本文主要介绍防浪涌电路中的元器件之保险管以及一些常用的电路。

 

1、概述:

 

防浪涌电路中的元器件主要有气体放电管、压敏电阻、TVS管、TSS管、PTC、保险管、熔断器、空气开关、还有电感、电阻、电容等。

 

保险管，也常被叫做保险丝，其核心部分为熔体，通常由易熔化的金属丝构成，如铅锑合金等低熔点合金。

 

 

这些材料在电流过大时能够及时熔断，起到保护作用。

 

电极部分：保险丝两端的电极，用于将熔体与电路连接，具有良好的导电性。

 

外壳材料：保险丝的外壳通常采用玻璃管或陶瓷管制成，这些材料具有良好的耐高温性能和绝缘性能。

 

其结构如下：

 

其原理符号如下所示：

 

 

保险丝的工作原理是，当电流流过保险丝时，由于导体存在一定的电阻，导体将会发热，当温度上升到熔体的熔点时，熔体熔断，从而保护后面的电路。

 

导体发热量遵循以下公式：

 

Q=0.24I2RT

 

其中：

 

Q是发热量

 

0.24是一个常数

 

I是流过导体的电流

 

R是导体的电阻

 

T是电流流过导体的时间

 

由上面公式可以看出，电流和电阻的大小决定了保险丝产生热量的速度。

 

保险丝的构造与其安装状况确定了热量耗散的速度。

 

如果产生热量的速度小于热量耗散的速度，保险丝不会熔断。

 

如果产生热量的速度等于热量耗散的速度，在相当长的时间内保险丝也不会熔断。

 

如果产生热量的速度大于热量耗散的速度，产生的热量就会越来越多，导致温度升高。

 

当温度升高到保险丝的熔点以上时，保险丝就会发生熔断，从而切断电流，保护电路。

 

保险丝有很多的种类，如下面思维导图所示：

 

 

以上是保险丝的主要分类方式，每种类型的保险丝都有其特定的应用场景和保护特性。

 

保险管的电气参数介绍

 

以下是某保险丝的电气参数：

 

额定电流（Ampere Rating）：又称保险丝的公称工作电流。

 

额定电流值通常有100mA、160mA、200mA、315mA、400mA、500mA、630mA、800mA、1A、1.6A、2A、2.5A、3.15A、4A、5A、6.3A等。

 

额定电压（Voltage Rating）：又称保险丝的公称工作电压。

 

额定电压值通常有24V、32V、63V、125V、250V等。

 

保险丝的电压额定值必须大于或等于断开电路的最大电压。

 

这是为了确保保险丝在熔断时能够迅速断开并熄灭电弧，阻止开路电压通过断开的熔丝元件再次触发电弧。

 

分断能力（Interrupting Rating ）：是指在额定电压下，保险丝能够安全断开电路，并且不发生破损时的最大电流值。

 

保险管的分断能力必须等于或大于电路中可能发生的最大故障电流。

 

额定冷电阻（Nominal Cold Resistance）：也就是在环境温度25℃的条件下，通过小于额定电流10%的测试电流所测得的电阻值。

 

通常，保险管的冷电阻值是作为参考值提供的，特别是在低电流应用中，这个参数需要被特别考虑，因为它可能对电路的性能产生显著影响。

 

额定电压降（Nom Voltage Drop）：指的是保险管在额定电流条件下，其两端的电压降。

 

在选用保险管时，需要确保其电压降在可接受的范围内，以免影响电路的正常运行。

 

额定功耗（Nom Power Dissipation）：指的是在额定电流下，在保险管上的功耗。

 

其数值上等于额定电流乘以额定电压降。

 

融化热能值（Nominal Melting）I2t：这是一个衡量保险丝承受浪涌能力的技术指标，它表示熔断保险丝所需的能量。

 

是保险丝的一个固有属性，它与保险丝的设计有关。

 

