1 熔断器的工作机理理解熔断器的工作机理，是正确进行熔断器匹配设计的前提。要充分理解保险丝的工作机理，只需要弄懂两个问题：1是电路中为什么要加保险丝，2是保险丝是如何保护电路的。电路中为什么要加保险丝？如果线路中没有加保险丝，那么一旦电路过载，或者短路发生时，回路中的电流必然增加，这样当流经导线的电流大小超过导线的承载电流时，导线过载发热，融化导线绝缘层与铜丝，甚至发生自燃，引发安全事故（烧车）。
保险丝就是在这样一个情形下产生的，为了避免导线自燃，我们希望有一个元器件能够在导线燃烧之前，监测到回路中的过电流，短路电流，并能够迅速作出反应，能够迅速对回路进行中断（保险丝熔断），从而达到保护导线的目的。这样的一个在电路中保护导线的元器件，就是我们说的保险丝，或者叫熔断器。保险丝是一种热能响应装置，它是为了保护线束而有意设计和制造成线路中最弱的一部分，它是对导线进行保护的电气元件。值得一提的是，在电路中，保险丝只能保护保险丝之后的导线，故保险尽量设置在靠近电源的位置，如下图所示。倘若距离太远的话，需要考虑设置上一级保险。
保险丝是如何保护电路的？保险丝的工作机理是什么？理解了电路中为什么要加保险丝，实际上已经对保险丝的工作机理有了一个比较清晰的认识。弄明白保险丝的主要作用及工作机理对于熔断器的匹配设计很重要。保险丝的工作机理是，在电路短路时，在导线冒烟着火时能够及时的熔断，以便对电路进行切断，防止电线燃烧，引起整车自燃。保险丝的具体工作原理如下：保险丝具有一定电阻，在流过电流时导体会发热，随着时间增加发热量增加，电流与电阻也增加了产热速度，保险丝的构造与其安装确定了散热速度。若：产热速度＜散热速度，保险丝是不会熔断的；若：产热速度=散热速度，在相当长时间内也不会熔断；若：产热速度＞散热速度，热量聚集，当温升达到保险丝的熔点以上保险丝就发生了熔断。这就是保险丝的工作原理。在电路设计中，保险丝被串在电路电源侧，当负载过电流、器件或导线短路，电流产生的热量在保险丝截面积较小的部分达到熔点而熔断，保护了该回路的导线。
2 保险丝的类别介绍汽车用保险丝标准化程度最高、世界各国汽车制造厂商均在使用，以某的保险丝为例，车用保险丝的具体分类如下：1）按照保险丝的外观特点，可以分为：片式熔断器（bladefuses）。由两个片形插头式输入输出端子与一个保险丝组成的电导体件和一个绝缘体组件所构成。也叫做插头式、插片式、插刀式熔断器。常见的型号有AUTO，FKS，MINI，FK1，MAXI，FK3，LP-MINI。插入式熔断器（cartridgefuses）。由两个片形插座式输入输出端子与一个保险丝组成的电导体件和一个组合的绝缘体组件所构成。也叫做插座式熔断器、盒式熔断器。如JCASE，LP-JCASE，MCASE。旋紧式熔断器（boltdownfuses）。由两个片形插头式的适合螺钉连接的输入输出端子与一个保险丝组成的电导体件和一个组合的绝缘体组件所构成。也叫做螺栓紧固式熔断器。如MIDI/BF1，MEGA。
2）按照保险丝熔断特点，可以分为：快熔式。适用于小电流、短时间脉冲电流负载。
慢熔式。适用于大电流，长时间脉冲电流负载。
3 保险丝的类型选择前文我们已经熟悉了保险丝的不同分类，熔断器/保险丝的类型该如何选择。选择保险丝的类别，一般都是先确定负载类型，根据负载类型去选择快熔保险丝，或是慢熔保险丝，确定保险丝的类别后，再根据实际使用情况，比如安装环境，现有保险丝物料体系，需求的保险丝容量的大小等，去选择合适的保险丝型号。1）负载类型的确定负载包括连续性负载、间歇负载和特殊负载。连续性负载：从开关被打开，直到关闭为止，电流持续流经所产生的负载被称为连续负载。间歇性负载：打开开关后，当手放开或过段时间自动关闭，只在操作时短时间有电流流动的负载称为间歇性负载。特殊负载：连续性负载和间歇性负载以外的负载，如雾灯、转向灯。连续性负载和间歇
