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保險(xiǎn)絲_開關(guān)
[ 時(shí)間：2016-05-17 點(diǎn)擊： ]
保險(xiǎn)絲(fuse)也被稱為電流保險(xiǎn)絲，IEC127標(biāo)準(zhǔn)將它定義為"熔斷體（fuse-link)"。由電阻率比較大而熔點(diǎn)較低的銀銅合金制成的導(dǎo)線叫做保險(xiǎn)絲。最初用鉛銻合金做的保險(xiǎn)絲已因安全原因被淘汰。當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時(shí)，伴隨著電流不斷升高，并且升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若電路中正確地安置了保險(xiǎn)絲，那么，保險(xiǎn)絲就會(huì)在電流異常升高到一定的高度和一定的時(shí)候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用。
保險(xiǎn)絲作用最早的保險(xiǎn)絲于一百多年前由愛迪生發(fā)明，由于當(dāng)時(shí)的工業(yè)技術(shù)不發(fā)達(dá)白熾燈很貴重，所以，最初是將它用來保護(hù)價(jià)格昂貴的白熾燈的。保險(xiǎn)絲保護(hù)電子設(shè)備不受過電流的傷害，也可避免電子設(shè)備因內(nèi)部故障所引起的嚴(yán)重傷害。因此，每個(gè)保險(xiǎn)絲上皆有額定規(guī)格，當(dāng)電流超過額定規(guī)格時(shí)保險(xiǎn)絲將會(huì)熔斷。當(dāng)介于常規(guī)不熔斷電流與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定分?jǐn)嗄芰Γǖ碾娏鳎┲g的電流作用于保險(xiǎn)絲時(shí)，保險(xiǎn)絲應(yīng)能滿意地動(dòng)作，而且不會(huì)危及周圍環(huán)境。保險(xiǎn)絲被安置的電路的預(yù)期故障電流必須小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定分?jǐn)嗄芰﹄娏鳎駝t，當(dāng)故障發(fā)生保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)會(huì)出現(xiàn)持續(xù)飛弧、引燃、保險(xiǎn)絲燒毀、連同接觸件一起熔融、保險(xiǎn)絲標(biāo)記無法辨認(rèn)等現(xiàn)象。當(dāng)然，劣質(zhì)保險(xiǎn)絲的分?jǐn)嗄芰_(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，使用時(shí)同樣會(huì)發(fā)生危害。
保險(xiǎn)絲工作原理
當(dāng)電流流過導(dǎo)體時(shí)，因?qū)w存在一定的電阻，所以導(dǎo)體將會(huì)發(fā)熱。且發(fā)熱量遵循著這個(gè)公式：Q=0.24I2RT；其中Q是發(fā)熱量，0.24是一個(gè)常數(shù)，I是流過導(dǎo)體的電流，R是導(dǎo)體的電阻，T是電流流過導(dǎo)體的時(shí)間；依此公式我們不難看出保險(xiǎn)絲的簡單的工作原理了。
當(dāng)制作保險(xiǎn)絲的材料及其形狀確定了，其電阻R就相對(duì)確定了（若不考慮它的電阻溫度系數(shù)）。當(dāng)電流流過它時(shí)，它就會(huì)發(fā)熱，隨著時(shí)間的增加其發(fā)熱量也在增加。電流與電阻的大小確定了產(chǎn)生熱量的速度，保險(xiǎn)絲的構(gòu)造與其安裝的狀況確定了熱量耗散的速度，若產(chǎn)生熱量的速度小于熱量耗散的速度時(shí)，保險(xiǎn)絲是不會(huì)熔斷的。若產(chǎn)生熱量的速度等于熱量耗散的速度時(shí)，在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)它也不會(huì)熔斷。若產(chǎn)生熱量的速度大于熱量耗散的速度時(shí)，那么產(chǎn)生的熱量就會(huì)越來越多。又因?yàn)樗幸欢ū葻峒百|(zhì)量，其熱量的增加就表現(xiàn)在溫度的升高上，當(dāng)溫度升高到保險(xiǎn)絲的熔點(diǎn)以上時(shí)保險(xiǎn)絲就發(fā)生了熔斷。這就是保險(xiǎn)絲的工作原理。們從這個(gè)原理中應(yīng)該知道，您在設(shè)計(jì)制造保險(xiǎn)絲時(shí)必須認(rèn)真地研究您所選材料的物理特性，并確保它們有一致幾何尺寸。因?yàn)檫@些因素對(duì)保險(xiǎn)絲能否正常工作起了致關(guān)重要的作用。同樣，您在使用它的時(shí)候，一定要正確地安裝它。
