保險(xiǎn)絲

當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時(shí)，伴隨著電流不斷升高，并且升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若電路中正確地安置了保險(xiǎn)絲，那么保險(xiǎn)絲就會(huì)在電流異常升高到一定的高度和熱度的時(shí)候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用。

保險(xiǎn)絲外形

1、條絲狀。早期原始型態(tài)的保險(xiǎn)絲，直接以螺絲鎖定，用于各種尺寸的舊式開關(guān)、插座。

2、片狀（裸片狀）。比舊式絲狀方便使用。

3、玻璃管狀。有幾種不同尺寸，常見于電子產(chǎn)品。

6.3 x 32 mm （直徑 x 長度）

5 x 20 mm

4、陶瓷管狀。有幾種不同形狀及尺寸，可避免玻璃爆裂。

5、塑膠片狀帶金屬片狀接腳：汽車保險(xiǎn)絲。

6、表面接著元件（SMD）型。

7、圓柱體狀，插件式：直接焊接于電路板上，用于產(chǎn)品內(nèi)部。

保險(xiǎn)絲標(biāo)志

標(biāo)志大多數(shù)保險(xiǎn)絲的標(biāo)記在身上或端蓋與標(biāo)記，指示其評(píng)級(jí)。但是“芯片類型”保險(xiǎn)絲功能很少或沒有標(biāo)記，使識(shí)別非常困難。

保險(xiǎn)絲可能出現(xiàn)類似的顯著不同的特性，確定了它們的標(biāo)記。保險(xiǎn)絲標(biāo)記通常會(huì)傳達(dá)以下信息：

安培的保險(xiǎn)絲的額定

電壓等級(jí)的保險(xiǎn)絲

時(shí)間 - 電流特性，即速度保險(xiǎn)絲

批準(zhǔn)由國家和國際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)

制造商 / 產(chǎn)品編號(hào) /系列

中斷能力

保險(xiǎn)絲作用

一百多年前由愛迪生發(fā)明的保險(xiǎn)絲用于保護(hù)當(dāng)時(shí)昂貴的白熾燈，隨著時(shí)代的發(fā)展，保險(xiǎn)絲保護(hù)電子/電力設(shè)備不受過電流/過熱的傷害，避免電子設(shè)備因內(nèi)部故障所引起的嚴(yán)重傷害。

工作原理

當(dāng)電流流過導(dǎo)體時(shí)，因?qū)w存在一定的電阻，所以導(dǎo)體將會(huì)發(fā)熱。且發(fā)熱量遵循著這個(gè)公式：Q=I²RT；其中Q是發(fā)熱量，0.24是一個(gè)常數(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(shí)間；依此公式我們不難看出保險(xiǎn)絲的簡單的工作原理了。當(dāng)制作保險(xiǎn)絲的材料及其形狀確定了，其電阻R就相對確定了（若不考慮它的電阻溫度系數(shù)）。當(dāng)電流流過它時(shí)，它就會(huì)發(fā)熱，隨著時(shí)間的增加其發(fā)熱量也在增加。電流與電阻的大小確定了產(chǎn)生熱量的速度，保險(xiǎn)絲的構(gòu)造與其安裝的狀況確定了熱量耗散的速度，若產(chǎn)生熱量的速度小于熱量耗散的速度時(shí)，保險(xiǎn)絲是不會(huì)熔斷的。若產(chǎn)生熱量的速度等于熱量耗散的速度時(shí)，在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)它也不會(huì)熔斷。若產(chǎn)生熱量的速度大于熱量耗散的速度時(shí)，那么產(chǎn)生的熱量就會(huì)越來越多。又因?yàn)樗幸欢ū葻峒百|(zhì)量，其熱量的增加就表現(xiàn)在溫度的升高上，當(dāng)溫度升高到保險(xiǎn)絲的熔點(diǎn)以上時(shí)保險(xiǎn)絲就發(fā)生了熔斷。這就是保險(xiǎn)絲的工作原理。我們從這個(gè)原理中應(yīng)該知道，您在設(shè)計(jì)制造保險(xiǎn)絲時(shí)必須認(rèn)真地研究您所選材料的物理特性，并確保它們有一致幾何尺寸。因?yàn)檫@些因素對保險(xiǎn)絲能否正常工作起了至關(guān)重要的作用。同樣，您在使用它的時(shí)候，一定要正確地安裝它。

