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贴片式微型保险丝

高工
2014-06-12 10:36:24    评分

贴片式微型保险丝
一、概述
保险丝是借助可熔性金属体内流过电流的焦耳热使自身熔断从而切断电路
来保护电路的。19 世纪后半叶, 保险丝随着以电灯为首的各种电气设备的发明
应运而生, 此后, 保险丝的结构形式基本没有改变, 并一直延续至今。
我们经常看到的是诸如玻璃管式保险丝和汽车中的片型保险丝等。作为电子
设备的保护元件, 玻璃管式保险丝被长期使用, 但由于它的体积大、易破碎、无
法实现自动化安装等缺点, 因此, 业界对微型保险丝需求的呼声越来越高。
传统的保险丝一般是以保护电源输入部分为主要目的。如今情况发生了一些
变化, 保险丝派生出了许多新的用途, 如设备内部印制板和IC等的保护、输入
输出电路的保护等, 这也使微型保险丝的使用量逐年增加。目前, 市售的微型保
险丝从引线型到1005 尺码规格各种形状型号多不胜数。
二、关于微型保险丝
1. 规格
大多数微型保险丝都取得了美国国家安全规格的UL248-14 认证, 这种规格
规定了下述这些内容:
① 通电容量: 按额定电流通电1 小时不熔断。
② 温度上升: 按额定电流通电时的温度上升<75℃ 。
③ 熔断试验: 在通以2倍额定电流情况下, 1分钟之内熔断。
④ 断路容量: 加上额定断路容量时, 不会连续地产生飞弧或引燃。

2. 形状与结构
微型保险丝的形状有引线型和片型之分, 如果按保险丝元件的结构来分的
话, 又可以分为线形和薄膜形。图1为日本松尾电机公司生产的微型保险丝的外
形和结构。表1所示为它们的特性和额定值。表中断路特性一栏“ 24V/50A”的含
义是: 即使加在电路上的最大电压为24V, 并使电路短路时流过的最大电流为
50A, 保险丝仍然能够确保使用上的安全。如果超过“24V/50A” , 则有可能产生
连续的飞弧而无法切断电路, 或者还会引起外壳破裂。
① JAD 型: 3216, 线形具有优良的耐脉冲电流特性, 适用于冲击电流较大的电路中。
② KAB 型: 2012/1608, 薄膜形体积小、额定电流范围宽, 是便携式电子设备中最理想的保险丝。
③ KAC 型: 1005, 薄膜形超小型, 具有优良的耐脉冲电流特性。

三、使用方法
在实际使用场合, 仅仅依据UL 规格条款来选定保险丝是远远不够的。
1. 在选择时必须考虑的几个问题
在了解了所使用电路的参数基础上, 按下面几个方面来选定保险丝: 常态电流、熔断电流( 希望使之熔断的电流和时间) 、开路电压、短路电流、冲击电流( 没有被切断的电流、时间和次数) 、环境温度。
① 常态电流: 首先我们必须知道, 在所使用的电路中流经保险丝的常态电流大小。通常情况下我们要预先设定一个减额量, 然后按下面的原则来进行选择:即常态电流必须小于额定电流与减额系数的乘积。
② 熔断电流: 按照UL 规格的规定, 保险丝应在额定电流2 倍的情况下快速熔断。但在大多数情况下, 为了确保可靠地熔断, 我们推荐熔断电流应大于额定电流的2.5 倍。另外熔断时间是重要的话, 还必须参考厂商提供的熔断特性图来作出判断。
③ 开路电压: 开路电压一般应选定为小于额定电压。例如将额定电压为DC24V 的保险丝用于AC100V 的电路中时, 有可能引燃保险丝或使保险丝破裂。
④ 短路电流: 我们把电路短路时流过的最大电流值称之为短路电流。对于各种保险丝来说, 额定断路容量是有规定的, 我们在选择保险丝时必须注意不要使短路电流超过额定断路容量。如果选择了断路容量小的保险丝, 则有可能使保险
丝破裂或者引发火灾。
⑤ 冲击电流: 观测冲击电流的波形( 脉冲电流波形) , 用I2t 值( 焦耳积分值) 来计算它的能量。冲击电流的大小和次数不同, 对保险丝造成的影响也是不同的。冲击电流的I2t 值与单脉冲的熔断I2t 值之比决定了保险丝耐冲击电流的次数。
2. 具体的选择方法
下面所列为参照图2 的波形和参数值来选定保险丝时的一个实例。
① 常态电流: 对于常态电流为1.2A, 使用减额系数为75%的保险丝时, 我们必须选择额定电流大于1.2A÷ 0.75=1.6A的保险丝。
② 熔断电流: 为了确保熔断电流大于额定电流的2.5 倍, 我们必须选择小于5A÷ 2.5=2A 额定电流值的保险丝。综合① 与② 两点, 我们应该把1.62.0A保险丝作为选择对象,从耐脉冲性能好这点出发,应选定2.0A 的较为有利。
③ 开路电压和短路电流: 选择额定电压大于12V、短路断路容量大于25A的保险丝, JAD 型、KAB 型和KAC 型都符合使用条件。
④ 冲击电流: 计算冲击电流的I2t 值( 焦耳积分值) 。冲击电流为三角波时可以按下式计算:
1/3× 102× 0.001≈0.033A2s
通过厂商提供的焦耳积分值- 时间特性图, 我们可以查阅到1ms 时的I2t 值,这是一个在单脉冲情况下熔断的I2t 值。对于 松尾电机公司生产的微型保险丝而言, 1ms 时的I2t 值为:
JAD 型2.0 产品:0.23 A2s
KAB 型2.0产品:0.06 A2s
由此可计算出同冲击电流I2t 值的比分别为:
JAD 型:0.033/0.23≈14%
KAB 型:0.033/0.06≈55%
根据厂商提供的I2t 比值和耐脉冲次数数据可以查阅到耐脉冲的次数。对松尾电机公司生产的微型保险丝而言, I2t 比值为14%时耐脉冲冲击的次数大于10万次; 而当I2t 比值为55%时耐脉冲冲击的次数不大于100 次。由此可见, 选用JAD 型2A保险丝是最为理想的。

3. 其他需要注意的问题
在实际使用中, 微型保险丝对安装条件、耐化学性能、耐超声波清洗性能等各方面有什么特殊的要求和问题, 必须事先通过厂商进行确认。
微型保险丝同贴片电阻和贴片电容等普通的电子元器件不同, 由于生产厂家的差异, 其规格有较大的差别, 另外实际安装时对印制板的散热和配线散热都会带来一定的影响, 因此对微型保险丝的选定是否确当, 最终还是应由产品的状态来予以认定。




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