自恢复保险丝是如何做到自恢复的？-电源网星球号

大家好，這里是大話硬件。

今天這篇文章想分享關于保險絲的內容，原因是前段時間在做2KV共模浪涌時，板子上的保險絲出現了斷開，然后恢復的過程。于是，對保險絲內部的結構產生了好奇，遂整理了一下關于保險絲的知識點。保險絲

保險絲又稱為熔斷器，用在電路里面作為保護器件。當電路中的電流超過保險絲的承受能力時，保險絲會及時熔斷，從而切斷輸入和保險絲后級電路，達到保護電路的作用。

保險絲物理結構

制作保險絲的材料，主要是使用低熔點的金屬，比如鉛錫合金，鋅，銅，銀做成細條狀，或者片狀。熔絲如果是鉛銻合金制成，熔點較低；如果是銅銀合金制成，熔點較高。

早期的保險絲，沒有外部保護器件，類似一根細導線。

小時候在農村家里使用的電閘就是細條狀的保險絲。經常出現打雷時保險絲就燒斷了，當需要更換保險絲，將兩端的螺絲擰開，換上新的保險絲，電閘就能繼續恢復使用。

隨著技術的發展和工藝的進步，保險絲從最遲的條絲狀，增加了片狀，玻璃管型，陶瓷管殼型，塑膠片狀帶金屬片，表貼型等。

同樣，在littlelfuse的官網上，產品目錄如下，保險絲的種類非常多。

無論是那種類型的保險絲，其實組成部分都可以拆解成3部分：熔體，電極和支架。其中熔體是保險絲的核心，不同種類的保險絲，主要是內部熔體不一樣。電極一般有兩個，將保險絲的熔體的兩端引出，方便在電路里面使用；支架起到固定熔體和電極的作用。

由于保險絲的熔體通常都比較纖細柔軟，如果沒有支架的作用，保險絲內部的熔體在長途運輸過程中會因為機械振動導致斷裂。保險絲小電流很難做，但是大電流很好做，原因就在此。所以，支架起來了保護熔體和增加其抗機械振動強度。當然在，支架還具備絕緣性，耐熱性，阻燃性能特點。

保險絲工作原理

保險絲是導體，當電流流過導體，因為導體存在電阻，所以在導體上將會發熱，且發熱量遵守公式

其中，0.24是系數, I是流過導體的電流，R是導體的電阻，T是電流流過導體的時間。根據上述公式可知，保險絲是導體，因此保險絲上發熱量遵循上述的公式。

一款保險絲設計成型后，它自身的本體電阻是確定的，熔體的熔點也是固定的。當電流流過保險絲時，在保險絲上會聚集熱量使保險絲的溫度上升，如果產生熱量的速度小于耗散速度或者兩者達到平衡時，則保險絲內部溫度不會上升到使熔體熔斷。但是如果聚集熱量的速度遠大于耗散速度，則保險絲內部的溫度會不斷上升，最終達到熔體的熔點，導致保險絲燒斷。這就是保險絲的工作原理。

保險絲關鍵參數

（1）額定電壓

　保險絲的標稱工作電壓為Un，也就是額定電壓。額定電壓需要大于電路輸入電壓的峰值。額定電壓有交流值和直流值，交流額定值指標稱均方根電壓值，直流額定值指直流電壓值。常見保險絲額定電壓有32V，63V，125V，250V，600V。保險絲是對電壓不敏感的器件，只要電路的電壓低于其額定電壓，保險絲都保持默認狀態。

在電壓超過額定值的電路中使用保險絲會產生保險絲無法正常斷開的風險，因為熔體熔斷后會在端子之間形成電弧，而且還無法熄滅。這種電弧產生后，它們相當于一個低電阻，使故障電流像保險絲未熔斷一樣流過保險絲。

因此，在選型的時候，盡量選額定電壓比電路正常輸入電壓高的器件，這里系數取2.5倍以上。

（2）額定電流

額定電流是保險絲能正常長期工作的最大電流。額定電流的選擇，要考慮到電路中最大負載電流，使其不超過保險絲的額定電流。常見保險絲的額定電流有1A，1.25A，1.5A，1.6A，2A，2.5A，3A等。

關于額定電流的選擇，需要考慮到溫度和標準的差異。保險絲內部的熔體對溫度變化比較敏感，因此溫度會影響其性能。當溫度高于環境溫度時，保險絲實際所能承受的電流要高于額定電流；當溫度低于環境溫度時，保險絲實際所能承受的電流要低于額定電流。

因此，在實際計算額定電流時，要盡可能使額定電源遠離最大負載下的電流，并且滿足產品全溫度范圍下的折減。通常可以取1.5~2倍或者保險絲工作電流不應該大于額定電流的75%。