1.正常工作電流在25℃條件下運(yùn)行，保險(xiǎn)絲的電流額定值通常要減少25%以避免有害熔斷。大多數(shù)傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲其采用的材料具有較低的熔化溫度。因此，該種保險(xiǎn)絲對環(huán)境溫度的變化比較敏感。例如一個(gè)電流額定值為10A的保險(xiǎn)絲通常不推薦在25℃環(huán)境溫度下在大于7.5A的電流下運(yùn)行。

2．電壓額定值保險(xiǎn)絲的電壓額定值必須等于或大于有效的電路電壓。一般標(biāo)準(zhǔn)電壓額定值系列為32V、125V、250V、600V。

3．電阻保險(xiǎn)絲的電阻在整個(gè)電路中并不重要。由于安培數(shù)小于1的保險(xiǎn)絲電阻只有幾個(gè)歐姆，所以在低壓電路中采用保險(xiǎn)絲時(shí)應(yīng)考慮這個(gè)問題。大部分的保險(xiǎn)絲是用溫度系數(shù)為正的材料制造的，因此，就有冷電阻和熱電阻之分。

4．環(huán)境溫度保險(xiǎn)絲的電流承載能力，其實(shí)驗(yàn)是在25℃環(huán)境溫度條件下進(jìn)行的，這種實(shí)驗(yàn)受環(huán)境溫度變化的影響。環(huán)境溫度越高，保險(xiǎn)絲的工作溫度就越高，其壽命也就越短。相反，在較低的溫度下運(yùn)行會(huì)延長保險(xiǎn)絲的壽命。

5．熔斷額定容量也稱為致斷容量。熔斷額定容量是保險(xiǎn)絲在額定電壓下能夠確實(shí)熔斷的最大許可電流。短路時(shí)，保險(xiǎn)絲中會(huì)多次通過比正常工作電流大的瞬時(shí)過載電流。安全運(yùn)行要求保險(xiǎn)絲保持完整的狀態(tài)(無爆裂或斷裂)并消除短路。

保險(xiǎn)絲智能

對于大多數(shù)采用電感的非同步整流升壓型開關(guān)變換器，其輸入和輸出之間都存在一條直流通路。該通路的存在會(huì)造成兩種不良后果：其一，一旦輸出短路或嚴(yán)重過載時(shí)間超出幾百毫秒將導(dǎo)致二極管（通常為肖特基二極管）過熱損壞；其二，當(dāng)由于某種原因，比如人為關(guān)閉，使開關(guān)振蕩電路停止工作，負(fù)載端仍然有電壓存在，只是比輸入端低一個(gè)二極管的管壓降而已，這時(shí)輸出仍會(huì)消耗能量。除此之外，如果該殘存電壓低于負(fù)載穩(wěn)態(tài)工作電壓范圍，將使電路處于不確定狀態(tài)。

對于輸出電流相對較小的應(yīng)用場合（小于5A），利用單片電流模式控制器和高端電流取樣技術(shù)，上述兩個(gè)問題都可以很好地解決。在這些電路中，二極管被一同步整流開關(guān)三極管取代，因此通過關(guān)閉內(nèi)部開關(guān)三極管就可把輸入輸出通路截?cái)?，這樣一來，負(fù)載端對輸入端來說就呈高阻狀態(tài)，而這正是所希望的結(jié)果。在正常工作狀態(tài)，電路內(nèi)部的高端取樣電阻對負(fù)載電流周期性地進(jìn)行采樣，因此避免了因過流導(dǎo)致災(zāi)難性后果出現(xiàn)。因此，內(nèi)部過熱保護(hù)電路為變換器提供了安全工作區(qū)（SAO）。

