保險絲是什麼？保險絲種類及原理介紹

保險絲是什麼？保險絲種類及原理介紹

　　保險絲是一種電路中常見的保護元件，本篇技術文章將概略說明保險絲的用途、原理與種類，並以客戶應用實績說明各式保險絲的應用情境範例，如電動車、新能源與儲能產業等。

一、什麼是保險絲？

　　保險絲（Fuse，又稱熔絲或熔斷器）是一種用於保護電路的元件，利用電流熱累積效應，當電路中的電流過大時，在時間內熔斷以保護電路，防止過大的電流造成故障、損害其他元件或導致起火等危險狀況，是一種用於保護電路免受過電流或短路損害的電子元件。

 

二、保險絲的種類及其原理

（一）管式保險絲（Cartridge Fuse）

　　圓柱形的管式保險絲是常見的低成本保險絲，一般常見的管式保險絲外觀及結構如下：

 

1. 接觸端子：導體連接，提供電氣連接及安裝機械力。
2. 熔體：感知電流，並利用電流熱效應熔化或氣化的導體。通常採用絲狀或片狀的低熔點材料。
3. 滅弧介質：熄滅電弧，吸收導體及緩衝電弧溫度及機械衝擊力。
4. 管殼：耐溫絕緣結構，用以對抗電弧溫度和機械力衝擊，保持保險絲整體完整。通常使用陶瓷或玻璃管，其中陶瓷的斷流保護與防爆能力又更高。

 

　　以片狀熔體的保險絲為例，當保險絲通過過大的電流，熔體的狹頸就會因熱累積而熔斷；熔斷的過程大致描繪如下：

圖3／熔體狹頸熔斷過程

 

　　除了管式保險絲外，表面貼裝（SMD）型的保險絲也很常見，其外觀類似貼片電阻，形狀為長方體，以便貼焊於電路板上；此外保險絲也有DIP封裝、塑膠外殼封裝...等多種封裝方式，礙於篇幅暫不贅述。

圖4／各種封裝的保險絲。SMD保險絲與塑封保險絲也是常見的封裝形式。

（二）汽車用保險絲（Automotive Fuse）

 

　　汽車保險絲是用於保護汽車電氣系統的保險絲，通常集中安裝於車內的保險絲盒中。汽車保險絲大多使用片狀保險絲，但亦有管式等其他形式，有時亦會使用可重置的斷路器替代。

圖5／車用插片式保險絲（Blade fuse）

（三）Pyro Fuse（Pyro Switch or Excitation Fuse，常見譯名：高電壓電流阻斷器／斷開保險絲／激勵熔斷器／爆炸熔斷器）

 

　　Pyro Fuse與一般被動式的保險絲不同，具有主動控制功能；其原理是當系統偵測到異常電流或其他意外故障時，控制系統發出訊號，觸發Pyro Fuse中的微量火藥爆炸，產生高壓氣體，推動機械結構切斷導電迴路並將電弧熄滅，達到保護的效果。一個Pyro Fuse的原理示意圖如下：

 

　　此類Pyro Fuse的優點是可透過程式控制，即使無電流也可切斷，因此可更精準地控制何時斷開，熔斷速度更不遜色於一般保險絲；且由於是透過銅排載流，因此載流能力強、抗衝擊能力高。

 

　　Pyro Fuse常用於電動車等車載領域，當電動車發生事故受到劇烈撞擊時，Pyrofuse可立即將電路斷開，以避免電池短路或造成人員觸電等危險。

 

（四）智慧熔斷器

 

　　智慧熔斷器是Pyrofuse的延伸應用，差異在於智慧熔斷器並不需要由外部人為給予訊號源，而是可自行感應電流並熔斷。其原理是將Pyrofuse與一個可感知電流大小的元件整合在一起，例如在銅排的部分加上霍爾線圈做為電流取樣點，當電流過大時，霍爾線圈感應電流後便會發出訊號使智慧熔斷器熔斷。與Pyrofuse相同，智慧熔斷器也經常應用於電動車。

 

（五）PTC自復式保險絲（PTC Resettable Fuse）

　　PTC自復式保險絲（可重置保險絲），由正溫度係數熱敏電阻（PTC Thermistor）製成，當正常運作下電流通過PTC自復式保險絲時，一般情況下呈低阻抗；但當過電流發生，電阻會急劇升高，限制過電流流過，起到保護電路的效果；與熔斷後即無法再次使用的一般保險絲不同，自復式保險絲具有可重置的特性。

 

（六）溫度保險絲（Thermal Cutoff）

　　溫度保險絲與電流保護用的保險絲不同，是專門針對溫度保護的保險絲，當超過安全溫度時即熔斷，常見於電熱類設備中。其中可自恢復的溫度保險絲被稱作溫控器（或稱溫控開關、溫度開關），其原理是透過內部雙金屬片製成U型元件，當受熱時產生位移能量使其反向彈跳，推動推桿使其接點分離，造成斷路；當降溫後雙金屬片彈跳恢復至原狀，使接點閉合接通電路，從而達到溫度保護的效果。（關於溫度開關與斷路器等元件，歡迎參考泓威電子的說明）

 

