保险丝应用规范.docx
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保险丝应用规范
保险丝应用规范
本文的目的是使设计人员对保险丝及其应用要求有一个更加明确的了解。
保险丝是设计人员为保护电路系统而设置的电流敏感装置，它在电流过载工况下的可靠熔断性能可以保护电路系统中的各用电器件甚至整个电路。
我们将在本文着重介绍保险丝的一些重要的性能参数、选择规则和相关标准。
保险丝简介
下面的参数和概念术语将有助于读者理解保险丝以使我们在设计过程中正确的选择应用。
环境温度：
保险丝的环境温度不同于“常温”，在很多时候由于各种原因（保险丝座、附近的高温部件）环境温度会比常温高一些。
额定电流：
额定电流是保险丝制造商确定的该保险可以承载的电流，而这些电流的数值的确定是经过系列的试验验证才得到的。
负载率：
在25°C的环境温度下，推荐保险丝工作在其额定电流值75％的电流下，这是厂家通过系列试验之后的确定的比值。
试验条件为参考UL/CSA/ANCE（Mexico）248-14“过载保护保险丝”.中条款。
这些试验项目包括：
全封闭保险丝座、高接触电阻、环境、瞬时脉冲以及不同导线（线径和长度）等。
保险丝是温度敏感元件，在额定负载下（通常为100％负载率），很小的温度变化就会对其额定寿命造成极大的影响。
只有电路设计人员清楚的了解这些试验条件而且在设计过程中充分考虑到各种可能出现的变数，才能使对保险丝统一的性能标准要求成为可能。
为消除电路中可的影响，以及可靠耐久性的设计思路，设计人员应该使保险丝工作在75％的额定负载下。
设计人员必须牢记：
必须避免过载使用。
温度敏感型保险丝的额定容量一般是在25°C环境温度下标定的。
保险丝通过电流而产生的温度会随环境温度的变化而变化，在“保险丝选择规则”的表格就标明了环境温度对保险丝额定容量的影响，传统的保险丝设计都用了较低温融化材料，所以他们对环境温度都比较敏感。
尺寸：
除非特别说明，保险丝的尺寸为英制单位标注。
保险丝的尺寸范围约从.0402（.041"Lx.020"Wx.012"H）英寸到5AG，也就是我们通常所说的小型保险丝。
随着保险丝系列的发展，目前的保险丝已可以适配所有的电器设备。
下表中的AG是“AutomobileGlass”的简写，是从早期保险丝名称中沿用来的。
而前面的数字则代表保险丝在市场中出现的年代顺序。
如：
3AG等。
现在的多数保险丝已不是玻璃制造，但他们依然沿用了玻璃保险丝的尺寸规格。
当保险丝外壳的材料使用塑料、纤维、陶瓷或别的材料代替玻璃时，他们用AB等代号替代AG给以标明。
下表中最大的保险丝是5AG或称“MIDGET”，这是使用这些保险丝的电器工业和国家电器编码给予的称谓。
FUSESIZES
DIAMETER
LENGTH
SIZE
（Inches）
（Inches）
1AG
1/4
0.25
5/8
0.625
2AG
—
0.177
—
0.588
3AG
1/4
0.25
1．25
1.25
4AG
9/32
0.281
1．25
1.25
5AG
13/32
0.406
1．5
1.5
7AG
1/4
0.25
7/8
0.875
8AG
1/4
0.25
1
1
公差：
表中标注的尺寸，在没有特殊说明时按照以下公差执行：
尺寸为两位小数时，公差带为±.010"
尺寸为三位小数时，公差带为±.005"
保险丝特性：
保险丝设计是考虑的特性参数主要是如何使保险丝对不同的加载电流达到快速响应，保险丝的特性一般可分为：
特快融保险丝、快融保险丝和慢融保险丝三种。
慢融保险丝的主要区别是慢融保险丝有一个热惯性设计（热冲击保护），可以承受瞬间过载或初始工作过载脉冲冲击。
保险丝结构：
保险丝内部结构根据不同额定电流而有所不同，一般不作特别要求。
额定熔断电流：
也称熔断能力或短路容量。
熔断能力是指在保险丝在额定电压下可以可靠熔断的最小电流。
