保险丝工作原理

《保险丝工作原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《保险丝工作原理（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、本文由：台湾明纬实业集团有限公司编辑本文由：台湾明纬实业集团有限公司编辑 作者：作者： 保险丝保险丝保险丝由电阻率比较大而熔点较低的铅锑合金制成的导线叫做保险丝。保险丝也被称为熔断器，IEC127 标准将它定义为“熔断体（fuse-link)“。它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。保险丝的作用是：当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了保险丝，那么，保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。最早的保险丝于一百多年前

2、由爱迪生发明，由于当时的工业技术不发达白炽灯很贵重，所以，最初是将它用来保护价格昂贵的白炽灯的。 保险丝的工作原理是怎样的？ 我们都知道，当电流流过导体时，因导体存在一定的电阻，所以导体将会发热。且发热量遵循着这个公式：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；依此公式我们不难看出保险丝的简单的工作原理了。 当制作保险丝的材料及其形状确定了，其电阻 R 就相对确定了（若不考虑它的电阻温度系数） 。当电流流过它时，它就会发热，随着时间的增加其发热量也在增加。电流与电阻的大小确定了产生热量的速度，保险丝的构造与

3、其安装的状况确定了热量耗散的速度，若产生热量的速度小于热量耗散的速度时，保险丝是不会熔断的。若产生热量的速度等于热量耗散的速度时，在相当长的时间内它也不会熔断。若产生热量的速度大于热量耗散的速度时，那么产生的热量就会越来越多。又因为它有一定比热及质量，其热量的增加就表现在温度的升高上，当温度升高到保险丝的熔点以上时保险丝就发生了熔断。这就是保险丝的工作原理。们从这个原理中应该知道，您在设计制造保险丝时必须认真地研究您所选材料的物理特性，并确保它们有一致几何尺寸。因为这些因素对保险丝能否正常工作起了致关重要的作用。同样，您在使用它的时候，一定要正确地安装它。 保险丝的构造如何？各有什么功效？又有

4、什么要求？ 一般保险丝由三个部分组成：一是熔体部分，它是保险丝的核心，熔断时起到切断电流的作用，同一类、同一规格保险丝的熔体，材质要相同、几何尺寸要相同、电阻值尽可能地小且要一致，最重要的是熔断特性要一致；二是电极部分，通常有两个，它是熔体与电路联接的重要部件，它必须有良好的导电性，不应产生明显的安装接触电阻；三是支架部分，保险丝的熔体一般都纤细柔软的，支架的作用就是将熔体固定并使三个部分成为刚性的整体便于安装、使用，它必须有良好的机械强度、绝缘性、耐热性和阻燃性，在使用中不应产生断裂、变形、燃烧及短路等现象； 电力电路及大功率设备所使用的保险丝，不仅有一般保险丝的三个部分，而且还有灭弧装置，

5、因为这类保险丝所保护的电路不仅工作电流较大，而且当熔体发生熔断时其两端的电压也很高，往往会出现熔体已熔化（熔断）甚至已汽化，但是电流并没有切断，其原因就是在熔断的一瞬间在电压及电流的作用下，保险丝的两电极之间发生拉弧现象。这个灭弧装置必须有很强的绝缘性与很好的导热性，且呈负电性。石英砂就是常用的灭弧材料。 另外，还有一些保险丝有熔断指示装置，它的作用就是当保险丝动作（熔断）后其本身发生一定的外观变化，易于被维修人员发现，例如：发光、变色、弹出固体指示器等。 按保护形式分，可分为：过电流保护与过热保护。用于过电流保护的保险丝就是平常说的保险丝（也叫限流保险丝） 。用于过热保护的保险丝一般被称为“

6、温度保险丝“。温度保险丝又分为低熔点合金形与感温触发形还有记忆合金形等等（温度保险丝是防止发热电器或易发热电器温度过高而进行保护的，例如：电吹风、电熨斗、电饭锅、电炉、变压器、电动机等等；它响应于用电电器温升的升高，不会理会电路的工作电流大小。其工作原理不同于“限流保险丝“） 。按使用范围分，可分为：电力保险丝、机床保险丝、电器仪表保险丝（电子保险丝） 、汽车保险丝。按体积分，可分为：大型、中型、小型及微型。按额定电压分，可分为：高压保险丝、低压保险丝和安全电压保险丝。按分断能力分，可分为：高、低分断能力保险丝。按形状分，可分为：平头管状保险丝（又可分为内焊保险丝与外焊保险丝） 、尖头管状保险