2）保险丝类型的确定保险丝类型的确定是根据负载类型及负载电流的大小来确定的。选用快熔保险丝的情况电阻型的负载一般为连续性负载，通常使用快熔保险丝，如各个控制模块，灯光系统等对于电机类感性负载，若熔断时间超过负载的峰值电流时间，则可以选择快熔保险丝，若不能满足则需选择慢熔保险丝。当负载为小电流负载（20A以内）时，选用快熔保险当负载为短时间脉冲电流负载时，选用快熔保险快熔保险丝常用Mini保险丝，其规格230A，适用于电流不超过30A的负载，如内外灯具，安全气囊等。选用慢熔保险丝的情况一般来讲电机，阀等电感类负载使用慢熔保险当负载为大电流负载（20A以上）时、选用慢熔保险丝，如后除霜；长时间脉冲负载时选用慢熔保险丝，如玻璃升降电机等电机类负载；当存在锁电流负载时，选用慢熔保险，如雨刮电机，门锁电机，电动座椅等负载慢熔保险丝常用JCASE保险丝、MIDI保险丝和Mega保险丝。JCASE保险丝规格2060A。主要适用于后除霜、空调鼓风机、冷却风扇等大电流负载；Midi保险丝规格30200A，适用于电流不超过200A的负载，如蓄电池保险丝盒处的大保险丝；Mega保险丝规格40500A，目前市场上额定电流最高的产品，适用于高电流和高脉冲的电路保护。如蓄电池，发电机的保护；
1）保险丝的各项参数
环境温度：指直接环绕保险丝周围的空气温度，不应与室温相混淆。在许多实用场合，保险丝的温度相当高，这是因为它是封闭安装（如装在配电板的固定架中），或安装在其他发热元件，如电阻、变压器等附近。 致断容量：见熔断额定容量。 电流特性：标注在保险丝上的标称安培数。该数值由制造商确定，为该保险丝所能载的电流，其确定的根据为一系列经控制的试验条件（见“额定值的减少”）。 降额系数：在25℃环境温度下，我们推荐保险丝的工作电流不应超过标称电流值的75%，这是因为该标称电流值是采用经控制的试验条件确定的。这些试验条件是UL标准198C“辅助过流保护用熔丝”的一部分，其主要目的是要规定出为连续控制用于防止火灾等用途的制成元件所必须的共同检测标准。这些检测标准常见的变动因素包括：完全封闭的熔丝架，高接触电阻，空气的流动，瞬时峰值，以及连接电缆尺寸（直径与长度）方面的变化。保险丝实质上是温度敏感元件。即便所控制的检测条件发生的变化很小也会极大地影响熔丝的预期寿命，特别是当其负荷为其标称值时。标称值通常表示为100%额定值。 电路设计工程师应清楚地懂得，设置这些控制的检测条件的目的是使保险丝制造商能够使其产品的性能标准保持统一，因此他必须解释清楚使用保险丝时的各种变化条件。为了补偿这些变化，电路设计工程师在为其设备设计安全可靠而寿命又长的熔丝保护时加给保险丝的负荷通常不应超过制造商所列标称额定值的75%。请记住，必须提供足够的过载和短路保护的裕量保险丝是温度敏感元件，其各个参数是在25℃环境温度下确定的。保险丝通过电流时产生的保险丝温度随着环境温度的改变而升高或降低。
大多数传统的慢断保险丝其设计采用的材料具有较低的熔化温度，因此，对环境温度的变化比较敏感。