在故障或者短路状态下，保险丝可能被加载多次瞬时远远大于其额定工作电流的大过载电流，安全的要求是保险丝外形保持原状态（不产生爆炸或者壳体破裂）并切断电路。
额定熔断电流随保险丝设计不同而不同，它们从250V-35A系列到600V－200，000A系列不等。
妨碍性断路：
当在设计中对电路分析不充分时妨碍性断路的问题就会经常出现，在保险丝选择规则所列所有“选择因素”中，特别要注意第1.3和1.6条，即通常工作电流，环境温度和脉冲。
例如：
一个引发妨碍性断路最普遍的原因是在设计供电系统时没有充分考虑保险丝的标定熔断等级。
设计人员不可以单单根据工作电流和环境温度选择保险丝，还必须把保险丝的熔断I2T曲线和电源滤波电容产生的脉冲冲击结合起来考虑。
在保险丝选择规范中，各种波形转换到I2T的工作已经作为一个必须的要求。
本着可靠耐久性的原则，好的设计惯例是选择保险丝时使I2T输入波形不超过保险丝额定I2T的20%。
具体可参阅保险丝选择规范中关于脉冲的章节。
电阻：
保险丝的电阻在整个电路系统中并不是非常重要的部分，因为在低电压电路中，保险丝本身的电阻是几乎可以忽略的。
大部分的保险丝材料有明确的温度系数，它们通常分为冷电阻和热电阻。
冷电阻是保险丝在10%额定电流工况下测得的电阻，通常标出的冷电阻都是有一定代表性的。
热电阻是保险丝工作在100%额定电流工况下测得的电阻值。
焊接要求：
由于大部分保险丝内部在结合处都采用焊接方式。
由于保险丝对热很敏感。
建议在焊接过程中尽量避免额外热源的干扰。
样品测试计划：
由于保险丝本身的某些特殊要求，需要进行破坏性试验，这些试验通常采用统计的方法进行抽检。
时间-电流曲线：
时间-电流曲线作为保险丝的一个代表性特征经常被设计人员采用作为设计的辅助参考。
这个曲线在确定保险丝的时候非常有用，因为同样的通电电流可以选择不同时间-电流特性的保险丝所代替。
在保险丝一般的说明中，应包括100%负载率下的寿命要求和在过载工况下的最大熔断时间（负载率通常取135%和200%），但需说明的是时间电流曲线是设计是采用的平均数据，同一类型保险丝也可能有部分差异存在。
因此为保险起见，应对样品做必要的试验验证。
保险试验室：
参见“保险试验室条款”指名：
保险丝需满足UL/CSA/ANCE248-14“辅助电路保护保险丝”，32V的保险丝（满足汽车上使用）列在UL标准275条。
额定电压：
标在保险丝上的额定电压可以保证保险丝能在该工作电压或小于该电压下工作时可以安全的切断以保护电路。
这个额定电压系统满足NEC要求的也是作为预防火灾保护措施的实验室要求。
大多数小型或极小型保险丝的额定电压一般有32V、63V、125V、250V和600V这几种。
保险丝对电流变化敏感而不是对电压变化敏感，从零到其额定电压的变化都可以不影响其正常的工作。
I2T定义：
在每个厂家设计保险丝时都指定实验室测试，以此评定融化该保险丝所需的能量，这个能量就是我们说的额定融化I2T（表示为A2Sec）。
当脉冲电流加到保险丝上时，就开始了计时，如果保险丝并没有在0.008秒（最大值）内融化，脉冲的值就会增大，再次对保险丝进行冲击试验，直到保险丝在该规定的时间内融化为止。
这样做的目的是确定使保险丝融化的能量值也就是I2T。
试验中一旦时间和电流都确定了那么I2T也就确定下来了。
一旦溶解阶段即将完成的瞬间，就产生电弧切断保险丝融化元件。
很明显：
I2t=MeltingI2t+arcingI2t。
保险丝选择规则
有关保险丝选择的一些需考虑因素都列在下面：
1、正常工作电流
2、电压要求（AC或DC）
3、环境温度
4、过载电流以和要求保险丝必须熔断的时间
5、最小失效电流
6、脉冲、浪涌电流、注入电流、启动电流和电流瞬时变化
7、空间尺寸限制如：
长、直径或高度等
8、还需考虑：
装配方式、方便更换以及可见标示等
9、保险丝座特征：
卡式、模块式，嵌入式、R.F.I.防护等
正常工作电流：
保险丝的额定工作电流，为防止妨碍性断路，典型的应用是在25°C环境温度下降低额定电流的25%使用。