保險(xiǎn)絲構(gòu)成 基本構(gòu)成
一般保險(xiǎn)絲由三個(gè)部分組成：一是熔體部分，它是保險(xiǎn)絲的核心，熔斷時(shí)起到切斷電流的作用，同一類、同一規(guī)格保險(xiǎn)絲的熔體，材質(zhì)要相同、幾何尺寸要相同、電阻值盡可能地小且要一致，最重要的是熔斷特性要一致；二是電極部分，通常有兩個(gè)，它是熔體與電路聯(lián)接的重要部件，它必須有良 保險(xiǎn)絲
好的導(dǎo)電性，不應(yīng)產(chǎn)生明顯的安裝接觸電阻；三是支架部分，保險(xiǎn)絲的熔體一般都纖細(xì)柔軟的，支架的作用就是將熔體固定并使三個(gè)部分成為剛性的整體便于安裝、使用，它必須有良好的機(jī)械強(qiáng)度、絕緣性、耐熱性和阻燃性，在使用中不應(yīng)產(chǎn)生斷裂、變形、燃燒及短路等現(xiàn)象
電力電路及大功率設(shè)備所使用的保險(xiǎn)絲，不僅有一般保險(xiǎn)絲的三個(gè)部分，而且還有滅弧裝置，因?yàn)檫@類保險(xiǎn)絲所保護(hù)的電路不僅工作電流較大，而且當(dāng)熔體發(fā)生熔斷時(shí)其兩端的電壓也很高，往往會(huì)出現(xiàn)熔體已熔化（熔斷）甚至已汽化，但是電流并沒有切斷，其原因就是在熔斷的一瞬間在電壓及電流的作用下，保險(xiǎn)絲的兩電極之間發(fā)生拉弧現(xiàn)象。這個(gè)滅弧裝置必須有很強(qiáng)的絕緣性與很好的導(dǎo)熱性，且呈負(fù)電性。石英砂就是常用的滅弧材料。
熔斷指示裝置另外，還有一些保險(xiǎn)絲有熔斷指示裝置，它的作用就是當(dāng)保險(xiǎn)絲動(dòng)作（熔斷）后其本身發(fā)生一定的外觀變化，易于被維修人員發(fā)現(xiàn)，例如：發(fā)光、變色、彈出固體指示器等。
分?jǐn)嗄芰?
當(dāng)介于常規(guī)不熔斷電流與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定分?jǐn)嗄芰Γǖ碾娏鳎┲g的電流作用于保險(xiǎn)絲時(shí)，保險(xiǎn)絲應(yīng)能滿意地動(dòng)作，而且不會(huì)危及周圍環(huán)境。保險(xiǎn)絲被安置的電路的預(yù)期故障電流必須小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定分?jǐn)嗄芰﹄娏?，否則，當(dāng)故障發(fā)生保險(xiǎn)絲熔斷時(shí)會(huì)出現(xiàn)持續(xù)飛弧、引燃、保險(xiǎn)絲燒毀、連同接觸件一起熔融、保險(xiǎn)絲標(biāo)記無法辨認(rèn)等現(xiàn)象。當(dāng)然，劣質(zhì)保險(xiǎn)絲的分?jǐn)嗄芰_(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，使用時(shí)同樣會(huì)發(fā)生上述的危害
按保護(hù)形式分，可分為：過電流保護(hù)與過熱保護(hù)。用于過電流保護(hù)的保險(xiǎn)絲就是平常說的保險(xiǎn)絲（也叫限流保險(xiǎn)絲）。用于過熱保護(hù)的保險(xiǎn)絲一般被稱為"溫度保險(xiǎn)絲"。溫度保險(xiǎn)絲又分為低熔點(diǎn)合金形與感溫觸發(fā)形還有記憶合金形等等（溫度保險(xiǎn)絲是防止發(fā)熱電器或易發(fā)熱電器溫度過高而進(jìn)行保護(hù)的，例如：電吹風(fēng)、電熨斗、電飯鍋、電爐、變壓器、電動(dòng)機(jī)等等；它響應(yīng)于用電電器溫升的升高，不會(huì)理會(huì)電路的工作電流大小。其工作原理不同于"限流保險(xiǎn)絲"）。