三、保險絲規格參數與選型

以下介紹選擇保險絲產品時，常用的選型規格參數：

1. 額定電流：在標準規定的測試條件下，依照一定的測試方式進行驗證，視同保險絲可長期工作的電流值。需考慮可能發生的浪湧電流衝擊、預計要觸發的過電流大小、對整體系統的影響（溫昇、功耗等）以及與不同保護元件間的配合等。
2. 額定電壓：經過驗證，在一定條件下可安全分斷的標準電壓值。
3. 分斷能力：在規定的使用和性能條件下，保險絲在規定的電壓下能夠分斷的預期電流值（直流注意時間常數，交流注意功率因數），分斷能力有最大上限和最小下限。當設計電路中最大故障電流產生時，保險絲必須可安全地斷開電路，且不帶來任何破壞性（如爆炸等）。

 

保險絲常用參數：

最高應用電壓（Umax）：保險絲的額定電壓。

In = Is / K

Is：保險絲持續工作電流（幾分鐘持續通過電流的有效值）。

K：為持續工作電流降額（derating）係數。依相關條件變化，降額係數K需調整，常在0.6~0.8倍（綜合應用係數、環境溫度、導線降額、長期應用）。

In：保險絲額定電流。

 

K = Kt*Km*Kb*Kn

Kt：溫度校正係數。

Km：連接元件熱傳導係數。

Kb：海拔校正係數（考慮海拔高度對溫度的影響，調整額定電流）。

Kn：綜合降額係數（綜合應用係數，環境溫度、導線降額、長期應用…常在0.7~0.8倍）。

 

其他：根據應用與工作環境需要特別處理的參數等。

保險絲常見規範：

　　目前國際上保險絲常用的認可規範包括歐規IEC、美規UL、日規PSE，以及一些特定範圍的規範，例如英國插頭標準BS1362等。

　　如對保險絲選型尚有疑惑，歡迎與我們諮詢。

 

四、各式保險絲（熔斷器）產品應用

　　瑞澤電子代理各式保險絲（熔斷器）產品，相關應用範例如下：

 

1. 電動車、新能源車：

　　中熔為電動車開發的保險絲產品適用多種車輛，提高通用性的同時為您降低開發成本，加快車型開發速度。Pyro fuse和智慧熔斷器系列產品還可以提供低電流、零電流切斷主電路等優勢，在車輛遇到碰撞、涉水等危險情況時對於人員和安全性提供更佳的保護。

2. 儲能系統：

　　我們應用於儲能系統的保險絲可為電池及半導體裝置提供保護，分斷能力最高可達250KA，更有多種型號配合，亦可加裝微動開關以用於遠端檢測。

3. 風電系統：

　　我們專為風電應用開發的保險絲產品材質經過特殊製程處理，具有抗鹽鹼腐蝕、抗風沙和耐侵蝕的良好性能，可適應海上及陸地的大部分應用環境；分斷能力達200KA，滿足保護逆變器及變壓器的功能。

 

4. 光伏系統

　　應用於光電光伏系統的保險絲常用於保護光電模組。我們的保險絲不僅低溫升功耗，提供過載及短路保護，更具備鮮明的熔斷指示功能，可加裝微動開關以用於遠端檢測。

 

5. 突波保護器（SPD）

　　突波保護器（SPD，Surge protection device）是當過電壓流入時將突波引導泄流入大地，防止設備遭到雷擊等大電壓突波流過而損壞的裝置。然而突波保護器有可能故障失效，以下是幾種SPD常見的故障：

 

• 當大的雷電流通過時，斷路器無法承受而跳閘，SPD保護失效導致雷電流不能徹底泄放而損害後端設備。
• SPD常年使用後漏電流增大劣化失效，但電流值未到達後備保護器的脫扣值，不能分離，導致SPD起火。
• 電網暫態過電壓導致SPD瞬間擊穿短路失效，斷路器不能快速分離，導致SPD起火。

 

　　為解決此問題，中熔開發出SFD系列防電湧後備保護專用保險絲，可耐受通過 SPD 的電湧電流不斷開，並推出新的分斷能力指標，儘量降低保險絲的保護下限；可配合專用底座，導軌安裝，使後備保護裝置變成保險絲式隔離開關。

 

　　除上述應用範例外，我們的產品亦有通訊、電力產業、軌道交通等應用實績，如您有需求或需要更多產品規格資訊，歡迎來信索取。

 

五、總結

　　保險絲在各種需要電路保護的狀況都有廣泛的應用，尤其是對於電動車、電網、發電與儲能產業等涉及人身安全及重要基礎建設的應用來說，故障與失效可能導致非常嚴重的事故及損失，因此在電路規劃及選擇保險絲產品方面不可不慎。瑞澤電子提供各式高品質、高規格的保險絲相關產品，符合各項安全標準，種類多元可配合各種應用情境，如您有興趣，歡迎聯絡我們。

 

資料來源

• 西安中熔電氣（Sinofuse）
• 尼得科科智博（Nidec Components）
• 泓威電子（瑞澤電子台南公司）

 

關於瑞澤電子

 

　　瑞澤電子是台灣專業的電子零件供應商，授權代理中熔電氣（Sinofuse）、尼得科科智博（Nidec Components）、貝特（Betterfuse）等電子元件大廠產品，如您有相關零組件採購需求，歡迎向我們線上索取報價，或至電子現貨商城選購相關產品。
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