尺寸：除非另有规定，尺寸以毫米为单位，本产品目录中的保险丝尺寸的范围从小的1206电路片尺寸（3.1mm长×1.6mm宽×0.12mm高）到大的5AG。5AG通常也叫做“微型”保险丝（10.3mm直径×38.1mm长)。在以往的年代中不断开发出了多种新产品，保险丝的尺寸不断演变以满足各种电路保护的需要。最初的保险丝是很简单的明线元件。后来在十九世纪九十年代出现了爱迪生发明的把细导线封闭在台灯座里的第一个插塞式保险丝。 下表中的保险丝尺寸从早期供汽车使用的玻璃保险丝开始，其中有“AG”这个标记，A代表汽车，G代表玻璃，即Automobile Glass。AG前面所用的数字是按年代的顺序确定的，因为每一种新的规格尺寸的保险丝都是由不同的制造商开始生产的，例如“3AG”是第三种投放市场的熔线尺寸。其他各种非玻璃熔丝的尺寸及结构虽然是由功能要求确定的，但仍保留了玻璃的熔线尺寸。其他各种非玻璃保险丝的尺寸及结构虽然是由功能要求确定的，但仍保留了玻璃纤维，陶瓷或除玻璃以外的类似材料制造的。下表中所示的最大尺寸的保险丝是5AG，即“微型”，这个名称是由电气工业及国家电气编码范围所采用的。国家电气编码范围通常把14.3mm×50.8mm的保险丝看作是使用中的最小的标准保险丝。
2）保险丝的性能指标：
保险丝设计方面的性能是指保险丝对各种电流负荷作出反应的迅速程度。
保险丝的性能通常可分成三类：
超快熔断型、快熔断型和慢熔断型三类。
慢熔断型熔丝的特点是这类熔丝设计有附加的热惯性以承受正常的启动过载电流增量。
保险丝结构：内部结构会随着安培额定值的不同而有所变化。
保险丝座：在许多场合中，保险丝安装在底座上。保险丝及其辅助的保险丝座不是当作开关用的，不是用来接通或切断电源的。
熔断额定容量：也称为致断容量或短路额定容量。熔断额定容量是熔丝在额定电压下能够确实地熔断的最大许可电流。短路时，熔丝中会多次通过比其正常工作电流大的瞬时过载电流。安全运行要求熔丝保持完整的状态（无爆裂事断裂）并消除短路。
熔断额定容量随保险丝的设计不同而有所变化，从250V，公制尺寸（5×20mm），35安培AC的熔丝到600V，KLK系列的200000安培AC的熔丝。用户可从生产厂家得到有关其他系列保险丝的资料。
按照UL标准198G分类的保险丝，要求其熔断额定容量为10000安培。也有些例外情况，这些例外情况的熔丝在许多实用场合具有大大超过可能出现的短路电流的安全指标。
有害断路：有害断路常常是由于对设计的电路分析不完全造成的。在“熔丝选择指南”中所列出的所有选择因素中，必须特别注意正常工作电流、环境温度和过载增量这三项参数。例如，造成常规电源有害断路的一种常见的原因是没能充分考虑熔丝的标称熔化热能I2t额定值的20%。
电阻：熔丝的电阻在电路的整个电阻中也非常重要。由于安培数小于1的熔丝的电阻只有几个欧姆，所以在低压电路中采用保险丝时应考虑这一因素。用户可从制造厂家得到保险丝的实际电阻值。大部分保险丝是用温度系数为正的材料（PTC)制造的，因此，我们常常会提到冷电阴和热电阻（额定电流下的电压降）。实际的工作电阻位于其间。用不大于保险丝标称额定电流百分之十的测量电流可测得冷电阻。如果此参数对设计分析来说是极限值的话，那么用户应向生产厂家咨询。热电阻是根据保险丝上流过的值等于额定电流时产生的。
短路容量：参见“熔断额定容量”。
焊接注意事项：因为大多数熔丝的结构中有焊接接头，因此当打算焊接方法安装这些熔丝就位时应当十分小心。焊接时热量过多会使熔丝内的焊料回流而改变其额定值。保险丝是类似于半导体的热敏元件，因此，推荐用户在焊接熔丝时使用吸热装置。
抽样检测的方法：因确定某些规格的合格与否要求破坏性检测，所以，对每一批制成品都要依统计学的原理采用通用的方法检测。
