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嘉峪檢測網 2024-12-31 08:26
本文主要介紹防浪涌電路中的元器件之保險管以及一些常用的電路。
1、概述:
防浪涌電路中的元器件主要有氣體放電管、壓敏電阻、TVS管、TSS管、PTC、保險管、熔斷器、空氣開關、還有電感、電阻、電容等。
保險管，也常被叫做保險絲，其核心部分為熔體，通常由易熔化的金屬絲構成，如鉛銻合金等低熔點合金。
這些材料在電流過大時能夠及時熔斷，起到保護作用。
電極部分：保險絲兩端的電極，用于將熔體與電路連接，具有良好的導電性。
外殼材料：保險絲的外殼通常采用玻璃管或陶瓷管制成，這些材料具有良好的耐高溫性能和絕緣性能。
其結構如下：
其原理符號如下所示：
保險絲的工作原理是，當電流流過保險絲時，由于導體存在一定的電阻，導體將會發熱，當溫度上升到熔體的熔點時，熔體熔斷，從而保護后面的電路。
導體發熱量遵循以下公式：
Q=0.24I2RT
其中：
Q是發熱量
0.24是一個常數
I是流過導體的電流
R是導體的電阻
T是電流流過導體的時間
由上面公式可以看出，電流和電阻的大小決定了保險絲產生熱量的速度。
保險絲的構造與其安裝狀況確定了熱量耗散的速度。
如果產生熱量的速度小于熱量耗散的速度，保險絲不會熔斷。
如果產生熱量的速度等于熱量耗散的速度，在相當長的時間內保險絲也不會熔斷。
如果產生熱量的速度大于熱量耗散的速度，產生的熱量就會越來越多，導致溫度升高。
當溫度升高到保險絲的熔點以上時，保險絲就會發生熔斷，從而切斷電流，保護電路。
保險絲有很多的種類，如下面思維導圖所示：
以上是保險絲的主要分類方式，每種類型的保險絲都有其特定的應用場景和保護特性。
保險管的電氣參數介紹
以下是某保險絲的電氣參數：
額定電流（Ampere Rating）：又稱保險絲的公稱工作電流。
額定電流值通常有100mA、160mA、200mA、315mA、400mA、500mA、630mA、800mA、1A、1.6A、2A、2.5A、3.15A、4A、5A、6.3A等。
額定電壓（Voltage Rating）：又稱保險絲的公稱工作電壓。
額定電壓值通常有24V、32V、63V、125V、250V等。
保險絲的電壓額定值必須大于或等于斷開電路的最大電壓。
這是為了確保保險絲在熔斷時能夠迅速斷開并熄滅電弧，阻止開路電壓通過斷開的熔絲元件再次觸發電弧。
分斷能力（Interrupting Rating ）：是指在額定電壓下，保險絲能夠安全斷開電路，并且不發生破損時的最大電流值。
保險管的分斷能力必須等于或大于電路中可能發生的最大故障電流。
額定冷電阻（Nominal Cold Resistance）：也就是在環境溫度25℃的條件下，通過小于額定電流10%的測試電流所測得的電阻值。
通常，保險管的冷電阻值是作為參考值提供的，特別是在低電流應用中，這個參數需要被特別考慮，因為它可能對電路的性能產生顯著影響。
額定電壓降（Nom Voltage Drop）：指的是保險管在額定電流條件下，其兩端的電壓降。
在選用保險管時，需要確保其電壓降在可接受的范圍內，以免影響電路的正常運行。
額定功耗（Nom Power Dissipation）：指的是在額定電流下，在保險管上的功耗。
其數值上等于額定電流乘以額定電壓降。
融化熱能值（Nominal Melting）I2t：這是一個衡量保險絲承受浪涌能力的技術指標，它表示熔斷保險絲所需的能量。
是保險絲的一個固有屬性，它與保險絲的設計有關。
如果電路的浪涌電流超過了保險絲的熔化熱能值，那么保險絲可能會在過載電流的作用下熔斷，從而保護電路免受進一步的損害。
此外，保險絲的熔化熱能值也會受到其他因素的影響，例如環境溫度、保險絲的材料和制造工藝等。
除了以上參數，保險管的額定值也會隨著溫度的上升而下降，如下圖所示：
保險管在不同電流負載下的平均熔斷時間如下圖所示：
負載電流為X軸，熔斷時間為Y坐標構成的坐標系內，由保險絲在不同負載電流下的平均熔斷時間坐標點連成的曲線。
每一種型號規格的保險絲都有一條相應的曲線可代表其熔斷特性，這種曲線很好地描繪了保險絲的過載性能。
以上是對保險管基本參數和功能的概述，下面我們來分析保險管在使用上的注意事項。
2、保險管選型和注意事項：
在前面的介紹中,對保險管的參數和特性做了簡要介紹,下面對保險管的選項來做下總結：
正常工作電流:選擇的保險管應能夠承受電路中的最大正常工作電流，通常需要設定一個降額量，以確保保險管不會在正常工作條件下熔斷?
