作者：Littelfuse客戶經理Rambo Liu

保險絲作為過流保護器件，在電子行業得到普遍應用，存在感非常強，卻又那么不起眼，只要不是全新的設計方案，只要沒出問題，經驗的沿用以至于很多硬件工程師對于保險絲的參數與選型不明所以。本文旨在淺顯易懂地講述保險絲及其應用注意事項，供有需人士參考。

工作原理及構成

保險絲作為電流敏感器件，常被設計于電路里面作為薄弱環節，通過在過載或短路狀態下熔體熱積累熔斷的機理來保護分立元件或者完整電路。保險絲由三個部分組成：殼體、端子、熔體。殼體起到固定熔體作用，便于安裝與使用；端子作為電極，是熔體與電路連接的重要部件，要有良好的導電性以減少接觸電阻；熔體是保險絲的核心，通常由鉛銻合金、銅、銀、錫等構成，熔體通過設計薄弱點來可靠熔斷，比如局部更窄的通道或折彎繞線增加阻抗，以及通過摻雜低熔點金屬實現冶金效應（冶金效應是指有的熔斷器的銅熔體上所焊的錫球，在過負荷時首先熔化，包裹住銅熔體，銅錫相互滲透，形成熔點較銅熔點低的銅錫合金，從而使銅熔體能在較低的溫度下熔斷，以實現過負荷保護）。

保險絲分類

保險絲分類方式有很多，如下羅列部分作為參考。

按使用范圍分，可分為：消費類、工業、汽車保險絲。

按體積分，可分為：大型、中型、小型及微型。

按額定電壓分，可分為：高壓保險絲、低壓保險絲和安全電壓保險絲。

按分斷能力分，可分為：高、低分斷能力保險絲。

按安裝方式分，可分為：貼片、插件、線束、螺栓型保險絲。

按熔斷速度分，可分為：特慢速保險絲（一般用TT表示）、慢速保險絲（一般用T表示）、中速保險絲（一般用M表示）、快速保險絲（一般用F表示）、特快速保險絲（一般用FF表示）。

按標準分，可分為：歐規保險絲、美規保險絲、日規保險絲。

核心參數

環境溫度：

環境溫度指的是保險絲周圍的空氣溫度，此溫度要與室溫區分開來，由于保險絲通常工作于密閉條件下（機殼內部）或安裝靠近于發熱器件（例如電阻，變壓器等），因此環境溫度通常要比室溫高一些。保險絲是通過熱積累熔斷來工作，因此設計時需要考慮溫度降額系數，該系數通常在規格里面有圖表可查。

分斷能力：

分斷能力也稱短路能力，是指保險絲在額定電壓下能可靠分斷的最大電流。在故障或者短路條件下，保險絲會遭受數倍甚至數十倍以上于額定電流的瞬間過載，安全運行要求保險絲能保持完整（沒有爆炸或本體破裂）以及清除故障。保險絲被安置的電路的預期故障電流必須小于標準規定的額定分斷電流，否則，當故障導致保險絲熔斷時會出現持續飛弧、引燃、保險絲燒毀、連同接觸件一起熔融、保險絲標記無法辨認等現象。根據設計的不同，分斷電流會從35A到200kA不等,分斷電流能力會隨著工作電壓的增加而下降，反之亦然，鑒于規格通常只定義某個或某幾個電壓下的分斷電流，對于實際工況有特殊要求的，可以聯系廠商獲取對應數據。

額定電流：

電流額定值表明了保險絲在限定測試條件下的電流承載能力。每只保險絲都會注明電流額定值，這個值可以是數字、字母或顏色標記，可以通過產品數據表找到每種標記的意義。

額定電壓：

保險絲的電壓額定值必須大于或者等于可靠分斷短路電流時的最大電壓。由于保險絲的阻值較低，正常工作時保險絲兩端壓降較小，只有當保險絲試圖熔斷與電弧產生時， 保險絲的電壓額定值才變得重要。此電壓在分斷能力中已經提及，當熔絲元件熔化后，保險絲必須能迅速斷開，熄滅電弧，并且阻止開路電壓通過斷開的熔體再次觸發電弧。

降額系數：

對于25oC環境溫度下，建議在限定測試條件下，保險絲工作于75%額定電流值以下，此測試條件是UL/CSA/ANCE (Mexico) 248-14“補充過流保護--保險絲”里的部分，旨在明確定義必要的通用測試標準，適用于可持續管控產品生產制造，以防止起火等危害。這些標準里面一些通用的變量包含：全密封的底座，高接觸阻抗，空氣流動，瞬時尖峰，以及連接線纜的變化（直徑與長度）。保險絲本質上是溫度敏感型器件，即使是管控測試條件下的細小變量都可能極大影響其在100%負載時的預計壽命。因此線路設計工程師應該清楚明白管控測試條件的目的是保證保險絲制造商能夠生產出符合標準的一致化產品。為了補償這些變量以及確保線路設計無故障長生命周期的保護，75%降額是非常有必要的。另外IEC保險絲無需降額，其標準在電流定義時已經考慮進去。

保險絲作為溫度敏感型器件，在流過電流時其溫度會隨著環境溫度的變化上升或下降。大部分規格里面會定義溫度降額曲線，而大多數創痛的慢斷型保險絲采用慢熔材料，因此對于溫度變化更為敏感。

阻抗：

保險絲的阻抗通常在整個電路中可以忽略不記。但是對于毫安級保險絲，其阻抗會達到幾個歐姆，在低壓線路里壓降就會較為顯眼，需要重點考慮。大多數的保險絲是由正溫度系數材料構成，因此可以參考冷態電阻與熱態電阻，實際工作阻抗介于兩者中間。

冷態電阻是在保險絲施加不超過10%額定電流時測試得出來的值，熱態電阻是流過額定電流時，通過穩定狀態下的壓降計算得出來。保險絲的阻抗誤差可以限定在一定的范圍內，需要增加成本。

時間電流曲線：

時間電流曲線通常是一個平均值，可以作為設計工具，但是并不是規格書必須定義的部分。由于同等電流規格書的保險絲可表現出截然不同的時間電流熔斷特性，因此時間電流曲線對于定義保險絲非常有幫助。保險絲規格通常會定義100%額定電流以及過載（135%和200%額定電流，取決于保險絲標準）時最大斷開時間。時間電流曲線代表設計的均值，但是給定產品每個批次間可能存在偏差，因此一旦保險絲被選定了，需要測試樣品來驗證實際表現。

熔斷積分I2t:

保險絲的熔斷積分，也稱之為熔斷值I2t，是實驗測試熔斷保險絲的熔絲元件所需的能量，該能量值可以作為壽命算法的參考。計算方式主要有2種。

8毫秒算法，脈沖電流施加在保險絲上，測得熔斷發生所需的時間，如果沒有在8毫秒或更短時間能發生熔斷，脈沖電流的值會繼續增加，測試直到熔斷發生在8毫秒之內。該測試的目的是為了確保積累的熱量短時間內不足以從熔絲轉移走，從而所有的熱量I2t都用于熔斷，一旦電流與時間確定下來，熔化所需I2t就很容易計算出。

另外一種計算I2t的方法是在10倍額定電流下所測得的時間，算法一樣，通過積分得出結果。

編輯：黃飛

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