时间—电流曲线：作为熔断特性的图形表示，时间—电流曲线一般是中间曲线，我们给出曲线是作为设计的辅助手段，而不是作为熔丝规格的一部分。时间—电流曲线在选择熔丝时极为有用，因为具有相同额定电流值的保险丝可能有相当不同的时间—电流曲线。熔丝规格中一般包括工作电流为百分之百或百分之一百一十额定值时的寿命要求及过载（通常为额定值的135%或200%）时的最大断路时间。检测某些项规格的合格与否要进行破坏性检测。对于每一批制成品来说都要依统计学的原理来进行破坏性检测。时间—电流曲线给出设计所需的平均数据。然而，对任何一批特定的产品，该平均值可能有些差异，因此一旦选定了一种熔丝，就应测试一些样品以鉴定其性能。
UL标识：带有UL标识的产品表示熔丝满足保险商实验室标准的各项要求，即“辅助过流保护用熔丝”No1998G。一些保险丝是按照UL标准275分类的，表示该产品根据保险商实验室元件大纲获得认可并要求应用鉴定书。
电压额定值：标注在保险丝上的电压额定值表示该熔丝在电压等于或小于其额定电压的电路中完全可以安全可靠地中断其额定的短路电流。电压额定值系列包括在N．E．C规定中，而且也是UL的一项要求，作为防止火灾危险的保护措施。对于大多数小尺寸熔丝及微型熔丝，制造商们采用的标准电压额定值为32V、125V、250V、600V。
在带有相对低的输出电源的电路阻抗限制短路电流值小于保险丝电流额定值十倍的电子设备中，常见的做法是规定电压额定值为125V或250V的保险丝可用于500V或更高电压的二次电路保护。
如前所述，保险丝是对电流的变化而不是对电压的变化敏感。保险丝在从零到其最大额定值间的任何电压下都保持其原状。电路电压及有效功率直到保险丝熔化并且发生跳火时才会成为问题。电路的可靠中断与民路电压和有效功率有关，所以放在“熔断容量”中加以讨论。
概括而言，保险丝可以在小于其额定电压的任何电压下使用而不损害其熔断特性。如果在完全短路的条件下熔丝上出现的最大功率电平只能产生低能量的非破坏性的电弧的话，那么保险丝可在高于其经过检定的电压额定值的各种电压下使用。
标称熔化热能I2t的推导：对每一项保险丝设计都进行实验室测试以确定熔化熔断部件所需的能量。该能量被称之为公称熔化热能I2t，读为“安培平方秒”（A2Sec）。给熔丝施加一个电流增量并测量熔化发生的时间。如果在约为0.008秒或更短的短时间内不发生熔化，那么就增加脉冲电流的强度。重复进行这一测试步骤的目的是确保所产生的热能没有足够的时间从熔丝部件通过热传导跑掉。也就是说，全部热能（I2t）都用于熔化。一旦确定了电流（I）物和时间（t）的测定结果，计算熔化热I2t就很简单了。当熔化过程结束时，出现电弧，紧接着熔丝就断了。本刊物中给出的公称I2t值属于“消除”即“断开”的熔化状态的那一区段。
（3）保险丝选型指南
保险丝选择过程中需要考虑的参数如下：
⒈、正常工作电流；
⒉、额定电压；
⒊、环境温度；
⒋、过载电流与保险丝必须熔断的时间；
⒌、可能出现的最大故障电流；
⒍、脉冲、冲击电流，涌入电流，启动电流和电路瞬变值；
7、结构尺寸限制，如长度、直径或高度；
⒏、要求的机构鉴定，如UL，CSA，VDE或军事部门等机构的测试认证；
⒐、需要考虑的事项：容易移动，轴向引线，目测指示等；
⒑、保险丝座部件：保险丝夹，安装盒，面板安装，P．C．台安装，R．F．I屏蔽（安装）等等。
正常工作电流：在25℃条件下运行，保险丝的电流额定值通常要减少25%以避免有害熔断。例如，一个电流额定值为10A的熔丝通常不推荐在25℃环境温度下在大于7.5A的电流下运行。
