的功用就是防止超量的電流流過電子電路。超額的電流流過保險絲時將使它產生高溫而導致熔斷，以保護電路免於受到傷害，可以說保險絲是電器設備 的一個安全開關。一般家用的保險絲最重要的特性便是它的載流量，各類保險絲最大載流量的設定是經過一系列的測試而得出的統計值，以供電路設計人員參考選擇 使用。保險絲約可分為三大類：(1) 慢速型、(2
2、)普通型、(3) 快速型，另有一類為延時型保險絲。所有的這些保險絲都可以保護電路避免持續的超載電流流過，但它們對於超額電流的反應筢截然不同，若選用不正確則不是電路沒有受到保護便是保險絲經常燒斷。有關上述三種保險絲熔斷時問的較詳細資料表示於圖一中。熔斷時間(秒)比照超載的百分比，分別以橫向與縱向表示。當超載量為百分之百時，三種保險絲的反應幾乎一樣；可是當超載量達到百分之五百時(500% overload)快速型保險絲在 0.001 秒間熔斷，而慢速型保險絲則 2 秒後才熔斷；與普通型保險絲的 0.01 秒熔斷時間來比較，快速型的快了 10 倍而 慢速型的則慢了 200 倍。如此大的差異, 在不正
3、常狀況下選擇的正確性是決定您那些珍貴半導體元件命運的重要因素。接覑我們觀察一下圖二，我們將發現溫度對於保險絲的載流量也有很大的影響力。當週遭的環境變得較冷時使保險絲熔斷所須電流增大，所以溫度對於保險絲的熔斷也是一項重要的因素。圖一：保險絲的熔斷時間比較圖談到這裏您或許要說啦：通通用快速型的保險絲不就把問題都解決了嗎？非常抱歉，這並非很符合實際的想法，因為太多的電路在開啟電源或切換開關 時都會產生一個遠大於正常操作電流的的瞬間超額電流值，您總不希望當您開關還沒按到底前，系統便已死蹺蹺了吧！圖二：溫度對保險絲的負載流量有影響圖三是一個包含橋式整流器與穩壓電容的簡單電源保應器，提供負載電阻一固定的負
4、載電流。三個不同的保險絲使用位置，用以說明不同的位置使用不同型態的保險絲。設若電源供應器使用 240 伏特的交流電源而提供 12 伏特、8 安培的直流輸出，則我們應該使用何種型態的保險絲呢？圖三：簡單的電源供應器首先我們考慮當接上電源開關後有可能正值交流正弦波的值處，若此則變壓器一次端將流過一個比正常操作電流大很多的電流。典型的 100VA 變壓器約有 20ohms 的直流電阻，在值下電壓為根號 2 乘 240V，大約有 17 安培的電流通過一次端約 2.5mS(60Hz 週期中的值) 。但就變壓器正常操作時 輸出為 96 Watts(12V、8A)，假若一次端須輸出 100W 的功率，則一次
5、端的正常操作電流將只是 0.416 安培。所以說要控制正常操作，我們只須一個約 0.5 安培的保險絲即可，但它筢同時須能掌握時間約 2.5mS 長，和高達 l7A 的瞬間開機電流。回顧一下圖一將發現慢速的保險絲可以維持 800%的超載電流達 0.01 秒(10mS)之久，在最糟的情況下我們必須控制瞬間電流 l7A 至少 2.5mS，17/8=2.1(安培)，所以在上述例子中我們可以用一個慢速的 2.5A 的保險絲來控制一次端的線路。當線路異常時，它將在 5A 的負載電流 下維持一會兒而熔斷。接著讓我們討論第二個保險絲(FS2) 的情形。在開機時也會有瞬間的大電流通過，卻與 FS1 的情形有很大
6、的差別。在開機前穩壓電容尚未充電，對於交流電路 來說它相當於跨接於橋式整流器兩端的一個短路裝置。剛開機時將有大量電流對它充電，當電容器兩端的電壓漸升後，流入的電流漸小。現在讓我們來討論三種不同 階段的情形：1、正常的負載電流，2、開機時的瞬間大電流，3 、可能的異常情況。電源供應器的輸出是 12V DC，所以電容器最終將被充電到此值。變壓器的RMS 輸出約為 8.6V，考慮橋式整流器等可能的壓降，設若變壓器採用 RMS 9.5V 的輸出，再假設二次端及所有的接點阻抗共有 0.3 歐姆與穩壓電容串聯。在開機的第一秒間充電電流將是根號 2 乘 9.6 除 0.3，約為 44.8 安培。您或許難以想
7、像開機的瞬間充電電流會如此大吧！線路的正常輸出電流是 8 安培，慢速型的保險絲可以忍受 800%的超載電流0.01 秒(10mS)，所以我們可以考慮選擇使用 10 安培的保險絲，但選用保險絲的大小最主要的是必須依據電容與內阻的大小(即充電時間的長短)。通常每安培的負載電流約需 1000uF，在此若實際上使用 10000uF 的電容器則充電到 33%的初始值需時約 0.003 秒 (C*R,0.01F*0.3ohms)。上述的慢速型保瞼絲可以控制 80 安培電流 10mS，所以在此例中 10A 的慢速型保險絲是適合用於FS2 上。但是 若是電容器更大一點或電阻值改變了，則上例中的保險絲便不見得負
