熔断器技术概述
便携式电子设备和消费类设备，以及汽车、军事和航空航天应用中的几乎所有电子装置，都需要在一定程度上做好过流事件防护。最经济和常见的过流保护方式是熔断器。伊顿提供配置各异、种类繁多的熔断器。选择适用于特定应用的熔断器时，需要考虑数量多得惊人的参数。熔断器技术网页将审查基本的熔断器工作、应用和选择标准。
过流熔断器有两个主要用途：
- 使元器件、设备和人员免遭过流引起的火灾和电击风险
- 在故障发生后从主系统中隔离子系统
什么是过流事件？
当电路承受的负载超过正常负载时，就会发生过流事件。过流事件可以是过载或短路状态。元器件和设备可能会因两种类型的过流而损坏。
过载状态是指电路内流动的任何电流高于电路的正常满载电流。过载时，电流值通常是电路正常工作电流的二至五倍。
短路状态是一种过流事件，不仅偏离正常电流路径，而且电流值大幅超过电路的正常满载电流（达到数十、数百甚至数千倍）。
选择过流保护产品
在正常负载条件下，熔断器必须承载电路的正常工作电流，同时不会遭遇扰动性开路。但是，当过流发生时，熔断器必须中断过流，并在内部起弧后承受住熔断器两端的电压。
要正确选择熔断器，必须考虑以下标准：
电压额定值
正常工作电流
环境温度
环境温度是指熔断器周围的空气温度，不一定是室温。熔断器的所有电气特性均在环境温度为 25 °C 时确定额定值和验证。环境温度的升高和降低都会影响熔断器的开路和载流特性。熔断器数据表中的温度降额曲线展示了这种影响。
过载状态和开路时间
可用短路电流
熔断积分 (I2t)
熔断器的熔断积分（通常称为 I2t）是指熔融特定熔断器元件所需的热能。该值由熔断器元件的构造、材料和横截面面积决定。每个熔断器系列和安培额定值都使用不同的材料和元件配置，因此，必须确定每个熔断器的 I2t 值。为确定熔断器的 I2t，需要在直流测试电路中测试额定电流（时间常数小于 50 微秒）。通过使用高速示波器和一体化程序，可以测量非常准确的 I2t 值。时间电流图描绘的 I2t 数据（图 1）。
电路设计者可以借助包括熔断器熔融 I2t 在内的多个值，为特定应用选择熔断器和确定恰当的容量大小。该值可与电路中的瞬态浪涌电流产生的热能进行比较。
时间电流曲线
时间电流曲线反映了熔断器熔融或清除时间与 RMS 或直流电流值之间的关系。在公布的大多数图形中，反映的特性通常是指熔断器在经受一定电流时的平均熔融时间。这些曲线通常展示承载 100% 额定电流的能力。它们还反映了熔断器的这一能力：在指定过载点处（通常为熔断器额定值的 135% 至 300%），在最大开路时间内开路的能力。
从设计角度看，时间电流曲线有效帮助工程师为应用指定熔断器类型或额定值。但是，建议在实际应用中测试熔断器样品，以验证其性能。
脉冲和浪涌特性
瞬态浪涌或脉冲电流用于描述电路中的任何起动、浪涌或瞬态电流产生的波形。在某些应用场合下，出现脉冲电流很正常。
因此，请务必确定恰当的熔断器容量大小，以便在允许这些脉冲通过的同时不造成扰动性开路或熔断器元件退化。如果过载状态持续出现，则熔断器必须在 UL 和 CSA 标准规定的限度内开路。抗浪涌能力是指熔断器设计和/或分类的功能，与浪涌脉冲、持续时间、频率等因素相关。
脉冲电流可能会产生热能，这些热能不一定足以造成熔断器开路，但可能会导致元件疲劳并缩短熔断器寿命。为了确定恰当的熔断器容量大小及其浪涌耐受能力，应确定电路的脉冲能量，并将其与熔断器的时间电流曲线和 I2t 额定值进行比较。熔断器的熔融 I2t 值必须大于或等于脉冲 I2t 与脉冲系数的乘积。
峰值电流和衰减时间定义了脉冲电流特性或波形。脉冲可以产生不同的波形，这决定了用于计算脉冲能量或 I2t 的公式。图 2 显示如何选择合适的波形及其对应的脉冲 I2t 计算过程。
熔断器耐受能力
计算出电路的脉冲 I2t 后，即可确定熔断器在不会对熔断器元件造成热应力（热应力可能导致扰动性开路）的情况下承受浪涌脉冲的能力。电路设计者需要确定恰当的熔断器容量大小，以使熔断器的熔融 I2t 值大于或等于脉冲 I2t 与脉冲系数 Fp 的乘积，即：I2t 熔断器 ≥ I2t 脉冲 x Fp。
脉冲系数取决于熔断器元件的构造。熔断器在装置使用寿命内承受的浪涌脉冲数量和频率将影响“线在空气中”(wire-in-air) 结构的熔断器元件（例如圆管型熔断器，6125 和 1025 系列）。这种结构设计利用主元件材料上镀覆或沉积的低熔点金属来产生“M”效应。如果未恰当确定熔断器容量大小，低电平脉冲电流可能导致低熔点金属与元件形成合金，同时未能使元件完全开路。
一连串脉冲电流最终将产生足够的热量来改变电阻，甚至使熔断器永久开路。因此，务必要考虑熔断器将承受的脉冲电流数量。
SolidMatrix 熔断器（例如 0603FA 或 3216FF 容量大小的表面安装熔断器）目前并未对元件结构使用“M”效应。元件仅会受每个脉冲热能的影响，并且通常不会因脉冲的数量或频率而退化。
表 1 可用于确定脉冲系数 (Fp)。例如，I2t 为 0.0823 且脉冲系数 Fp 为 1.25 的脉冲电流需要选择熔融 I2t 大于或等于 0.1029 的熔断器。
- 熔融 I2t 熔断器 ≥ I2t 脉冲 x Fp
- 熔融 I2t 熔断器 ≥ 0.0823 x 1.25
- 熔融 I2t 熔断器 ≥ 0.1029
请务必注意，必须在相同测试条件下计算或测试所比较的熔断器熔融 I2t 值和脉冲电流值；最重要的是，峰值电流大小必须相同。例如，如果脉冲的峰值电流为 15A，则必须在 15A 处计算熔断器的熔融 I2t，另外还要全面了解熔断器在该电流值下的电气特性。
表 1.