7、丝、铡刀式保险丝、螺旋式保险丝、插片式保险丝、平板式保险丝、裹敷式保险丝、贴片式保险丝。按熔断速度分，可分为：特慢速熔断器（一般用 TT 表示） 、慢速熔断器（一般用 T 表示） 、中速熔断器（一般用 M 表示） 、快速熔断器（一般用 F 表示） 、特快速熔断器（一般用 FF 表示） 。按标准分，可分为：欧规保险丝、美规保险丝、日规保险丝。 按类型分，可分为：贴片保险丝，温度保险丝，自复保险丝，自恢复保险丝，微型保险丝，超小型保险丝，管状保险丝。智能电子保险丝智能电子保险丝开关电源开关电源对于大多数采用电感的非同步整流升压型开关变换器，其输入和输出之间都存在一条直流通路，如图 1 所示。该通路

8、的存在会造成两种不良后果：其一，一旦输出短路或严重过载时间超出几百毫秒将导致二极管（通常为肖特基二极管）过热损坏；其二，当由于某种原因，比如人为关闭，使开关振荡电路停止工作，负载端仍然有电压存在，只是比输入端低一个二极管的管压降而已，这时输出仍会消耗能量。除此之外，如果该残存电压低于负载稳态工作电压范围，将使电路处于不确定状态。 对于输出电流相对较小的应用场合（小于 5A） ，利用单片电流模式控制器和高端电流取样技术，上述两个问题都可以很好地解决。在这些电路中，二极管被一同步整流开关三极管取代，因此通过关闭内部开关三极管就可把输入输出通路截断，这样一来，负载端对输入端来说就呈高阻状态，而这正是

9、所希望的结果。在正常工作状态，电路内部的高端取样电阻对负载电流周期性地进行采样，因此避免了因过流导致灾难性后果出现。因此，内部过热保护电路为变换器提供了安全工作区（SAO） 。 介绍了一种简单的方案，其中 MAX668 是一个开关控制器，由它完成升压功能。电流反馈型升压控制器（MAX668）驱动低端逻辑电平 N 沟道增强型 MOSFET，该开关管通过低端电流取样电阻到地。高端开关是一肖特基二极管，选择它主要是它具有低的正向导通压降。由图可见，升压变换器的拓扑基本结构未被破坏。本应用中，MAX668 把 3.3V 电压变为 5V，负载电流可达 3A。 其中 P 沟道增强型 MOSFETQ1 是实

10、现负载断路的关键元件。当 MAX668 在关闭模式时，二极管 D1 仍然导通，使得 MAX810L 的电源端的电压为 3.3V 减去二极管 D1 的管压降。由于 MAX810L 的复位门槛电平为 4.65V，因此其 RESET 端输出为高电平，迫使 Q1 关断，从而使负载与输入电源断开。MAX668 通过外部反馈电阻网络设定 5V 输出电压。当输出电压超 MAX810L 的复位门槛电平时，其内部单稳电路开始工作并延时约 240ms。之后，MAX810L 的输出变低，使 Q1 导通。 Q1 导通之后，MAX810L 一直监测输出电压以确定输出是否过流。过载将会导致输出电压下降，当它低于 MAX8

11、10L 门槛电平时，MAX810L 的输出经过 20s 的延迟后由高变低，从而关断 Q1 并使负载断开。由于 MAX668 的升压作用，MAX810 电源端电压又会高于其门槛电平，240ms 的复位延迟时间后，MAX810L 输出再次由高变低，开通 Q1 并自动再次连通负载。上述过程会一直周期性重复下去，除非移去多余负载或将 MAX668 关闭使其停止工作。因此 MAX810L 和开关 Q1 一起构成了一个固态开关（电子保险丝） 。 MAX810L（微功耗器件）具有非平衡推挽输出级。当对外输出电流时，它等效于一个 6k 电阻；当从外汲取电流时，它等效于一个 125 的电阻。当导通或关断 Q1