按使用范圍分，可分為：電力保險(xiǎn)絲、機(jī)床保險(xiǎn)絲、電器儀表保險(xiǎn)絲（電子保險(xiǎn)絲）、汽車保險(xiǎn)絲。
按體積分，可分為：大型、中型、小型及微型。 保險(xiǎn)絲
按額定電壓分，可分為：高壓保險(xiǎn)絲、低壓保險(xiǎn)絲和安全電壓保險(xiǎn)絲。
按分?jǐn)嗄芰Ψ?，可分為：高、低分?jǐn)嗄芰ΡｋU(xiǎn)絲。
按形狀分，可分為：平頭管狀保險(xiǎn)絲（又可分為內(nèi)焊保險(xiǎn)絲與外焊保險(xiǎn)絲）、尖頭管狀保險(xiǎn)絲、鍘刀式保險(xiǎn)絲、螺旋式保險(xiǎn)絲、插片式保險(xiǎn)絲、平板式保險(xiǎn)絲、裹敷式保險(xiǎn)絲、貼片式保險(xiǎn)絲。
按熔斷速度分，可分為：特慢速保險(xiǎn)絲（一般用TT表示）、慢速保險(xiǎn)絲（一般用T表示）、中速保險(xiǎn)絲（一般用M表示）、快速保險(xiǎn)絲（一般用F表示）、特快速保險(xiǎn)絲（一般用FF表示）。
按標(biāo)準(zhǔn)分，可分為：歐規(guī)保險(xiǎn)絲、美規(guī)保險(xiǎn)絲、日規(guī)保險(xiǎn)絲。
按類型分，可分為：電流保險(xiǎn)絲（貼片保險(xiǎn)絲、微型保險(xiǎn)絲、插片保險(xiǎn)絲、管狀保險(xiǎn)絲），溫度保險(xiǎn)絲（RH[方塊型]、RP[電阻型]、RY[金屬殼]），自復(fù)復(fù)保險(xiǎn)絲（插件、疊片、貼片）
按尺寸可分為：
貼片型0603，0805，1206，1210，1812，2016，2920；
非貼片型Φ2.4×7，Φ3×
自復(fù)保險(xiǎn)絲：
零功率電阻低：自復(fù)保險(xiǎn)絲自身阻抗較低，正常工作時(shí)功率損耗小，表面溫度低
過流保護(hù)速度快：自復(fù)保險(xiǎn)絲由于自身材料特性，過流狀態(tài)響應(yīng)速度比其它過流保護(hù)裝置快得多
自鎖運(yùn)行：自復(fù)保險(xiǎn)絲在過流保護(hù)狀態(tài)，以極小的電流鎖定在高阻狀態(tài)，只有切斷電源或過電流消失后，才會(huì)恢復(fù)低阻狀態(tài)
自動(dòng)復(fù)位：自復(fù)保險(xiǎn)絲在起到過流保護(hù)作用后(故障排除)自行復(fù)位，無需進(jìn)行拆換
耐大電流：自復(fù)保險(xiǎn)絲有極好的耐大電流能力，有的規(guī)格可承受100A電流沖擊
應(yīng)用：PPTC的應(yīng)用范圍很廣，可以用在各種電子產(chǎn)品、通訊產(chǎn)品、電源供應(yīng)器等 [工業(yè)電器網(wǎng)-cnelc]P>
貼片保險(xiǎn)絲：
相關(guān)說明1.正常工作電流在25℃條件下運(yùn)行，保險(xiǎn)絲的電流額定值通常要減少25%以避免有害熔斷。大多數(shù)傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲其采用的材料具有較低的熔化溫度。因此，該種保險(xiǎn)絲對(duì)環(huán)境溫度的變化比較敏感。例如一個(gè)電流額定值為10A的保險(xiǎn)絲通常不推薦在25℃環(huán)境溫度下在大于7?5A的電流下運(yùn)行。
2．電壓額定值保險(xiǎn)絲的電壓額定值必須等于或大于有效的電路電壓。一般標(biāo)準(zhǔn)電壓額定值系列為32V、125V、250V、600V。
3．電阻保險(xiǎn)絲的電阻在整個(gè)電路中并不重要。由于安培數(shù)小于1的保險(xiǎn)絲電阻只有幾個(gè)歐姆，所以在低壓電路中采用保險(xiǎn)絲時(shí)應(yīng)考慮這個(gè)問題。大部分的保險(xiǎn)絲是用溫度系數(shù)為正的材料制造的，因此，就有冷電阻和熱電阻之分。
4．環(huán)境溫度保險(xiǎn)絲的電流承載能力，其實(shí)驗(yàn)是在25℃環(huán)境溫度條件下進(jìn)行的，這種實(shí)驗(yàn)受環(huán)境溫度變化的影響。環(huán)境溫度越高，保險(xiǎn)絲的工作溫度就越高，其壽命也就越短。相反，在較低的溫度下運(yùn)行會(huì)延長保險(xiǎn)絲的壽命。