例如：
额定电流10A的保险丝在设计中让其在25°C环境温度下工作电流不超过7.5A。
更详尽的信息，参见负载系数章节。
电压：
保险丝的额定电压必须等于或大于电路的电压。
如有特列参见额定电压章节。
环境温度：
保险丝的电流承载试验是在25°C恒定温度下测定的。
环境温度高导致保险丝的温度升高，这将减短保险丝的使用寿命。
反过来说，低温下使用的保险丝其寿命会延长。
当电流通过保险丝以及当保险丝工作在过载电流下自身也会变热。
实践表明，室温下的保险丝如果工作在75%的负载率下，它的寿命是无限长的。
环境温度对保险丝额定容量的影响见下表：
说明：
CurveA:
Thin-FilmFusesand313Series（.010to.150A）
CurveB:
VeryFast-Acting,Fast-Acting,andSpiralWoundSlo-Blo®Fuses
CurveC:
ResettablePTC’s
注:
环境温度影响的是额定电流之外的那部分。
例如:
在室温环境（25°C）下,正常工作电流为2.25A时,我们选择快融保险丝时按照下面的公式:
但是同样我们在80°C的工作环境下，选择慢融保险丝时就必须加上温度的影响系数（即上表中的PERCENTOFRATING）
过载电流工况：
即需要保护的电流的大小。
失效条件需要特别列出：
过载电流大小和对电路损害前对保险丝失效时间的容许程度。
时间电流曲线可以作为电路匹配保险丝时的参考。
但是必须注意时间电流曲线是一个平均数据。
最小失效电流：
保险丝的额定熔断电流，该电流必须等于或高于电路中的最小失效电流。
脉冲:
上下文中的脉冲是描述浪涌电流、启动电流、注入电流、瞬时电流等波形的统称。
产生电脉冲的条件在各种应用中是非常相似的，每种保险丝结构并不是对所有加载脉冲有反应。
电脉冲产生的热循环可能使保险丝产生机械疲劳以至影响其寿命。
在存在初始脉冲和启动脉冲的电路中要求使用Slo-Blo®（SLOWBLOWING）保险丝。
Slo-Blo®采用了热延迟设计可以使其免受启动脉冲和较长过载时间造成的破坏。
设计人员首先应弄清启动脉冲的特征并和保险丝的时间电流曲线以及I2t熔断曲线进行对比，建议进行应用性试验来确定保险丝和脉冲电流的匹配能力。
额定的熔断曲线是测量熔断能量的要素，它可以用“秒-安培平方（I2t）”表示。
熔断曲线I2t和能量描述（对于片式保险丝持续时间在0.001秒或更少到0.008秒之间），对于某一个融化元件，这个能量值是恒定不变的。
因为每一个中类型的保险丝和额定容量和其零件号对应了特定的融化单元，我们需要的是确定每种融化元件的I2t。
I2T值是保险丝自身的参数这由保险丝的材料和构造决定的。
除了前面讨论过的选择保险丝要考虑额定工作电流、负载率和环境温度等因素之外，设计人员还必须考虑I2T，而这个曲线是与温度和电压相关，而不是孤立存在的。
多数情况下，我们选择的保险丝必须可以经受瞬时大电流脉冲的冲击。
像浪涌电流、启动电流、注入电流和电路中的其他瞬时大能量的脉冲电流都可以按照脉冲类型给予分类的。
通过试验室的试验明确明确每种保险丝的熔断I2T。
本文所给出的仅仅是典型的I2T，设计人员在应用时应根据实际情况确定该参数是否是一定要考虑的。
下面的例子有助于设计人员更好的理解I2T。
例：
选择125V快融PICO®保险，可以经受100，000次如图一所示波形的脉冲冲击。
环境温度25°C下，额定工作电流是0.75。
第一步：
查阅CHARTI选择适当的脉冲波形，本例选择的是波形E。
为波形E设置适配峰值脉冲电流（IP）和时间公式，然后计算出结果，如下：
第二步：
根据CHARTII确定额定熔断I2t的系数，从表里可以看出100，000脉冲冲击状态下该系数取22%，即我们第一步算出的I2t除以22%得到的即是额定熔断I2t（Nom.MeltI2t）
Nom.MeltI2t=PulseI2t/.22=0.0512/.22=0.2327A2Sec.