脉冲系数 Fp
可用电路板空间
表 2.
传统圆管型熔断器的实际尺寸
标准要求
Bussmann 系列过流保护产品类型
贴片式熔断器
获得专利的 SolidMatrix 贴片式熔断器为以下硬件中的次级电路提供可靠的过流保护：手机听筒、电池组、数码相机、便携式设备、打印机、笔记本电脑、电视机、汽车仪表面板等。这种熔断器具有出色的循环特性、小尺寸和 SMD 封装方式，可为当今和未来的技术提供最有效、最可靠的过流保护解决方案。
砖式熔断器
获得专利的砖式熔断器采用节省空间的 SMD 封装方式，提供出色的抗浪涌能力，非常适合当今许多要求更高的应用场合，例如电源、基站、电视机、计算机、白色商品和电机控制电路等。
径向引线式熔断器
伊顿向全球市场提供小巧的 Bussmann 系列径向引线式熔断器，此系列能在空间受限的应用场合（如电源适配器、电视机、手持式消费品、白色商品等）下提供经济高效的初级电路保护。
IEC 和 UL 电子熔断器
除了提供 SMD 和通孔装置熔断器外，伊顿还提供一整套 Bussmann 系列传统电子熔断器，此系列熔断器按照 IEC 标准（5mm 产品线）和 UL 标准（1/4” 产品线）进行设计。这两条产品线提供经济高效的过流保护解决方案，适用于电源、白色商品、电机控制设备、机顶盒等多种应用场合。
词汇表
安培平方秒 I2 熔断器的熔融、起弧或清除积分（称为 I2t）是指熔融、起弧或清除特定电流所需的热能。它可表示为熔融 I2t、起弧 I2t 或两者的总和 - 清除 I2t。 |
过流 指超过正常负载电流时电气线路中出现的状态。过流状态有两个不同特性：过载和短路。 |
起弧时间 从熔断件熔融之时起到中断或清除过流所经过的时间。 |
过载 可分类为以下这种过流状态：电流值超过电路正常满载电流的两到五倍，并且保持在正常电流路径内。 |
清除时间 从过流开始到过流保护装置在额定电压下使电路最终开路的总时间。清除时间等于熔融时间与起弧时间的总和。 |
电阻式负载 一种电气负载，特征是不会汲取任何巨大的浪涌电流。当电阻性负载通电时，电流会立即增大到其稳态值，而不会首先增大到更高的值。 |
CSA CSA 集团与企业、组织和执法机构合作，对产品进行测试和认证。 |
RMS 电流 任何周期性电流的 RMS（均方根）值等于特定直流电的值，该直流电流过电阻时在电阻中产生的热效应与周期性电流相同。 |
快速动作熔断器 指在过载和短路状态下非常快速地开路的熔断器。此类熔断器的设计并非为了承受与某些电气负载相关的临时过载电流。当承受的电流达到额定电流的 200% 至 250% 时，UL 列出或认可的快速动作熔断器通常会在 5 秒（最慢时间）内开路。IEC60127-4 包含两类快速动作熔断器：
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短路 一种过流状态，不仅偏离正常电流路径，而且电流值大幅超过电路的正常满载电流（达到数十、数百甚至数千倍）。 |
圆管形熔断器 玻璃体或陶瓷体的管状熔断器，带有用作端接点的金属端盖，以便插入夹子和从夹子中拔出。 |
延时熔断器 一种内置延时功能的熔断器，能在不工作的情况下允许临时和无害的浪涌电流通过；设计为在持续过载和短路时开路。当承受的电流达到额定电流的 200% 至 250% 时，UL 列出或认可的延时熔断器通常会在 2 分钟（最慢时间）内开路。IEC 包含两类延时熔断器：
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熔断器 一种带有熔断件的过流保护装置，可在出现过流状态时工作并使电路永久开路。 |
UL UL 是一家全球认证公司，专门制定电气、商业、工业和消费者产品的安全标准。 |
IEC 全称为“国际电工委员会”，是一家全球性领导组织，负责编制和发布所有电气、电子和相关技术的国际标准。 |
电压额定值 最大开路电压，在该电压下可以使用熔断器，同时能安全中断过流。超过熔断器的电压额定值会损害熔断器安全清除过载或短路的能力。 |
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