5．熔斷額定容量也稱為致斷容量。熔斷額定容量是保險(xiǎn)絲在額定電壓下能夠確實(shí)熔斷的最大許可電流。短路時(shí)，保險(xiǎn)絲中會(huì)多次通過比正常工作電流大的瞬時(shí)過載電流。安全運(yùn)行要求保險(xiǎn)絲保持完整的狀態(tài)(無爆裂或斷裂)并消除短路。
常用保險(xiǎn)絲規(guī)格
(鉛不少于98%,銻0.3～1.5%,雜質(zhì)不多于1.5%)
直徑(mm) 額定電流(A) 熔斷電流(A) 直徑(mm) 額定電流(A) 熔斷電流(A)
0.28 0.32
0.35
0.36
0.40
0.46
0.52
0.54
0.60
0.71 1.1
1．25
1．35
1．5
1．85
2
2．25
2．5
3 2.2
2．5
2．7
3
3．7
4
4．5
5
6 0.81 0.98
1．02
1．25
1．51
1．67
1．75
1．98
2．40
2．78 3.75 5
6
7．5
10
11
12．5
15
20
25 7.5 10
12
15
20
22
25
30
40
50
對(duì)于大多數(shù)采用電感的非同步整流升壓型開關(guān)變換器，其輸入和輸出之間都存在一條直流通路，如圖1所示。該通路的存在會(huì)造成兩種不良后果：其一，一旦輸出短路或嚴(yán)重過載時(shí)間超出幾百毫秒將導(dǎo)致二極管（通常為肖特基二極管）過熱損壞；其二，當(dāng)由于某種原因，比如人為關(guān)閉，使開關(guān)振蕩電路停止工作，負(fù)載端仍然有電壓存在，只是比輸入端低一個(gè)二極管的管壓降而已，這時(shí)輸出仍會(huì)消耗能量。除此之外，如果該殘存電壓低于負(fù)載穩(wěn)態(tài)工作電壓范圍，將使電路處于不確定狀態(tài)。
對(duì)于輸出電流相對(duì)較小的應(yīng)用場合（小于5A），利用單片電流模式控制器和高端電流取樣技術(shù)，上述兩個(gè)問題都可以很好地解決。在這些電路中，二極管被一同步整流開關(guān)三極管取代，因此通過關(guān)閉內(nèi)部開關(guān)三極管就可把輸入輸出通路截?cái)?，這樣一來，負(fù)載端對(duì)輸入端來說就呈高阻狀態(tài)，而這正是所希望的結(jié)果。在正常工作狀態(tài)，電路內(nèi)部的高端取樣電阻對(duì)負(fù)載電流周期性地進(jìn)行采樣，因此避免了因過流導(dǎo)致災(zāi)難性后果出現(xiàn)。因此，內(nèi)部過熱保護(hù)電路為變換器提供了安全工作區(qū)（SAO）。
其中MAX668是一個(gè)開關(guān)控制器，由它完成升壓功能。電流反饋型升壓控制器（MAX668）驅(qū)動(dòng)低端邏輯電平N溝道增強(qiáng)型MOSFET，該開關(guān)管通過低端電流取樣電阻到地。高端開關(guān)是一肖特基二極管，選擇它主要是它具有低的正向?qū)▔航?。由圖可見，升壓變換器的拓?fù)浠窘Y(jié)構(gòu)未被破壞。本應(yīng)用中，MAX668把3.3V電壓變?yōu)?V，負(fù)載電流可達(dá)3A?！?/p>
其中P溝道增強(qiáng)型MOSFET——Q1是實(shí)現(xiàn)負(fù)載斷路的關(guān)鍵元件。當(dāng)MAX668在關(guān)閉模式時(shí)，二極管D1仍然導(dǎo)通，使得MAX810L的電源端的電壓為3.3V減去二極管D1的管壓降。由于MAX810L的復(fù)位門檻電平為4.65V，因此其RESET端輸出為高電平，迫使Q1關(guān)斷，從而使負(fù)載與輸入電源斷開。MAX668通過外部反饋電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)定5V輸出電壓。當(dāng)輸出電壓超MAX810L的復(fù)位門檻電平時(shí)，其內(nèi)部單穩(wěn)電路開始工作并延時(shí)約240ms。之后，MAX810L的輸出變低，使Q1導(dǎo)通。
Q1導(dǎo)通之后，MAX810L一直監(jiān)測輸出電壓以確定輸出是否過流。過載將會(huì)導(dǎo)致輸出電壓下降，當(dāng)它低于MAX810L門檻電平時(shí)，MAX810L的輸出經(jīng)過20μs的延遲后由高變低，從而關(guān)斷Q1并使負(fù)載斷開。由于MAX668的升壓作用，MAX810電源端電壓又會(huì)高于其門檻電平，240ms的復(fù)位延遲時(shí)間后，MAX810L輸出再次由高變低，開通Q1并自動(dòng)再次連通負(fù)載。上述過程會(huì)一直周期性重復(fù)下去，除非移去多余負(fù)載或?qū)AX668關(guān)閉使其停止工作。因此MAX810L和開關(guān)Q1一起構(gòu)成了一個(gè)固態(tài)開關(guān)（電子保險(xiǎn)絲）。
