保护元件知识课堂：保险丝选型和应用
保险丝作为电路发生故障或异常过流时的保护器件，在选用时过大或过小都会引起安全隐患。目前 关于保险丝的介绍和使用的资料很多，但对保险丝一些重要参数的理解和重视程度不够，造成在实际应用 中出现选型不当，没有达到保护电路的目的。此篇文档侧重点是针对这些参数给出正确的解释和理解，供电路从业者参考。保险丝包含的参数有：电流、电压、环境温度影响、 热熔值、熔断速度等重要参数，同时还有：熔断特性、分 断能力、电压降、温升、电阻特性、和交直流属性方面参 数。其中电流、电压、环境温度影响、热熔值、熔断速度是 选用时必须要考虑的。下面一一介绍各参数意义和注意点。1 额定电流(In)标注在保险丝上的额定工作电流，代号是 In。为该 保险丝所能载的电流。额定电流必须大于被保护电路的实际工作电流，同时考虑到国际标准规定的降额。 IEC 规定：不用降额(CE 认证) UL 规定：0.75 降额 (UL 认证) 正常选用时，一般都考虑 0.75 降额。对于单板的工 作电流，应注意是允许的最低电压下的电流。例如额定 电压是 -48V 的，允许 20%的波动(小于等于 12V 的 2 次 电压允许波动范围为±10%)。如果单板在 -48V 时的工 作电流是 0.8A，由于单板的功率恒定，则在 -38.4V 的工 作电压下的工作电流大约为 1A。在选择保险丝时，就应 该以 1A 作为单板的工作电流。在输入电压范围比较广 的应用中，这一点要特别注意。对于所选保险丝额定电流的上限，建议如表 1 所示。
注 1：针对风扇此类带电动机的负载，工作电流按 照风扇规格书里面的最大平均电流确定。 注 2：针对两个保险丝并联情况，因为并联保险丝 的电路工作电流都比较大，如果按照上述原则选择保险 丝时，可能造成保险丝额定电流和实际工作电流差值过 大，存在隐患。建议每个保险丝按照 0.85 降额进行选择。比如工作电流 40A，分摊到每路是 20A。保险些额定电 流选择为：20/0.85=23.5，实际可选用 25A 的保险些。两 路加一起是 50A。
2 额定电压(Un)
标注在保险丝上的额定电压，代号是 Un。表示该保
险丝可以被使用的最大工作电压电路。保险丝可以在不
大于其额定电压的电路下使用，不能用在电路电压大于
保险丝额定电压的电路中。 选用额定电压时，不需要考虑降额。一般保险丝的标准电压额定值为 32V、60V、125V、
250V、300V、500V、600V。
例如：12V 或 24V 的设备可选用 32V 或 63V 的保
险丝系列； 48V 或 60V 的设备可选用 63V 或 125V 的保险丝
系列； 100V 或 220V 的设备可选用 125V 或 250V 的保险
丝系列。
注 3：有些保险丝标有额定电压为交流电压或直流
电压之分，原则上交流保险丝和直流保险丝不能混用。额定电压为直流的只用在直流电路中。有的保险些额定
电压标注交流、直流电压都有，或者不区分交直流，可以
通用。 注 4：在一些小电压电路上，比如 3.3V 或 5V 等，避
免使用保险丝，以免保险丝引起的压降造成负载欠压。如果一定要使用，严格计算一下压降。
3 温度折损率(Tf)
保险丝参数温度折损率(Tf
)，是考虑保险丝在高温
工作情况下的情况。保险丝规格式给出的额定电流是在
25℃环境温度下进行的。环境温度越高，保险丝的工作
温度就越高，额定电流值越低。相反，在较低的温度下运
行，保险丝额定电流值将会提高。因此选择保险丝额定
电流的时候，要根据保险丝实际工作环境温度调整保险丝额定电流值。保险丝规格书都有一个温度折减率图，
如图 1 所示。如果保险丝周围环境温度 70℃，那就要在
原来基础上降额 10%选型。
图 1 保险丝温度折减曲线图
在设计时都根据单板实际温度情况，在进行额定电 流降额后，一般再进行 0.95 降额选择保险些额定电流[1]。比如电路正常工作电流 2A，那选择保险丝额定电流时， In= 正常工作电流 /(标准降额 * 工作温度降额)＝2/(0.75 *0.95)＝2.81A。选择额定电流为 3A 的比较合适。4 热熔值(I2 t)保险丝熔化所需的能量值，其代号是 I 2 t ，单位 A2 Sec。这个参数往往在选型设计时容易被忽略，从而造成 在实际应用中莫名其妙的出现问题，比如启动时保险丝 熔断，瞬态冲击造成金属氧化物半导体失效，都是这个 参数选用不合理造成。不考虑这个参数，就无法定位问 题的原因。热熔值保险丝本身的一个参数，由保险丝的设计决 定，每种规格的保险丝只有一个额定的公称热熔值。这 个参数代表保险丝在受到瞬间冲击时，所能承受瞬间冲 击能力。在确定保险丝的热熔值之前，首先要知道被保 护电路可能存在的瞬态冲击能量。被保护电路内瞬时冲 击电流的幅值和持续时间所形成的能量应小于所选用 的保险丝的热熔值的 0.22 倍，确保保险丝可承受 10 万 次以上瞬时冲击电流。 在确定保险丝的热熔值时，选用保险丝的热熔值 A2 S 应小于被保护电路中的元器件损坏能量的 A2 S，避 免大的瞬间冲击通过保险丝对被保护的元器件造成伤 害。另外针对带电动机的感性负载(比如风扇)，上下电时 都有个瞬间冲击。在设计阶段，这些负载在上下电瞬时 形成的最大瞬间冲击能量数据可找厂家索要，从而针对 数据来选择合适的保险丝。瞬时冲击电流的幅值和持续时间所形成的能量如 何计算[2]，如图 2~ 图 5 所示。
