熔断体(【熔断机制】熔断器原理与作用)

熔断器其实就是一种短路保护器，广泛用于配电系统喝控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。

熔断器一种简单而有效的保护电器。在电路中主要起短路保护作用。

熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。

常用的熔断器

（1）插入式熔断器

如图1所示，它常用于380V及以下电压等级的线路末端，作为配电支线或电气设备的短路保护用。

图1 插入式熔断器

1-动触点 2-熔体 3-瓷插件 4-静触点 5-瓷座

（2）螺旋式熔断器

如图2所示。熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到，它常用于机床电气控制设备中。螺旋式熔断器。分断电流较大，可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下的电路中，作短路保护。

图2 螺旋式熔断器

1-底座 2-熔体 3-瓷帽

（3）封闭式熔断器

封闭式熔断器分有填料熔断器和无填料熔断器两种，如图3和图4所示。有填料熔断器一般用方形瓷管，内装石英砂及熔体，分断能力强，用于电压等级500V以下、电流等级1KA以下的电路中。无填料密闭式熔断器将熔体装入密闭式圆筒中，分断能力稍小，用于500V以下，600A以下电力网或配电设备中。

图3 无填料密闭管式熔断器

1-铜圈 2-熔断管 3-管帽 4-插座 5-特殊垫圈 6-熔体 7-熔片

（4）快速熔断器

它主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。由于半导体元件的过载能力很低。只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求短路保护具有快速熔断的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭式熔断器基本相同，但熔体材料和形状不同，它是以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。

（5）自复熔断器

采用金属钠作熔体，在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使钠迅速汽化，汽态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流，不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体，能重复使用。

工作时，熔断器串连在被保护的电路中。当电路发生短路或严重过载时，熔断器中的熔断体将自动熔断，起到保护作用，最常见的就是保险丝。

参数选择

(1)熔断器额定电压应符合电动机的运行电压。熔断器的工作电压与其熔管长度及绝缘强度有关。不能把熔断器用在高于其额定电压的回路中去，也不能把大熔片装到小溶断管中去。

(2)熔断器的额定电流应大于电动机回路长期通过的最大工作电流。

(3)熔断器的极限断路电流应大于流过的最大短路电流。用以保证切断故障电流时，不致烧毁熔断器。

(4)熔件的额定电流应按下列三个条件选择：

①按正常工作条件选择：

电动机起动电流可达(4～8)IeD，起动持续时间约为5～10s。在此条件下，熔断器既不应老化，也不能熔断。

具体的熔断器特性应按生产厂家供给的曲线，由试验得知，熔断器的额定电流约为最大通过电流的一半时，可满足上述要求。

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简单的系统保护：

最简单的电子电路保护形式是具有恰当额定值的保险丝。为应用开发适当解决方案时，有各种保险丝可供选择，包括但不仅限于快熔断、慢熔断、多状态以及智能保险丝等。保险丝之所以种类繁多，是因为每一款都有其自身问题。

快熔断保险丝的特点正如其名，熔断速度快，这意味着故障跳变的可能性很高，会导致产品召回。因此，如果要选择这种保险丝，应当对其进行优于 50% 的调降，也就是说 5A 的电轨应选择额定值超过 10A 的保险丝，以避免应用中出现假故障。

慢熔断保险丝断开所需时间较长，但仍会出现故障跳变。因此这里也建议执行至少 50% 的调降。

多状态保险丝有一个非常好的特性，即错误清除后能够以极低的成本进行高效恢复。每次跳变后，后续跳变点阀值就会降低，也就是说更容易发生跳变。因此，误跳变几率会随时间的推移而升高。

智能保险丝或三端保险丝是既可通过指令熔断，也可因过流而熔断的器件。通常，这种保险丝不但成本比以上方案高很多，而且还需要电源电压保持在一定的高度，才能真正熔断保险丝。否则，在出现故障时所有部件都会变得很热，而且可能不会引起安全关断。

所有这四种方案都具有会导致故障跳变的两大主要问题。首先，它们无法限制上电时或掉电后进入系统的浪涌电流。其次，由于它们都需要调降，因此可能会允许充足的电流通过系统故障部位，使故障电路进一步发热，导致更严重的故障。例如，一个额定5A 的 12V 系统可能会试图使用 10A 甚至更高额定值的保险丝。在短路且电源工作良好的情况下，这可能会为故障电路输入高达 120W 的功率。

浪涌管理

大部分故障跳变都是由浪涌电流导致的。最大限度降低浪涌电流的低成本方法可能是采用一个 P 通道 FET 和几个电阻器电容器实施（图 1）。

图 1. 简单的浪涌管理解决方案

当然，该电路在开始工作时，就会出现输入电压。因此通常要等到检测到输入电源良好的信号后才能启动电路。图 2 给出了一种可行的实施方案，即采用一个视窗压缩器 (compactor) 来确保 12V AC 适配器电压处于 10.8 与 13.2V 之间。只要TPS3700 等宽泛电源电压视窗压缩器能看到适配器处于有效电压视窗范围内，就可启用通过 Q1 的电源路径。

图 2. 将 TPS3700 用作 AC 适配器检测器

这可能适用于一部分设计，但这些方案也有几个固有的问题：

取决于负载电容的大小，这两种方案都可能会超出 FET 的安全工作范围 (SOA)；

一旦启用就无法限制进入负载的电流；

如果负载短路，FET 很可能启动失败。这种情况可能发生在保险丝之前，因此最好的缓解方法是使用额定值远远高于应用所需功率耗散的 FET，因此，这也是一个更高成本的解决方案。

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