8、擔得了。例如，若內阻變成只有 0.1 歐姆，則瞬間充電電流將大到 134 安培，10 安培的保 險絲將在一開始充電時便熔斷了。同樣的若電容大到 50000uF 而內阻仍為 0.3 歐姆，則充電時間約為 15mS，保險絲也將無法維持如此久的時間。當然 啦，線路中互相影響的因素太多，使我們難以精確的計算，但上面的例子至少告訴大家為何在此處(FS2)使用慢速型的保險絲。接下去讓我們討論第三處保險絲(FS3 ，在輸出端)的狀況。我們對於輸出端並沒有詳細的資料，若加上的負載為具有電容性的負載時，我們必須考慮如前述的瞬 間超載充電電流；若為電阻性的負載則我們只須考慮它的正常負載電流，一個普通的或快速型的保
9、險絲便足以保護負載免於受損。FS3 處的保險絲 只能對於負載線路的異常提供保護，對於電源供應器本身異常狀況的保護則須靠 FSl或 FS2 來保護。至此讀者應該可以瞭解保險絲並非一項很簡單的學問，而是須要考慮很多因素的一項裝置。快速保險絲是用來保護短路或鉅量的超載用的。通常這種保險絲都非常的強韌而經得起不穩定的情況。但是高阻抗與嚴重的壓降筢是它的缺點，為了解決高阻抗產生的熱量，通常加有散熱裝置。時間延遲型保險絲可以忍受暫態的巨額超載而不毀損。此類保險絲通常有一個像彈簧般(一圈圈的) 的保險絲置於玻璃管的載體中，通常可以忍受 10 倍額定電流的超載約 76mS。以上都只提到保險絲的電流限額，其實它
10、也都有最大的電壓限制，只是這個值通常都非常大。當保險絲熔斷時通常會產生火花，若保險絲兩端的電壓大到足以產生火 花放電時，則在保險絲熔斷後電路並沒有馬上斷路且可能導致線路受損。所以在普通電壓的線路中我們只須注意保險絲的型式與限額，在高壓線路中則必須再注意到 保險絲的耐壓值。 如何選用您最合適的保險絲在本節中將提供您一些選擇使用保險絲應注意的細節。最重要的是您要模擬各種異常狀況，以決定在最恰當的地方選擇最適合型式的保險絲。大小型式：大小型式應依線路實況而定，但最好選用較通用的尺寸，20*5mm是最常用的尺寸(長 20mm 直徑 5mm)。限流量：考慮最壞情況下的靜態或 RMS 值。在大部份電阻性或
11、半導體線路的負載中可使用快速反應的保險絲，但對於電感性或電容性的負載則須考慮使 用普通型或慢速型的保險絲。請記住：受保護者是電路本身而非保險絲。裝接的位置：何處該裝置保險絲常是設計師最感頭痛的。圖四指出一個擴大機最常使用保險絲的位置。在表中列出每個位置所能保護的對象，我們可參考使用。但必須注意的是永遠不可將保險絲接於零電位或接地線上。正確的保險絲該接於火線(動態的線) 上，以便保險絲熔斷時線路馬上斷路，否則即 使地線斷路，正負電壓差仍有可能使電路受到傷害。圖四：擴大機使用保險絲的幾個位置保險絲座：使用正確的保險絲座與選用正確的保險絲同樣的重要。保險絲是熱熔性的元件，所以保險絲座將大大的影響保險
12、絲熔斷的 速度。夾緊式的保險絲座應注意它的接點是否接觸良好，不良接點將產生接觸電阻使保險絲發熱而影響保險絲的特性，而太好的散熱性也將影響保險絲的熔斷速度。 當線路異常時最小的超載電流所產生的熱應足以使保險絲熔斷才正確。模擬各種異常的狀況後，可以選出最適當的保險絲座。換裝保險絲：一定要換裝同樣型式同樣電流值的保險絲。當保險絲熔斷時必定是線路中某處出了問題，沒有找出問題而隨便換上較高 限額的保險絲可能 使電路受到損害。大部份的家用的音響器材大致不會超過 6 安培(600W)。通常2 安培(240W)的保險絲足足有餘了。讀者或許沒有注意到，許多交直流兩 用手提音響的電源開關並沒有將主變壓器的電源關掉，而只控制二次端的電源。當您關掉開關離開時您以為機器巳經完全停擺了，其實變壓器的一次端是一直通電 的。有人曾因變壓器長期通電而致矽鋼片發出怪響或燒毀，那還算幸運，若不小心因收錄音機的變壓器發熱而引起火災，那可才損失大呢！所以不使用時將電源插頭 拔下才是最可靠的方法。(本文改寫自 Practical Wireless 1984 年三月號)