如果电路的浪涌电流超过了保险丝的熔化热能值，那么保险丝可能会在过载电流的作用下熔断，从而保护电路免受进一步的损害。

 

此外，保险丝的熔化热能值也会受到其他因素的影响，例如环境温度、保险丝的材料和制造工艺等。

 

除了以上参数，保险管的额定值也会随着温度的上升而下降，如下图所示：

 

保险管在不同电流负载下的平均熔断时间如下图所示：

负载电流为X轴，熔断时间为Y坐标构成的坐标系内，由保险丝在不同负载电流下的平均熔断时间坐标点连成的曲线。

 

每一种型号规格的保险丝都有一条相应的曲线可代表其熔断特性，这种曲线很好地描绘了保险丝的过载性能。

 

以上是对保险管基本参数和功能的概述，下面我们来分析保险管在使用上的注意事项。

 

2、保险管选型和注意事项：

 

在前面的介绍中,对保险管的参数和特性做了简要介绍,下面对保险管的选项来做下总结：

 

正常工作电流:选择的保险管应能够承受电路中的最大正常工作电流，通常需要设定一个降额量，以确保保险管不会在正常工作条件下熔断｡

 

下面是保险丝在医疗行业使用的通常的一个降额要求，强制三级降额，推荐实现二级降额：

工作电压：保险丝的额定电压应大于或等于电路的实际工作电压，以确保安全。

 

环境温度：保险丝的性能受环境温度影响，需要考虑温度降额，特别是在高温环境下。

 

延时型熔丝管不允许长时间工作在150℃以上，快速熔丝管不能长期工作在175～225℃以上。

 

过载电流和熔断时间：需要根据电路的过载保护要求选择合适的过载电流和保险丝熔断的时间长度。

 

最大可用故障电流：保险丝的分断能力（Interrupting Rating）应大于电路可能出现的最大故障电流，以确保在短路等故障情况下能够安全断开。

 

脉冲、浪涌电流：对于存在脉冲或浪涌电流的电路，需要考虑保险丝的承受能力。

 

物理尺寸限制：根据安装空间选择合适尺寸的保险丝，如长度、直径或高度。

 

认证要求：根据需要，选择具有相应认证（如UL、CSA、VDE等）的保险丝。

 

保险丝特性：考虑保险丝的安装类型、形状因数、易于拆卸、轴向引线、视觉指示等特性。

 

公称熔化热能I2t：这是选择保险丝最重要的参数之一，表示使保险丝断开所需的能量值。

 

保险管的分断能力与其保险丝的体积成正比、与额定电压成反比。

 

即保险管的体积越大或额定电压越小，保险管的分断能力就越大。

 

体积越小或额定电压越大，保险管的分断能力就越小。

 

尺寸：选择合适的尺寸，以适应电路设计中的空间和实际需求。

 

时间-电流特性曲线：这是选择保险丝最重要的依据之一，决定了保险丝能否有效的保护电路，在故障电流发生时正确熔断。

 

动作时间：根据电路的实际情况选择保险丝的动作时间，以确保在电路出现异常时能够及时切断电流。

 

产品认证：如果产品需要出口或符合特定市场的要求，需要考虑保险管是否具有相应的认证。

 

接触电阻：熔丝管与管夹的接触电阻越小越好，一般应小于3mΩ。

 

更换规格：更换开关电源的熔丝管时，必须与原来的规格一致。

 

3、举例

 

保险管较多应用于电源电路中的过流保护，用法比较简单，通常串接在电源输入口。

 

典型应用电路：

 

电路一：典型应用，直流电源过流保护

当负载短路时，电流瞬速增大，保险丝被熔断，保护了电源。

 

电路二：ACDC电源输入端电源过流保护

 

保险管一般是放置在电源输入端的第一位置，为电路保护的第一道防线。

 

除了以上的保险丝，现在还有电子保险丝，如下图所示，大家感兴趣的可以自行学习，此处就不再赘述。