额定电压：保险丝的电压额定值必须等于或大于有效的电路电压。
环境温度：保险丝的电流承载能力试验是在25℃环境温度下进行的，这种试验受环境温度变化的影响。环境温度越高，保险丝的工作温度就越高，其寿命也就越短。相反，在较低的温度下运行将延长熔丝的寿命。当正常工作电流达到或超过所选保险丝的额定电流时，保险丝也逐渐变得越来越热。实际经验表明，在室温下，如果在不大于保险丝电流数据的75%条件下使用的话，那么保险丝应该无限期地运行下去。
过载电流情况：是为了电流强度而需要保护。故障情况或可用电流和破坏发生前能够耐受故障的最长时间这样的量来表示。要试图使熔丝的特性与电路的需要相匹配，就应考虑时间—电流曲线，同时还应时时记住时间—电流曲线是以平均数值为根据的。
最大故障电流：熔丝的致断容量必须满足或超过电路中的最大故障电流。
脉冲：脉冲这个一般术语在本文中用来描述范围很宽的各种波形，这些波形可称为“冲击电流”，“起动电流”，“涌入电流”和“瞬变值”。电脉冲的状况会因实用场合不同而相差很大。对某一特定的脉冲状况，不同的熔丝结构会作出不同的反应。电脉冲产生热循环因而产生能够影响保险丝寿命的可能的机械疲劳。初始或起动脉冲对某些实用场合是正常的，而要求使用慢熔断熔丝。慢熔断熔丝有热延迟设计，能使其在正常的起动脉冲下保持完好并仍然能够对长时间的过载提供保护。设计时应确定起动脉冲并与熔丝的时间—电流曲线和I2t额定值进行比较。建议进行实用测试以确定保险丝能够承受脉冲状况的设计能力。
标称熔化热能I2t是对要熔化熔丝部件所需能量的度量，读为“安培平方秒”（A2Sec）。该标称熔化热能I2t，及其所代表的能量（在8毫秒［0.008秒］或更短的持续时间内)，对于每一种不同的熔丝部件来说是个常量值。因为对于每一种熔丝类型和额定值，以及其相应的部件编号都有不同的熔丝元件，所以，对每一种熔丝都必须确定其I2t。I2t值是熔丝本身的一个参数，其决定因素是元件材料及熔丝元件的形状。除根据前面所讨论的“正常工作电流”，“减少额定值”和“环境温度”选择熔丝外，还必须使用I2t设计方法。标称熔化热能I2t对每种保险丝元件设计不仅是个常量而且还与温度及电压无关。保险丝选择中这一标称熔化热能I2t方法最常用于熔丝必须承受得住电流脉冲大而持续时间短的那些实用场合。这些高能电流常见于许多实用场合，描述这些高能电流有许多术语，如冲击电流、起动电流、涌入电流和其他类似的可以分类在“脉冲”一般类型中的电路瞬变值。对每种熔丝设计都进行实验室测试以确定其公称熔化热能I2t的额定值。
例子：选择一种125V，特快熔断类保险丝，能承受脉冲波形的100000次脉冲电流。正常工作电流为0.75A，环境温度为25℃。
步骤一，参见图表1并选择适当的波形，本例中为波形E。把最大脉冲电流的适当值（ip）和时间（t）代入波形E相应的公式内并计算结果如下：
I2t=t×0.004=0.0512A2Sec，该值称为“脉冲I2t”。
步骤二，参见图表Ⅱ型，确定所要求的公称熔化热能I2t的值。图表Ⅱ给出了步骤—中计算出来的出现100000次脉冲时I2t的数值为22%。把这脉冲I2t转换成所要求的公称熔化热能I2t值如下：
标称熔化热能I2t=脉冲I2t/0.22=0.0512/0.22=0.2327A2Sec
步骤三，检验该型，125伏，特快熔断类熔丝的I2t额定值数值。部件编号251001，1安培设计其额定值为0.281A2Sec,这是能够适应在步骤二中计算出来的0.2327A2Sec这个数值的最小熔丝额定值。如前所述，当该1安培额定值的减少系数为25%时，该1安培的熔丝也将适应所规定的0.75安培的正常工作电流。