(1)正弦电流 计算公式为如下，其波形如图 2 所示。
图 2 正弦电流波形图
(2)三角波电流 计算公式如下，
其波形如图 3 所示。
图 3 三角波电流波形
(3)脉冲电流
计算公式为如下，其波形如图 4 所示。
图 4 脉冲电流波形
(4)矩型电流
计算公式如下，其波形如图 5 所示。
图 5 矩形电流波形
5 熔断速度
保险丝的熔断速度分为快熔保险丝 (Fast Acting Fuse)和慢熔保险丝(Slow/Time Delay Fuse)。它们主要区 别在于两者的公称热熔值 I 2 t 不同，在标称相同的额定 电流和额定电压条件下，慢熔断保险丝的 I 2 t 要比快熔 断保险丝大的多。慢熔断保险丝和快熔断保险丝的熔断 时间差别主要体现在当工作电流达到保险丝标称额定 电流的 200%左右时，快熔断保险丝的熔断时间一般为 几百毫秒；而慢熔断保险丝在此条件的熔断时间一般为 几秒。但当工作电流达到保险丝标称额定电流的 800% 或更大时，两者的熔断时间就没有多大的区别，都要求 在几毫秒断开。保险丝这个参数特性也体现在保险丝规 格书里面的时间 - 电流特性曲线上，快熔断保险丝熔断 比慢熔断保险丝熔断快。慢熔保险丝和快熔保险丝选取原则如下：(1)慢熔保险丝能够承受大能量瞬间冲击，通常用在 电路状态变化时有较大瞬态电流的感性或容性电路中。如果工作电流是不稳定的脉冲波形电流，原则上要选用 慢熔断的保险丝。(2)快熔保险丝保护一些较恒定电流的电路，或瞬态 冲击电流较小的电路。有些使用大电容的电路也会出现 比较大的瞬间冲击电流，需要通过实际测试和分析验证 快熔保险丝的热熔值能否满足电路中产生的冲击电流 的能量。(3)针对带电动机的感性负载(比如风扇)电路，原则 上要选用慢熔保险丝。慢熔保险丝在防冲击电流方面比 快熔保险丝有优势，但有一个不安全因素，在控制的电 路电流异常时，这种异常电流很大但无法将保险丝及时 熔断，就会造成能量积累，严重时引起单板燃烧。快熔保 险丝就没这个安全隐患。所以针对风扇电路，在额定电 流和热熔值都满足选择原则下，能选择快熔保险丝则选 择快熔保险丝，如果热熔值无法满足，则考虑选择慢熔 保险丝。
6 分断能力(Ir)
分断能力的代号是 Ir，又称额定短路容量(breaking capacity/interrupting rating)，即在额定电压下，保险丝能 够安全分断的最大电流值(交流电为有效值)，不发生破 碎或爆炸，不引起危险。它是保险丝重要的安全指针。 选择原则：保险丝所在电路中可能出现的最大短路 电流不应超过保险丝的额定分断能力。超过分断能力电 流，就会产生安全危险。分断能力基于电压数值而不同，如表 2 所示。
7 电压降(Ud)
对保险丝在通过额定电流下，当保险丝达表面温度 稳定时所测得的其两端的电压，代号是 Ud。由于保险 丝两端电压降对电路会有一定的影响，因此在标准里对 电压降都有明确规定，一般都是几十 mv 级，其值由本身 电阻决定。
8 保险丝电阻
保险丝电阻通常分为冷电阻和热电阻，冷电阻是保 险丝在环境温度 25℃的条件下，通过 90%额定电流测 试所得的电阻值。热电阻则以 100%额定电流值测试所 得的电阻值。通常热电阻比冷电阻要大。目前保险丝都是对冷电阻值作要求，大于 1A 不超 过 0.1Ω，超过 10A 的一般都要求几个毫欧(mΩ)。
9 防护要求
在应用环境质量差的情况下，保险丝容易产生腐蚀 或硫化，从而引起电路问题。保险丝必须具有防腐蚀性 和防硫化功能，避免电级腐蚀失效。比如保险丝全密封， 电级具有抗硫化功能等。这方面如果厂家不满足，可要求厂家增加这些功能。
10 常用安全认证
针对 CE 认证产品，保险丝要进行 IEC 规格 TUV 认 证或 UL 认证。针对 UL 认证产品，保险丝要进行 UL 规格的 UL 认证。针对 CCC 认证产品，保险丝要进行 CCC 认证。
11 保险丝选型基本步骤
选型步骤如表 3 所示。
表 3 保险丝选型基本步骤
12 结语
本文着重从基础知识为出发点，详细描述了保险丝
各参数的定义和意义，尤其明确了一些参数的重要性，
而这些参数往往在选型时容易被忽略，导致应用中出现
问题。另外给出选型步骤和应用中需要注意的问题，供
电路从业者参考。《文章来自网络资料的整理》
