如何选择合适的保险丝

Resistor----保险丝

引言：如果在电路中某处发生短路等异常情况而导致过电流流过时，主电源的保险丝的确烧断，则只需一根保险丝就足够了。但是，如果电路有多个分支，当电流容量小的末端发生异常时，在主电源部位可能检测不到。这难免会造成局部发热，从而导致冒烟、起火。因此在最近几年，为了保证安全，在每个电路分支中插入表面贴装型电流保险丝的例子越来越多。表面贴装型的电流保险丝根据熔断的保险丝元件，可以分成使用金属膜和使用金属线两种类型。元件使用金属膜的电流保险丝，其外形尺寸与矩形片式电阻器相同，因此可以与电阻器一起安装在电路基板上。元件为金属线制，以陶瓷为主体的元件，有些可以用于一次电路。必须根据所需的功能和特性选择适合该电路的保险丝。当前许多保险丝已经通过了国家安全标准，例如PSE和UL。

1. 电流保险丝的功率降额/温度降额

保险丝由于通过的电流和元件电阻所产生的焦耳热而发生熔断。假设电流为I(A)，元件的电阻为R(Ω)，时间为t(s)，则产生的热量Q(J)为：

这里的关键在于元件的电阻，元件使用金属，金属的电阻温度系数为3000～6000×10-6/K，随着温度升高，电阻值也逐渐增大。也就是说，温度升高后只需更短的时间或更小的电流，即可达到熔断热量。因此，如果使用温度范围高，在使用时需要根据减轻特性曲线（图11-1）对额定电流进行限制。 另外，根据脉冲、浪涌、冲击电流等电流波形的能量选择最适用的电流保险丝时，经常会使用焦耳热积分值(I2t)。

图11-1：额定功率-环境温度减轻曲线

图11-2：降额曲线

2.额定电流与熔断电流

额定电流表示稳定施加时不发生熔断的电流值。使用中如果超过额定电流，可能会发生在不希望熔断时发生熔断的情况（回看Resistor-9：正温度特性电阻（PTC））。考虑到长期使用所造成的氧化、膨胀收缩等会使电阻值增大，有些元件的推荐使用电流为额定电流的约70%左右，这叫做稳态降额。所用电路的稳态电流可通过稳态降额系数和温度降额系数，用下式求出：

电路稳态电流≤额定电流值×稳态降额系数×温度降额系数

交流波形时，请使用峰值电流值作为稳态电流，而非电流波形的实效值。

熔断电流是指切断电路的电流。为了迅速切断电路内发生异常的电流，需设置为额定电流值的2倍以上。如果熔断时间在1秒以内，由贴装焊盘尺寸、基板材质等环境影响导致的熔断偏差较小，但是如果在1秒以上，受到的环境影响会很大，因此需要通过实际电路，事先进行确认。

使用超过额定电压会出现什么情况，额定电压是指在保险丝熔断后，即使施加在电极间也不通电的电压。使用中如果超过额定电压，会有熔断时的电弧放电造成再次通电、保险丝元件遭到破坏的危险，因此需在额定电压以下使用。

3.如何选择合适的保险丝

选择保险丝的步骤有如下两个（图11-3和图11-4）：

图11-3：选型步骤1

图11-4：选型步骤2

归纳为：

1. 确定电路的以下操作参数

正常工作电流Ihold

最大电路电压Vmax

最大中断电流Imax

正常工作温度（min℃/max℃）

2.选择PPTC的因素

表面安装装置

径向引线器件RLD

表面安装装置

径向引线器件RLD

轴向引线装置ALD

DISC设备

其他自定义形状因子

3.确认应用中设备周围的最高温度和最低温度在EVERFUSE@PTC的典型工作温度范围内，在大多数情况下，该温度将在-40℃至85℃之间。

4.参考下面的温度降额表11-1，选择最接近工作温度的温度值，求出对正常Ihold施加的倍数，即可得到工作温度下的Ihold。

比如：工作温度=50℃，Ihold=1A

因此，Ihold(50℃)=Ihold×对应于50℃的倍数=1×0.80=0.8A

表11-1：参考环境温度和对应升额/降额倍数表

请查看每个器件各自的数据表，了解热降额效应下的详细Ihold。

5.将PPTC器件的Vmax和I与实际电路的Vmax和I进行比较，确保电路的要求不超过器件额定值。

6.参考电气特性表中的最大跳闸时间，以确定设备的跳闸时间是否适合在预期故障级别保护组件。

跳闸时间是PPTC器件在故障状态发生时切换到高阻状态所需的时间，确定EVERFUSE PPTC的跳闸时间对达到预期的保护效果至关重要，如果选择的PPTC器件跳闸太快，可能会发生不希望的跳闸，如果设备跳闸过慢，被保护的组件可能在设备跳闸之前就被损坏并限制电流。

7. 验证所选PPTC装置在应用中的性能和适用性。