除了溫度對保險絲額定電流選擇有影響，UL/CSA(北美)和IEC(歐洲)標準對額定電流的要求也不一樣。按照UL/CSA規格生產的保險絲，在額定電流135%的情況下，需要在不超過一小時內斷路；而IEC規格的保險絲，在額定電流150%的情況下，可以至少保持一小時。也就是IEC標準生產的保險絲，可以在其標稱的電流下使用，而UL/CSA規格生產的保險絲，在需要降額使用，按照0.75的系數。

（3）允通能量

允通能量又稱熔化熱能值I2t，這個參數表征使保險絲熔斷所需要的能量值。這個參數和保險絲內部熔體的材料，結構，以及橫截面積有關系，與溫度和所加的電壓無關。每種保險絲根據額定電流值不同，使用了不同的材料和元件配置，因此這個參數是保險絲固有參數。

I2t值越大，保險絲承受過電流的能力越強，反映保險絲在短時間內經受高電流的能力。特別是在對浪涌電流進行防護評估時，I2t值是一個重要的參考參數，決定了保險絲在面對瞬時大電流時的保護能力，決定了在斷路前允許通過故障電路的能量。快熔型的保險絲的I2t比慢熔型的保險絲要小。

為了測出保險絲的I2t，通常是給保險絲逐漸施加電流，使其在8ms（60Hz的半周期）內或者更短的時間內使其斷開所需要電流的大小。

（4）中斷能量

中斷能量也叫分段能力，斷流容量或啟斷容量，是指在規定的電壓下，保險絲能安全地切斷的最大電流。保險絲的分斷能力必須等于或大于電路中的可能發生的最大故障電流。當保險絲中通過的瞬時過載電流超過額定值時，保險絲會破碎或爆炸，噴濺等引起周圍人身和其它元器件的燃燒等不安全破壞現象，從而引起危險。因此要求保險絲在保護動作后，還能夠保持完整的狀態（無爆裂、斷裂）。保險絲的分斷能力取決于保險絲的結構，低分斷能力保險絲大部分都是玻璃殼體的，高分斷能力保險絲通常有陶瓷殼體，其中許多還填充有純凈顆粒狀石英材料。

(5）溫度折減

溫度折減，就是要考慮溫度對保險絲內部熔體的影響。比如，使用littelfuse的312/318 系列保險絲

在25℃下額定容量為1安培的保險絲在-40時可能允許通過110%左右的電流，而在高溫80℃時可能只允許通過原有容量95%的電流。

（6）熔化特性

熔化特性也叫時間-電流曲線，代表了保險絲流過電流與斷開時間的關系，也就是保險絲在響應過電流時的響應速度。

根據熔斷時的快慢不同，分為慢熔型T（Time-lag），快熔型F(Fast)，中等速度M（Medium time-lag），以及比T更慢熔的TT與比F更快熔的FF等。其本質是利用保險絲的工作原理來設計。慢融型保險絲也叫延時保險絲，內部的熔體經過特殊加工而成，在熔斷時需要更多的熱量。這種保險絲用的電源輸入級具有非常好的防護效果。當電流是瞬態脈沖電流或者電機啟動負載，慢熔型保險絲因為熱量不夠，保險絲不會損壞，而當電路出現了長時間的故障時，慢熔型的保險絲會起作用，切斷電路。

（7）使用壽命

保險絲因為每次電流的通過和停止而被重復加熱和冷卻，導致保險絲內部的熔絲發生膨脹，收縮，長時間的機械應力造成金屬疲勞，導致保險絲的熔絲出現斷裂。為了減少這種由于機械應力導致的斷裂，延長使用壽命，在選擇保險絲時，推薦按照下面的降額系數：負載穩定時，推薦降額0.8；反復通電斷電，并且斷電時間較多時，推薦降額0.75；固定周期的間歇負載電流，推薦降額0.6

自恢復式保險絲

自恢復保險絲（Polymeric Resettable Fuse），簡稱PPTC(Polymer Positive Temperature Coefficient)，從英文名字可以看出，自恢復保險絲也叫聚合物正溫度系數熱敏電阻。是一種在電路中起限流作用的非線性熱敏電阻，與陶瓷型正溫度系數熱敏電阻器結構不同，自復式保險絲主要是由聚合樹脂高分子基體材料和導電微粒所組成。

在額定電流下，導電微粒在聚合物的內部形成低阻抗的網絡，呈現出正常的導電通道。當過電流或者溫度上升后，當達到保險絲的開關溫度后，聚合物中的晶體熔化成膠狀，體積膨脹使包裹在晶體外圍的導電粒子分離，此時保險絲呈現為高阻態，從而起到保護電路的作用。當異常過電流消失或者溫度下降后，自恢復保險絲高分子基體材料恢復至原來的形狀重新將導電微粒聯結起來，導電通道會恢復，自恢復保險絲電阻又恢復到原來的低阻狀態。因此，稱之為自恢復保險絲。