下面是保險絲在醫療行業使用的通常的一個降額要求，強制三級降額，推薦實現二級降額：
工作電壓：保險絲的額定電壓應大于或等于電路的實際工作電壓，以確保安全。
環境溫度：保險絲的性能受環境溫度影響，需要考慮溫度降額，特別是在高溫環境下。
延時型熔絲管不允許長時間工作在150℃以上，快速熔絲管不能長期工作在175～225℃以上。
過載電流和熔斷時間：需要根據電路的過載保護要求選擇合適的過載電流和保險絲熔斷的時間長度。
最大可用故障電流：保險絲的分斷能力（Interrupting Rating）應大于電路可能出現的最大故障電流，以確保在短路等故障情況下能夠安全斷開。
脈沖、浪涌電流：對于存在脈沖或浪涌電流的電路，需要考慮保險絲的承受能力。
物理尺寸限制：根據安裝空間選擇合適尺寸的保險絲，如長度、直徑或高度。
認證要求：根據需要，選擇具有相應認證（如UL、CSA、VDE等）的保險絲。
保險絲特性：考慮保險絲的安裝類型、形狀因數、易于拆卸、軸向引線、視覺指示等特性。
公稱熔化熱能I2t：這是選擇保險絲最重要的參數之一，表示使保險絲斷開所需的能量值。
保險管的分斷能力與其保險絲的體積成正比、與額定電壓成反比。
即保險管的體積越大或額定電壓越小，保險管的分斷能力就越大。
體積越小或額定電壓越大，保險管的分斷能力就越小。
尺寸：選擇合適的尺寸，以適應電路設計中的空間和實際需求。
時間-電流特性曲線：這是選擇保險絲最重要的依據之一，決定了保險絲能否有效的保護電路，在故障電流發生時正確熔斷。
動作時間：根據電路的實際情況選擇保險絲的動作時間，以確保在電路出現異常時能夠及時切斷電流。
產品認證：如果產品需要出口或符合特定市場的要求，需要考慮保險管是否具有相應的認證。
接觸電阻：熔絲管與管夾的接觸電阻越小越好，一般應小于3mΩ。
更換規格：更換開關電源的熔絲管時，必須與原來的規格一致。
3、舉例
保險管較多應用于電源電路中的過流保護，用法比較簡單，通常串接在電源輸入口。
典型應用電路：
電路一：典型應用，直流電源過流保護
當負載短路時，電流瞬速增大，保險絲被熔斷，保護了電源。
電路二：ACDC電源輸入端電源過流保護
保險管一般是放置在電源輸入端的第一位置，為電路保護的第一道防線。
除了以上的保險絲，現在還有電子保險絲，如下圖所示，大家感興趣的可以自行學習，此處就不再贅述。
來源：電子工程師之家
