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1、小型熔断器的基本知识,AEM科技(苏州)有限公司 郑 索 平 2005年11月12日,小型熔断器的发展历史,19世纪80年代,爱迪生申请了第一个在电路中相当于安全阀门的保险丝专利,开启了熔断器发展的历史 保险丝应用日益广泛,产生了众多的设计,各行各业对保险丝有不同要求,由此产生了外形/尺寸/安装形式/材料/结构/规格/特性/应用等各不相同的熔断器家族千姿百态的品种。小型熔断器的发展经历了四次革命性的创新里程. 世界各国行业发展和环境条件的差异,又产生了熔断器在不同使用地区的许许多多差异。反映在管状电子类小型熔断器产品上的这些差异，逐渐形成了北美和欧洲两大主要体系.IEC60127-4通用模件熔
2、断体试图把两大体系合而为一,迈出了第一步. 中国熔断器行业起步于1950年代,开始全部照搬当时的苏联,品种少/结构陈旧/试验方法落后。七十年代末,彩电国产化工作推进了小型熔断器行业的发展,彩电配套的延时熔断器开始向国际标准靠拢. 中国第一个小型熔断器国家标准GB9364.-88等效采用了IEC60127的相应部分,修定后的GB9364-97和最近制定的GB9364.4则等同采用了IEC60127的相应部分,但该标准的第5,9,10部分至今还没有制定.,小型熔断器的四代产品,1.传统管状熔断体 (Miniature Cartridge fuse) 2.微型熔断器 (Micro/Sub minia
3、ture fuse) 3.表面贴装熔断体 (Surface mount fuse) 4.多层独石表面贴装熔断体 (Solid Matrix chip fuse),微型熔断器,20世纪5,60年代的换代产品,跟随小型化的发展,打破了传统结构形式,用引脚焊接到电路板上; 轴向引线的晶体管式: -6.5x6(金属/玻璃外壳) -8.5x8(圆形塑料外壳) -8X6x4(方形塑料外壳) 0.510A/63250V 径向引线的电阻式: -2x7(环氧包封)快/慢断 -3x10(塑料外壳)快/慢断 0.510A/63V250V 广泛应用于结构紧凑的小电器,电源变换器/充电器,通讯设备等,表面贴装熔断体,2
4、0世纪8,90年代的新一代产品,在基体表面覆盖熔体,体积进一步缩小,功耗少,特别适宜PCB板上的电路保护用,很快得到推广应用并发展到很多品种 主要品种: 薄膜式-1206/0603/0402 方管式-2.7x2.7x6/3x3x10 快熔断/慢熔断等, 聚合体/陶瓷体基板 主要应用:PC,PCB板,控制电路,通讯,各类小型电子设备等电路保护中,多层独石表面贴装熔断体,21世纪革命性新产品,完全改变了薄膜式表面安装熔断器的结构/工艺和传统的工作机理,熔体深入基体内部并与基体材料烧结成坚实的一体,并可做成多层熔体,大大提高熔断器灭弧性能/可靠性和额定值,已逐步得到市场认同,前景看好 主要规格尺寸与
5、薄膜式相同,快/慢断,电流规格可做得更大 特别适用于电脑周边/网络周边/NB/手机/DSC/PDA/PDVD /GPS /MP3/SET-BOX/POS等数码或终端电子产品,以及对体积要求较小的电池板/转换器等,车用熔断器(Automotive),车用熔断器也是从管状演变和发展而来的,至今上有部分摩托车/电动车等还用玻璃管的; 当今大部分安装在汽车电器盒内的熔断器大都是片式或条式的,一般每车用量在30-50个(片式35条式15); 汽车熔断器都是应用在大电流(片式0.550A/条式40300A)和低电压(片式32V/条式80125V)的条件下的;,工业熔断器(Industrial),保护工业设