其中MAX668是一個(gè)開關(guān)控制器，由它完成升壓功能。電流反饋型升壓控制器（MAX668）驅(qū)動(dòng)低端邏輯電平N溝道增強(qiáng)型MOSFET，該開關(guān)管通過低端電流取樣電阻到地。高端開關(guān)是一肖特基二極管，選擇它主要是它具有低的正向?qū)▔航?。由圖7可見，升壓變換器的拓?fù)浠窘Y(jié)構(gòu)未被破壞。本應(yīng)用中，MAX668把3.3V電壓變?yōu)?V，負(fù)載電流可達(dá)3A。

其中P溝道增強(qiáng)型MOSFET——Q1是實(shí)現(xiàn)負(fù)載斷路的關(guān)鍵元件。當(dāng)MAX668在關(guān)閉模式時(shí)，二極管D1仍然導(dǎo)通，使得MAX810L的電源端的電壓為3.3V減去二極管D1的管壓降。由于MAX810L的復(fù)位門檻電平為4.65V，因此其RESET端輸出為高電平，迫使Q1關(guān)斷，從而使負(fù)載與輸入電源斷開。MAX668通過外部反饋電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)定5V輸出電壓。當(dāng)輸出電壓超MAX810L的復(fù)位門檻電平時(shí)，其內(nèi)部單穩(wěn)電路開始工作并延時(shí)約240ms。之后，MAX810L的輸出變低，使Q1導(dǎo)通。

Q1導(dǎo)通之后，MAX810L一直監(jiān)測輸出電壓以確定輸出是否過流。過載將會(huì)導(dǎo)致輸出電壓下降，當(dāng)它低于MAX810L門檻電平時(shí)，MAX810L的輸出經(jīng)過20μs的延遲后由高變低，從而關(guān)斷Q1并使負(fù)載斷開。由于MAX668的升壓作用，MAX810電源端電壓又會(huì)高于其門檻電平，240ms的復(fù)位延遲時(shí)間后，MAX810L輸出再次由高變低，開通Q1并自動(dòng)再次連通負(fù)載。上述過程會(huì)一直周期性重復(fù)下去，除非移去多余負(fù)載或?qū)AX668關(guān)閉使其停止工作。因此MAX810L和開關(guān)Q1一起構(gòu)成了一個(gè)固態(tài)開關(guān)（電子保險(xiǎn)絲）。

MAX810L（微功耗器件）具有非平衡推挽輸出級(jí)。當(dāng)對外輸出電流時(shí)，它等效于一個(gè)6kΩ電阻；當(dāng)從外汲取電流時(shí)，它等效于一個(gè)125Ω的電阻。當(dāng)導(dǎo)通或關(guān)斷Q1時(shí)，由于MAX810L的電阻阻止了Q1的密勒電容和柵源電容快速充放電，因此使開關(guān)瞬態(tài)過程得以減慢。假定Q1總的等效電容為5000pF時(shí)，則MAX810汲取電流時(shí)（等效于125Ω電阻）大電流三極管的RC電路的時(shí)間常數(shù)約為0.6μs。整個(gè)導(dǎo)通過程電壓瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間大約為10RC=6μs。完全關(guān)斷同樣開關(guān)Q1的時(shí)間大約是完全導(dǎo)通時(shí)間的48倍。

當(dāng)外部負(fù)載或C2在啟動(dòng)瞬間要汲取較大電流時(shí)，快速導(dǎo)通Q1可能使MAX810輸入電壓低于其復(fù)位門檻電壓從而導(dǎo)致復(fù)位出現(xiàn)，因此增加一RC網(wǎng)絡(luò)以減緩其開通過程，合適地選擇R、C可使負(fù)載連接過程延續(xù)到幾個(gè)MAX668開關(guān)工作周期，使MAX668的輸出電壓一直高于MAX810的復(fù)位門檻電壓。假如R、C使Q1的導(dǎo)通時(shí)間延長，同時(shí)也延長了關(guān)斷時(shí)間。因此需要在電阻上并聯(lián)一肖特基二極管，以加速當(dāng)負(fù)載過載時(shí)關(guān)閉Q1的進(jìn)程。