第三步：
检查PICO®II,125V快融保险丝的I2T标定数据，零件号231001，1A的保险丝额定I2T是0.256A2Sec.最小额定容量保险丝适配上一步骤得到的0.2327A2Sec.数值。
如前面所说，当25%的降低负载率加此1A保险丝上，它同样可适应0.75A额定工作电流。
测试：
在设计过程中选择保险丝的时候，需考虑以上因素。
在这之后就是在实际的电路中验证所选择保险丝样品。
在评估样品之前，需确认保险丝已经被可靠的连接到电路上，电路连接中导线需选择足够的线径。
测试包括在满负载状态和过载状态下的寿命试验以确认保险丝在电路中工作的可靠性。
附一：
关于新型PTC保险的介绍
电路过载保护可用任何传统的保险丝也可以用近期开发的新型自恢复PTC保险。
这两种电路保护装置工作远离是一样的。
它们都是通过加载在其上的电流产生的热量而起作用。
不同的是：
保险丝是通过融化，切断电路中的电流，而PTC则是通过改变自身电阻（低温下阻值极小而高温时阻值极大）来切断电路的。
PTC最主要的特征是可恢复性。
当过载（或短路）情况发生时，使PTC恢复的方法是切断电源系统，使PTC冷却而自动恢复保险功能。
PTC所用的术语多数和一般保险丝相似，但不尽相同，主要表现在漏电电流和熔断额定值上。
漏电电流：
当加载在PTC上的电流过载时，它就会从低电阻值跃到高电阻值。
PTC称为“跳闸”。
其特性曲线如下图所示：
PTC通过将通电电流现在某一极低范围完成对电路的保护。
由于PTC并不是完全把电路切断，这就存在一个漏电电流问题。
一般情况：
在较低的电压下，漏电电流分布在从不到一百毫安到几百毫安的范围内。
额定阻断：
在额定电压下，PTC的额定最大失效电流是一定的。
这个最大失效电流必须是用电器可以承受的。
PTC的阻断电流不是完全意义上的阻断（如上文所述）。
因此，不同保险装置导致的不同电路参数，这是设计人员在选择用电设备需考虑的因素。
额定电压：
PTC的额定工作电压一般不超过60V，而常规保险丝可以达到600V。
额定电流：
PTC的最大额定电流可达到11A，而保险丝比它大的多。
额定温度:
PTC的最大额定工作温度是85°C，而保险丝可以达到125°C。
通过下图我们可以看出PTC受温度影响变化是很大的，设计人员在选择这两种不同类型的保险丝时需综合考虑这些因素。
电阻：
一般来说，相同额定电流下，PTC的电阻是一般保险丝的2倍或更多。
时间-电流曲线：
PTC对电流的响应和慢融保险相当。
对比内容
是否无铅型
工作电流范围
最大工作电压（*）
最大额定阻断电流（**）
工作温度范围
耐热冲击
200%额定电流加载后的截断时间（***）
瞬时耐受性
电阻
可用次数
装配方式/结构特征
1206PTC
是
0.20-1.50A
6-15V
40A
-40°C~85°C
高
慢
低
中
多次
表面
1812PTC
是
0.5-2.60A
15V
40A
-40°C~85°C
高
慢
低
中
多次
表面
3425PTC
否
1.5-3.0A
6-15V
40A
-40°C~85°C
高
慢
低
中
多次
表面
30VPTC
否
0.900-9.0A
30V
40A
-40°C~85°C
高
慢
低
中
多次
固定
60VPTC
否
0.100-3.75A
60V
40A
-40°C~85°C
高
慢
低
中
多次
固定
0402SMF
是
0.250-2A
24V
35A
-55°C~90°C
中
快
低
低
一次
表面
0603SMF
是
0.250-5A
32V
50A
-55°C~90°C
低
快
低
低
一次
表面
1206SMF
是
0.125-7A
125V
50A
-55°C~90°C
低
快-中
低
低
一次
表面
Nano2®SMFFuse
是
0.062-15A
250V
60A
-55°C~125°C
低
快-慢
低-中
低
一次
表面
PICO®II
是****
0.062-15A
250V
50A
-55°C~125°C
低
快-中
低-中
低
一次
固定
2AGs
否
0.100-10A
250V
10000A
-55°C~125°C
低
快-中
低-高
低
一次
固定/管式
5x20mm
否
0.032-15A
250V
10000A
-55°C~125°C
低
快-慢
低-高
低
一次
固定/管式
3AGs/3ABs
否
0.010-35A
250V
10000A
-55°C~125°C
低
快-慢
低-高
低
一次
固定/管式
Midgets
否
0.100-30A
600V
200000A
-55°C~125°C
低
快-慢
低-高
低
一次
管式
附二：
PTC及普通保险参数对比表
（*）表示产品可等于或小于在行所列工作电压下正常工作。
（**）表示在特殊电压条件下产品的额定最大阻断电流可能比表中所列值小。
（***）截断时间与产品的结构类型有关，快速熔断型在200%的负载率时截断时间为3秒。
（****）根据所用类型而定。
参考文献
[1]本文英文原文摘自所刊载技术论文。
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