测试：为给定的实用场合选择熔丝时应考虑上述各因素。下一个步骤是通过要求一些样品在实际的电路中进行测试来验证这一选择。在评估样品前，应确保该熔丝用品质优良的接线正确连接安装，使用尺寸足够的导线。此测试应包括正常条件下的寿命测试和故障条件下的过载测试，以确保该熔丝在电路中正常运行。
附录：相关标准
保险丝的各项额定值及其他性能指标是根据实验室条件及验收规范测定的。验收规范是按照一种或多种熔丝标准确定的。掌握这些标准是重要的，以便正确地选用熔于电路保护。
UL198G辅助过流保护用熔丝（125，250，600伏）
（UL）UL分类
UL分类熔丝满足标准的各项要求。下面是一些UL1998G的若干要求。
UL安培额定值的测试在额定电流的110%，135%和200%等条件下进行。熔丝必须承载110%的其安培额定值并且湿升不超过70℃的温度下必须稳定。
熔丝在135%的额定电流下一小时内必须断开，在200%的额定电流下二分钟内必须断开。
UL分类熔丝的熔断容量在额定电压下最小为10000安培AC。额定电压为950伏特的熔丝可分类为在125伏特电压下熔断额定容量为10000安培，而且在250伏特电压下至少具有下面所给出的最小熔断额定容量。
根据UL元件大纲获得认可
UL认证大纲不同于UL分类。UL将按生产厂家所要求的规格检测熔丝。如果熔丝是为某一专门用途设计的话，那么测点可能不同于UL分类要求。对于根据元件大纲认可的熔丝，UL要求诮和鉴定书。
UL275汽车用玻璃管熔丝（32伏特）
UL分类
UL安培额定值测试在额定电流的110%，135%和200%等条件下进行。不要求熔断额定容量测试。
CSA标准
C22.2No.59熔丝(0—600伏特）
CSA证书
加拿大的CSA证书类似于美国的UL分类鉴定书
CSA安培额定值测试及短路要求类似于UL198G。然而，CSA的温升要求不同。
MITI鉴定书
日本的MITI鉴定书类似于美国的UL分类鉴定书。
国际电气技术委员会
刊物127，第一、二、三、五页（250伏特）
IEC组织不同于美国的UL和加拿大的CSA，因为IEC只制定规程而不颁发鉴定书。UL和CSA制定规程，并负责测试和颁发鉴定书。
IEC规程鉴定书由SEMKO（瑞典电气设备测试及鉴定研究所）和BSI（英国标准研究所） 以及UL和CSA颁发。
IEC刊物127定义了两种断路容量级别（熔断额定容量）。低断路容量熔丝必须通过35安培或十倍额定电流，甚至更高的电流的测试。高断路容量熔丝必须通过1500安培电流的测试。
第一页——F型快熔断，高断路容量
第二页——F型快熔断，低断路容量
第三页——T型时滞，低断路容量
第四页——T型时滞，高断路容量
安母“F”和“T”代表F型和T型熔丝的时间—电流特性。“F”和“T”中的一个将标注在熔丝的端帽上。
IEC127（见上）UL198G熔丝断开时间：
*UL的要求是温度的稳定性，工业界认为应服从通过四小时最小寿命测试。
IEC还有在25%，400%和1000%的额定值的要求，然而此表用来表明按不同规格制造的具有相同安培额定值的熔丝是不可互换的。按照IEC127标准，安培额定值为1的熔丝可以在1个安培下运行。按UL标准198G制造的安培额定值为1的熔丝不应在大于0.75安培的条件下运行（减少25%）。
按照形状区分
片式熔断器
方型熔断器
玻璃管式熔断器
欧式熔断器
平板式熔断器
组合熔断器
按照额定电压区分
高压熔断器
低压熔断器
按照熔断过程区分
快熔熔断器
中速熔断器
慢熔熔断器