為了獲得增強(qiáng)型通道及較低的導(dǎo)通電阻，上述電路均需要采用邏輯電平控制的P溝道MOSFET，如果Q1的導(dǎo)通電阻值較大且在其兩端產(chǎn)生較大的壓降（特別是低輸出電壓應(yīng)用場合或負(fù)載離電源的距離較遠(yuǎn)時(shí)），則應(yīng)該從Q1漏極端反饋電壓調(diào)節(jié)輸出。設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須最小化寄生參數(shù)同時(shí)仔細(xì)考慮電路布局。利用一個(gè)SOT23封裝的低電壓模擬開關(guān)（MAX4544）可實(shí)現(xiàn)上述遠(yuǎn)端調(diào)節(jié)，該開關(guān)受控于MAX810L的輸出。

根據(jù)MAX4544產(chǎn)品參數(shù)，其最低工作電壓為2.7V。由于輸入電壓為3.3V，而肖特基的正向管壓降為0.3V，因此即使該升壓變換處于關(guān)閉模式，MAX4544（及MAX810）也處于工作狀態(tài)。此時(shí)，MAX810輸出高電平，MAX4544的公共端COM與其常開端NO（Q1的源極）相連。當(dāng)MAX668使能時(shí)，與MAX4544公共端相連的電阻網(wǎng)絡(luò)為MAX668提供反饋電壓。由于5V電壓時(shí)MAX4544的導(dǎo)通電阻最大可達(dá)60Ω，因此為了得到最小輸出電壓誤差，反饋電阻的取值應(yīng)該很大。由于3V工作電壓時(shí)，MAX4544的導(dǎo)通電阻僅為120Ω，因此開關(guān)MAX4544引入的誤差電壓很小，即使低輸出電壓也是如此。

當(dāng)使能升壓變換器，且其輸出電壓超過MAX810的復(fù)位門檻電平并經(jīng)過復(fù)位延遲后，MAX810的輸出將由高變低，使Q1導(dǎo)通，連通負(fù)載。同時(shí)，MAX810輸出的低電平使MAX4544的COM端與NC端（常閉端）接通，使得反饋電阻由Q1的源極切換至Q1的漏極，從而允許從遠(yuǎn)離變換器的負(fù)載端對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

上述MAX4544的開關(guān)過程也把MAX810的輸入端從Q1的源極切換到Q1的漏極，這樣一來，MAX810可以用來監(jiān)測負(fù)載是否過載。

保險(xiǎn)絲高壓保險(xiǎn)

高壓熔絲在高壓電塔與電線桿上，經(jīng)常使用兼具啟斷開關(guān)功能的熔絲鏈開關(guān) (Fuse Cutout)，作為輸配電系統(tǒng)的過電流或短路保護(hù)。

可恢復(fù)式保險(xiǎn)絲

自恢復(fù)保險(xiǎn)絲或過流保護(hù)片 。

溫度保險(xiǎn)片

溫度保險(xiǎn)片當(dāng)溫度超過一定的安全溫度后會(huì)變形導(dǎo)致斷電，溫度回復(fù)即可復(fù)原。

溫度保險(xiǎn)絲

溫度保險(xiǎn)絲（Thermal cutoff）常見于現(xiàn)今的電熱類裝置之中，當(dāng)溫度超過一定的安全溫度后會(huì)熔斷。

具有溫度保險(xiǎn)絲的裝置例如：電鍋、電熱器、咖啡機(jī)、吹風(fēng)機(jī)等。

溫度保險(xiǎn)絲的規(guī)格中雖也有容許電流一項(xiàng)，但要注意的是：溫度保險(xiǎn)絲并沒有與電流保險(xiǎn)絲一樣的電流保護(hù)作用，不可混淆。