6、备和电网系统安全的熔断器是另一范畴的大型熔断器,其技术标准和制造商往往也不同于小型熔断器; 工业熔断器大都应用于高电压(3801000V)条件下,电流也可大到几百安培,有部分10 x38的陶瓷管状的也应用于一些大电流电子电路中(如空调/冷柜等); 工业熔断器也有美规(大部分为圆柱形)和欧规(有部分为方形)的不同系列,互相之间很难直接替换使用.,小型熔断器的认证,小型熔断器作为一个安全元件,在生产/销售/使用时必须经过 权威机构的安全认证(安规认证).由于小型熔断器发展的两大主要 规格体系(北美和欧洲),其安全认证也分为美规和欧规两大体系. 美规认证以美国UL/加拿大CSA为主,产品通过UL/C
7、SA颁布 标准的试验可得到列名,生产厂以自送标准经UL/CSA确认并通过 试验的也可以获得UL/CSA的认可,这两种认证都得到北美各国和 全球广泛的认同. 欧规认证以国际IEC标准为基本要求,由欧洲各工业国用各自 国家标准通过试验即能获得该国认证,主要有VDE(德)/SEMKO (瑞)/BSI(英)/FEMKO(芬)还可以通过CB试验报告来取得 其他国家的认证,中国的标准接轨IEC体系,所以CCC认证也属于欧 规体系,同样可以利用CB证书来转换其他认证.,小型熔断器的主要应用领域,仪器仪表/工业控制/试验测量/电机等各种电器中; 各类家用电器/视听设备/厨卫电器/小家电中; 住宅供电系统/配电
8、板/插头开关/接线装置中; PC机/笔记本/各种电脑周边或外围设备和附件中; 电子通信/交换机/终端机/机站及相关产品中; 网络设备/接入分配及网络周边设备或附件中; 交通设施/交通工具/各种车船及车载电子电器设备中; 金融系统包括银行证券设备/存取款及刷卡装置等; 商业系统包括各类服务行业的计算器/收银机等设备; 电子游戏/电子玩具等娱乐设施及附件中; 各种类型的电源器/变换器/冲放电器等; 医疗设备/军工设备/高科技含量的各种设备中; ,过电流保护的多种产品,小型熔断器大量应用于各类电子电气产品中,是当前应用最普遍和广泛的过电流保护元件; 当PPTC/CPTC等类热敏电阻产品问世以来,有相
9、当一部分电路的过流保护改用可恢复并重复使用的PTC元件,但由于其反应慢/电阻大等缺陷很多地方不能用; 一部分设计人员对保护要求不高的应用场合,选用一些带有保护功能的电阻保险电阻来作过流保护; 也有部分温度熔断器兼有过电流保护的功能,被用来同时保护过温和过流,但其过流保护的性能会略差; 在一部分较大电流容量的电路中,也有用断路器来作过流保护的; 还有部分功能完整的IC器件被设计成附带有一些对自身的保护功能,这些电路的IC保护就不再另外使用熔断器了; 如Sony设计的安全控制保护器(SCP)等的新型电路保护元件的发展,有可能改变小型熔断器的应用和发展; 一些低档产品中为了降低成本,省略了任何保护元
10、件;,小型熔断器的发展趋势,随着电子产品发展的多样化和新型化,对电路也提出许多新的保护要求,由此会陆续出现许多新型的或具有新颖保护功能的熔断器品种,例如特快动作,特强耐脉冲能力,微小额定电流,更大额定电流,耐高电压的,特小体积的等等 由于电子工业的不断发展,特别是微电子和数字电子的发展,对电路保护提出许多新的课题,例如静电保护,雷击保护,电磁干扰保护等等.小型熔断器的发展也更加要求微型化,表面贴装,无铅化,多功能或多回路的集成化等等 不少熔断器制造企业陆续跨出单纯过流保护元件的领域,也同时涉足其他类别的电路保护元件或器件,逐步形成整套保护方案的设计和产品研发,这种发展将会导致兼有过流过压保护的
11、元件以及电路保护模块等新产品的问世. 有部分熔断器制造企业正在准备开发带有智能功能的电路保护元件或电路保护模块,从而开创小型熔断器更新换代的新纪元.,小型熔断器的环保要求,工业发展对环境产生了破坏,反过来人类对自然与社会的认识进步又提出了保护环境的要求,只有良好的生存环境才能保证人类的美好生活和长久发展. 小型熔断器的无铅化要求是欧洲和日本最先提出的,原定2006年起将不能再使用含有铅/镉/汞等六种元素的零件,不少企业已经开始对供应商提出要求,有些还把禁用的物质扩大到了22种甚至30余种之多,这就给我们小型熔断器的生产企业提出了一个非常严峻的课题,因为这样的变动意味着不仅仅是材料的改变,还牵涉