12、时，由于 MAX810L 的电阻阻止了 Q1的密勒电容和栅源电容快速充放电，因此使开关瞬态过程得以减慢。假定 Q1 总的等效电容为 5000pF 时，则 MAX810 汲取电流时（等效于 125 电阻）大电流三极管的 RC 电路的时间常数约为 0.6s。整个导通过程电压瞬态响应时间大约为 10RC=6s。完全关断同样开关 Q1 的时间大约是完全导通时间的 48 倍。 当外部负载或 C2 在启动瞬间要汲取较大电流时，快速导通 Q1 可能使 MAX810 输入电压低于其复位门槛电压从而导致复位出现，因此在图 2 基础上再增加一 RC 网络以减缓其开通过程（如图 3 所示） 。合适地选择 R、C 可

13、使负载连接过程延续到几个 MAX668 开关工作周期，使 MAX668 的输出电压一直高于MAX810 的复位门槛电压。假如 R、C 使 Q1 的导通时间延长，同时也延长了关断时间，这是不希望出现的结果。因此需要在电阻上并联一肖特基二极管，以加速当负载过载时关闭 Q1 的进程。 为了获得增强型通道及较低的导通电阻，上述电路均需要采用逻辑电平控制的 P 沟道 MOSFET，如果 Q1 的导通电阻值较大且在其两端产生较大的压降（特别是低输出电压应用场合或负载离电源的距离较远时） ，则应该从 Q1 漏极端反馈电压调节输出。设计电路时，必须最小化寄生参数同时仔细考虑电路布局。利用一个 SOT23 封装

14、的低电压模拟开关（MAX4544）可实现上述远端调节，该开关受控于MAX810L 的输出，如图 4 所示。 根据 MAX4544 产品参数，其最低工作电压为 2.7V。由于输入电压为 3.3V，而肖特基的正向管压降为 0.3V，因此即使该升压变换处于关闭模式，MAX4544（及 MAX810）也处于工作状态。此时，MAX810 输出高电平，MAX4544 的公共端 COM 与其常开端 NO（Q1 的源极）相连。当 MAX668 使能时，与 MAX4544 公共端相连的电阻网络为 MAX668 提供反馈电压。由于 5V 电压时 MAX4544 的导通电阻最大可达 60，因此为了得到最小输出电压误

15、差，反馈电阻的取值应该很大。由于 3V 工作电压时，MAX4544 的导通电阻仅为 120，因此开关 MAX4544 引入的误差电压很小，即使低输出电压也是如此。当使能升压变换器，且其输出电压超过 MAX810 的复位门槛电平并经过复位延迟后，MAX810 的输出将由高变低，使 Q1 导通，连通负载。同时，MAX810 输出的低电平使 MAX4544 的 COM 端与 NC 端（常闭端）接通，使得反馈电阻由 Q1 的源极切换至 Q1 的漏极，从而允许从远离变换器的负载端对输出电压进行调节。 上述 MAX4544 的开关过程也把 MAX810 的输入端从 Q1 的源极切换到 Q1 的漏极，这样一

16、来，MAX810 可以用来监测负载是否过载。保险丝也被称为熔断器，IEC127 标准将它定义为“熔断体（fuse-link）“。它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。保险丝的作用是：当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了保险丝，那么，保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。最早的保险丝于一百多年前由爱迪生发明，由于当时的工业技术不发达白炽灯很贵重，所以，最初是将它用来保护价格昂贵的白炽灯的。保险丝保护电子设备不受过电流的伤害，也可避免电子设备因内部故障所引起的严重伤害。因此，每个保险丝上皆有额定规格，当电流超过额定规格时保险丝将会熔断。保险丝的分断能力：当介于常规不熔断电流与相关标准规定的额定分断能力（的电流）之间的电流作用于保险丝时，保险丝应能满意地动作，而且不会危及周围环境。保险丝被安置的电路的预期故障电流必须小于标准规定的额定分断能力电流，否则