自恢复保险丝是如何做到自恢复的？

大家好，这里是大话硬件。好久不见，距离上次发文已经有6个月的时间。在这6个月的时间内，虽然大话硬件公众号没有更新文章，大家应该还一直保持着学习的状态吧。

今天这篇文章想分享关于保险丝的内容，原因是前段时间在做2KV共模浪涌时，板子上的保险丝出现了断开，然后恢复的过程。于是，对保险丝内部的结构产生了好奇，遂整理了一下关于保险丝的知识点。

保险丝

保险丝又称为熔断器，用在电路里面作为保护器件。当电路中的电流超过保险丝的承受能力时，保险丝会及时熔断，从而切断输入和保险丝后级电路，达到保护电路的作用。

保险丝物理结构

制作保险丝的材料，主要是使用低熔点的金属，比如铅锡合金，锌，铜，银做成细条状，或者片状。熔丝如果是铅锑合金制成，熔点较低；如果是铜银合金制成，熔点较高。

早期的保险丝，没有外部保护器件，类似一根细导线。

小时候在农村家里使用的电闸就是细条状的保险丝。经常出现打雷时保险丝就烧断了，当需要更换保险丝，将两端的螺丝拧开，换上新的保险丝，电闸就能继续恢复使用。

随着技术的发展和工艺的进步，保险丝从最迟的条丝状，增加了片状，玻璃管型，陶瓷管壳型，塑胶片状带金属片，表贴型等。

同样，在littlelfuse的官网上，产品目录如下，保险丝的种类非常多。

无论是那种类型的保险丝，其实组成部分都可以拆解成3部分：熔体，电极和支架。其中熔体是保险丝的核心，不同种类的保险丝，主要是内部熔体不一样。电极一般有两个，将保险丝的熔体的两端引出，方便在电路里面使用；支架起到固定熔体和电极的作用。

由于保险丝的熔体通常都比较纤细柔软，如果没有支架的作用，保险丝内部的熔体在长途运输过程中会因为机械振动导致断裂。保险丝小电流很难做，但是大电流很好做，原因就在此。所以，支架起来了保护熔体和增加其抗机械振动强度。当然在，支架还具备绝缘性，耐热性，阻燃性能特点。

保险丝工作原理

保险丝是导体，当电流流过导体，因为导体存在电阻，所以在导体上将会发热，且发热量遵守公式

其中，0.24是系数, I是流过导体的电流，R是导体的电阻，T是电流流过导体的时间。根据上述公式可知，保险丝是导体，因此保险丝上发热量遵循上述的公式。

一款保险丝设计成型后，它自身的本体电阻是确定的，熔体的熔点也是固定的。当电流流过保险丝时，在保险丝上会聚集热量使保险丝的温度上升，如果产生热量的速度小于耗散速度或者两者达到平衡时，则保险丝内部温度不会上升到使熔体熔断。但是如果聚集热量的速度远大于耗散速度，则保险丝内部的温度会不断上升，最终达到熔体的熔点，导致保险丝烧断。这就是保险丝的工作原理。

保险丝关键参数

（1）额定电压

保险丝的标称工作电压为Un，也就是额定电压。额定电压需要大于电路输入电压的峰值。额定电压有交流值和直流值，交流额定值指标称均方根电压值，直流额定值指直流电压值。常见保险丝额定电压有32V，63V，125V，250V，600V。保险丝是对电压不敏感的器件，只要电路的电压低于其额定电压，保险丝都保持默认状态。

在电压超过额定值的电路中使用保险丝会产生保险丝无法正常断开的风险，因为熔体熔断后会在端子之间形成电弧，而且还无法熄灭。这种电弧产生后，它们相当于一个低电阻，使故障电流像保险丝未熔断一样流过保险丝。

因此，在选型的时候，尽量选额定电压比电路正常输入电压高的器件，这里系数取2.5倍以上。

（2）额定电流

额定电流是保险丝能正常长期工作的最大电流。额定电流的选择，要考虑到电路中最大负载电流，使其不超过保险丝的额定电流。常见保险丝的额定电流有1A，1.25A，1.5A，1.6A，2A，2.5A，3A等。

关于额定电流的选择，需要考虑到温度和标准的差异。保险丝内部的熔体对温度变化比较敏感，因此温度会影响其性能。当温度高于环境温度时，保险丝实际所能承受的电流要高于额定电流；当温度低于环境温度时，保险丝实际所能承受的电流要低于额定电流。

因此，在实际计算额定电流时，要尽可能使额定电源远离最大负载下的电流，并且满足产品全温度范围下的折减。通常可以取1.5~2倍或者保险丝工作电流不应该大于额定电流的75%。