12、到工艺的改动,甚至是部分设计的改动,对某些产品来说,将是一个很大的工程. 到目前为止,部分日本/台湾/欧洲用户已经在进行替换或过渡的工作了,不能满足无铅要求的产品将不能再使用;而大部分的生产企业也都已开展这项工作,陆续推出无铅产品来替换原含铅产品,但都还没有完全达成目标.,熔断器的基本功能,熔断器串联在电子电路中，一般要求其电阻要小（功耗要小），当电路正常工作时，它只相当于一根导线，能够长时间稳定的导通电路；由于电源或外部干扰而发生电流波动时，呀也应能承受一定范围的过载；只有当电路中出现较大的过载电流(故障或短路)时，熔断器才会动作，通过断开电流来保护电路的安全。 在熔断器分断电路的过程中,由
13、于电路电压的存在,在熔体断开的间隙会发生电弧,高质量的熔断器应该尽可能地避免这种飞弧;在熔断器分断电路后,又应该能耐受加在两端的电路电压. 熔断器作为一个安全元件必须同时具备电性能和安全性两方面的基本功能.,熔断器的工作原理,熔断器通电时因电流转换的热量会使熔体的温度上升，在负载正常工作电流或允许的过载电流时，电流所产生的热量和通过熔体，壳体和周围环境所幅射/对流/传导等方式散发的热量能逐步达到平衡；如果散热速度跟不上发热速度时，这些热量就会在熔体上逐步积蓄，使熔体温度上升，一旦温度达到和超过熔体材料的熔点时就会使它液化或汽化，从而断开电流，对电路和人身起到安全保护的作用。,熔断器的工作原理,
14、由于某种原因, 电路中电流变得过高 (高于电路中某一元件在一定时间内所能承受的电流)时, 熔体就会熔化或部份汽化, 从而切断电流. 在切断电流的过程中, 通常会形成电弧, 产生几千度的高温, 持续很短时间, 被高温熔化的金属微粒向周围喷射. 熔断器总熔断时间(动作时间)是预飞弧时间和飞弧时间之和. 预飞弧时间(熔化时间): 从电流大到足够使熔丝熔化的起始瞬时到 电弧开始形成的瞬间所间隔的时间, 熔丝可达很高的温度, 预飞弧时 间占了大部份的比率;在预飞弧时间里所产生的高温, 不应对周围元件造成损害; 飞弧时间:指从出现电弧的瞬间到最终电弧熄灭的瞬间所间隔的时间, 一般情况下, 飞弧时间占的比率
15、较小.飞弧过程中所产生的飞弧, 不应造成周围电路和元件的损坏. 当电路正常时, 熔断器应当能够连续不断地承受规定的电流, 以保证电路长时间的正常工作; 当电路出现异常, 故障或短路时, 熔断器必须及时安全地切断电流, 以保证被保护元件不受损坏;,影响熔断器性能的因素,选用熔断器的规格与实际应用电路的要求有差异; -欧规与美规: 性能差异很大,甚至抵触; -快断与慢短: 承受脉冲的能力不同(I2t); -分断能力与耐压: 影响安全性能; 熔断器电阻值: 影响输出功率与功耗; 接触电阻值: 影响熔断器动作时间与速度; 环境温度: 影响熔断器动作时间与速度; 散热条件: 影响熔断器动作时间与速度;
16、熔断器并联: 额定电压不变, 额定电流相加, 动作时间略有延长; 熔断器串联: 额定电压相加, 额定电流不变, 无实际意义,熔断器的测试要求,测试环境要求: 正常大气条件, 无风 测试电源要求: -熔断器的熔断特性测试时必须使用直流恒流电源 -在测试熔断器的额定分断能力时要使用交流电源，并 需配有相位选择开关和安全防护装置 -在测试熔断器的耐久性时要使用交流电源，在整个试 验过程中只允许有一次中断 测试连接要求: -管状熔断器: 标准夹具和规定的导线 -插脚熔断器: 标准测试板和规定的焊接条件 -SMD熔断器: 标准测试板和规定的焊接条件,独石叠层结构,具有高抗溶解力 对温度变化适应能力强 对湿度变化适应能力强 结构紧密,AEM是全球唯一一家运用专利技术生产陶瓷独石叠层结构熔断器的厂家，独石结构使产品：,产品结构比较,AEM 片式独石熔断器 (F0603),L生产商熔断器,Ceramic,F