MAX810L（微功耗器件）具有非平衡推挽輸出級(jí)。當(dāng)對(duì)外輸出電流時(shí)，它等效于一個(gè)6kΩ電阻；當(dāng)從外汲取電流時(shí)，它等效于一個(gè)125Ω的電阻。當(dāng)導(dǎo)通或關(guān)斷Q1時(shí)，由于MAX810L的電阻阻止了Q1的密勒電容和柵源電容快速充放電，因此使開關(guān)瞬態(tài)過程得以減慢。假定Q1總的等效電容為5000pF時(shí)，則MAX810汲取電流時(shí)（等效于125Ω電阻）大電流三極管的RC電路的時(shí)間常數(shù)約為0.6μs。整個(gè)導(dǎo)通過程電壓瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間大約為10RC=6μs。完全關(guān)斷同樣開關(guān)Q1的時(shí)間
大約是完全導(dǎo)通時(shí)間的48倍。
當(dāng)外部負(fù)載或C2在啟動(dòng)瞬間要汲取較大電流時(shí)，快速導(dǎo)通Q1可能使MAX810輸入電壓低于其復(fù)位門檻電壓從而導(dǎo)致復(fù)位出現(xiàn)，因此在圖2基礎(chǔ)上再增加一RC網(wǎng)絡(luò)以減緩其開通過程，合適地選擇R、C可使負(fù)載連接過程延續(xù)到幾個(gè)MAX668開關(guān)工作周期，使MAX668的輸出電壓一直高于MAX810的復(fù)位門檻電壓。假如R、C使Q1的導(dǎo)通時(shí)間延長，同時(shí)也延長了關(guān)斷時(shí)間。因此需要在電阻上并聯(lián)一肖特基二極管，以加速當(dāng)負(fù)載過載時(shí)關(guān)閉Q1的進(jìn)程。
為了獲得增強(qiáng)型通道及較低的導(dǎo)通電阻，上述電路均需要采用邏輯電平控制的P溝道MOSFET，如果Q1的導(dǎo)通電阻值較大且在其兩端產(chǎn)生較大的壓降（特別是低輸出電壓應(yīng)用場合或負(fù)載離電源的距離較遠(yuǎn)時(shí)），則應(yīng)該從Q1漏極端反饋電壓調(diào)節(jié)輸出。設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須最小化寄生參數(shù)同時(shí)仔細(xì)考慮電路布局。利用一個(gè)SOT23封裝的低電壓模擬開關(guān)（MAX4544）可實(shí)現(xiàn)上述遠(yuǎn)端調(diào)節(jié)，該開關(guān)受控于MAX810L的輸出，根據(jù)MAX4544產(chǎn)品參數(shù)，其最低工作電壓為2.7V。由于輸入電壓為3.3V，而肖特基的正向管壓降為0.3V，因此即使該升壓變換處于關(guān)閉模式，MAX4544（及MAX810）也處于工作狀態(tài)。此時(shí)，MAX810輸出高電平，MAX4544的公共端COM與其常開端NO（Q1的源極）相連。當(dāng)MAX668使能時(shí)，與MAX4544公共端相連的電阻網(wǎng)絡(luò)為MAX668提供反饋電壓。由于5V電壓時(shí)MAX4544的導(dǎo)通電阻最大可達(dá)60Ω，因此為了得到最小輸出電壓誤差，反饋電阻的取值應(yīng)該很大。由于3V工作電壓時(shí)，MAX4544的導(dǎo)通電阻僅為120Ω，因此開關(guān)MAX4544引入的誤差電壓很小，即使低輸出電壓也是如此。
當(dāng)使能升壓變換器，且其輸出電壓超過MAX810的復(fù)位門檻電平并經(jīng)過復(fù)位延遲后，MAX810的輸出將由高變低，使Q1導(dǎo)通，連通負(fù)載。同時(shí)，MAX810輸出的低電平使MAX4544的COM端與NC端（常閉端）接通，使得反饋電阻由Q1的源極切換至Q1的漏極，從而允許從遠(yuǎn)離變換器的負(fù)載端對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