除了温度对保险丝额定电流选择有影响，UL/CSA(北美)和IEC(欧洲)标准对额定电流的要求也不一样。按照UL/CSA规格生产的保险丝，在额定电流135%的情况下，需要在不超过一小时内断路；而IEC规格的保险丝，在额定电流150%的情况下，可以至少保持一小时。也就是IEC标准生产的保险丝，可以在其标称的电流下使用，而UL/CSA规格生产的保险丝，在需要降额使用，按照0.75的系数。

（3）允通能量

允通能量又称熔化热能值I2t，这个参数表征使保险丝熔断所需要的能量值。这个参数和保险丝内部熔体的材料，结构，以及横截面积有关系，与温度和所加的电压无关。每种保险丝根据额定电流值不同，使用了不同的材料和元件配置，因此这个参数是保险丝固有参数。

I2t值越大，保险丝承受过电流的能力越强，反映保险丝在短时间内经受高电流的能力。特别是在对浪涌电流进行防护评估时，I2t值是一个重要的参考参数，决定了保险丝在面对瞬时大电流时的保护能力，决定了在断路前允许通过故障电路的能量。快熔型的保险丝的I2t比慢熔型的保险丝要小。

为了测出保险丝的I2t，通常是给保险丝逐渐施加电流，使其在8ms（60Hz的半周期）内或者更短的时间内使其断开所需要电流的大小。

（4）中断能量

中断能量也叫分段能力，断流容量或启断容量，是指在规定的电压下，保险丝能安全地切断的最大电流。保险丝的分断能力必须等于或大于电路中的可能发生的最大故障电流。当保险丝中通过的瞬时过载电流超过额定值时，保险丝会破碎或爆炸，喷溅等引起周围人身和其它元器件的燃烧等不安全破坏现象，从而引起危险。因此要求保险丝在保护动作后，还能够保持完整的状态（无爆裂、断裂）。保险丝的分断能力取决于保险丝的结构，低分断能力保险丝大部分都是玻璃壳体的，高分断能力保险丝通常有陶瓷壳体，其中许多还填充有纯净颗粒状石英材料。

(5）温度折减

温度折减，就是要考虑温度对保险丝内部熔体的影响。比如，使用littelfuse的312/318?系列保险丝

在25℃下额定容量为1安培的保险丝在-40时可能允许通过110%左右的电流，而在高温80℃时可能只允许通过原有容量95%的电流。

（6）熔化特性

熔化特性也叫时间-电流曲线，代表了保险丝流过电流与断开时间的关系，也就是保险丝在响应过电流时的响应速度。

根据熔断时的快慢不同，分为慢熔型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与比F更快熔的FF等。其本质是利用保险丝的工作原理来设计。慢融型保险丝也叫延时保险丝，内部的熔体经过特殊加工而成，在熔断时需要更多的热量。这种保险丝用的电源输入级具有非常好的防护效果。当电流是瞬态脉冲电流或者电机启动负载，慢熔型保险丝因为热量不够，保险丝不会损坏，而当电路出现了长时间的故障时，慢熔型的保险丝会起作用，切断电路。

（7）使用寿命

保险丝因为每次电流的通过和停止而被重复加热和冷却，导致保险丝内部的熔丝发生膨胀，收缩，长时间的机械应力造成金属疲劳，导致保险丝的熔丝出现断裂。为了减少这种由于机械应力导致的断裂，延长使用寿命，在选择保险丝时，推荐按照下面的降额系数：负载稳定时，推荐降额0.8；反复通电断电，并且断电时间较多时，推荐降额0.75；固定周期的间歇负载电流，推荐降额0.6

自恢复式保险丝

自恢复保险丝（Polymeric Resettable Fuse），简称PPTC(Polymer???Positive??Temperature?Coefficient)，从英文名字可以看出，自恢复保险丝也叫聚合物正温度系数热敏电阻。是一种在电路中起限流作用的非线性热敏电阻，与陶瓷型正温度系数热敏电阻器结构不同，自复式保险丝主要是由聚合树脂高分子基体材料和导电微粒所组成。

在额定电流下，导电微粒在聚合物的内部形成低阻抗的网络，呈现出正常的导电通道。当过电流或者温度上升后，当达到保险丝的开关温度后，聚合物中的晶体熔化成胶状，体积膨胀使包裹在晶体外围的导电粒子分离，此时保险丝呈现为高阻态，从而起到保护电路的作用。当异常过电流消失或者温度下降后，自恢复保险丝高分子基体材料恢复至原来的形状重新将导电微粒联结起来，导电通道会恢复，自恢复保险丝电阻又恢复到原来的低阻状态。因此，称之为自恢复保险丝。