几乎所有电气线路都有可能发生计划外的有害过流事件,而且,在很多这类情况下,需要使用过流电路保护装置才能安全应对这些事件。最常见的过流保护装置是熔断器。由于形状和尺寸的缘故,许多常用的电子熔断器无法放入导电路径中。通常,需要使用熔断器附件将这些熔断器与多项主要功能集成在一起:安全地将熔断器集成到电气线路中,确保可靠的电流路径(电压不会延伸到其他元器件),并提供方法在熔断器按照预期应对过流事件后更换熔断器。
本文档说明如何利用这些主要功能,并讲解熔断器附件的一些功能。它还深入讲解了如何选择不同类型的熔断器附件,并说明在选择熔断器附件时可能遇到的情况。最后,文中还提及产品类型之间的一些区别点,为人们提供电气安全的潜力,以及为何务必要考虑这些潜力。
如果在网上仔细进行搜索,可以找到熔断器附件的许多定义。从较高的层面看,可以将熔断器附件视为此种装置:接收输入的电能,并帮助尽可能高效地让电能通过熔断器。通过这样做,可以将添加的功能内置到产品中,以提供对 OEM 或组件的最终用户很有好处的附加功能。
熔断器附件的一些常见组成部分定义如下:
在选择要集成到电气线路中的熔断器附件时,请注意以下几点:
安装类型:
对于电子线路,有两种安装类型 - 印刷电路板应用和进出引线应用。可用的熔断器支架和潜在的功能将因应用而显著不同。
接受的熔断器:
需要附件的最常见电子熔断器是圆柱形的;因此,熔断器附件通常基于熔断器直径来接受不同的圆柱形熔断器(大多数是 1/4” [6.3 mm] 和 5 mm 熔断器),即图示的伊顿 HB 熔断器支架。伊顿 Bussmann 系列产品线中的一些熔断器附件能够接受多种尺寸的熔断器。
可接触性/可更换性:
在正常工作期间,以及在开路的熔断器正确应对过流事件之后,需要考虑以下两点:熔断器的可接触性,以及更换熔断器以恢复工作的容易程度。熔断器附件不仅能让人轻松更换熔断器,还能让在安装了熔断器的设备附近互动的人预防触电。这种防护有多种不同定义方式,有时称为“防电击安全”,也即 IEC60127-6 或 UL4248/IEC60529 中的定义。提供触电防护非常重要,特别是在电压增加时。虽然这一点很重要,但设计者还应考虑更换熔断器的容易程度和谁可以执行此类功能。此设备的最终用户可能会倾向于更难接触此熔断器(出于电气安全原因),也可能会倾向于容易接触(因为限制未经培训的人员接触)。有关正确更换熔断器的更多信息,请参阅附录或 Bussmann 系列 SPD。
电路参数:
在选择熔断器和熔断器附件时,电气参数对评估至关重要。额定电压在正常工作条件(标称电流)下和开路期间都很重要。工作期间的最大额定电压通常由评估标准定义。要考虑的因素包括但不限于:材料的介电强度、导电表面之间的电压爬电、导电表面的电压间隙,以及其他可接受性条件。
实际上,在应用中应考虑不同电路电压电平的爬电和间隙,以减少现场用户通常不知道的可接受性条件(因为熔断器支架通常安装在金属外壳中)。伊顿建议不要假设可以照此在现场设定已公布的额定电压。
列出的熔断器附件额定电流是最大额定电流,标称电流不应超过该电流。确定额定电流的主要因素之一由 UL 标准规定的发热量或 IEC 标准规定的功耗来定义。为了规范测试过程,将在最大所需电流下使用模拟熔断器而不是实际熔断器(其具有更高的电阻)从发热量和功耗两方面评估熔断器支架。由于可将具有不同电阻的多种不同熔断器放入电子熔断器支架内,因此选用标准化的模拟熔断器。这会导致发热量高于规定的实验室条件。因此,建议进行类似于熔断器降额的降额。通常,此降额系数等于熔断器降额的 80%,但根据其他环境系数,降额系数也可以更高。
最后,确保熔断器支架能够承受较高的短路电流也很重要。UL4248 认可的熔断器支架默认能承受 10 kA 的短路额定电流,因此应单独评估每个应用场合。
环境条件:
如电路参数部分所述,还必须考虑环境条件。最适用的是环境温度和环境提供的任何气流(或缺乏气流)。物理定律表明电阻源将导致能量损失(通常表现为热能或热量损失)。熔断器和熔断器附件(以及所有电流路径)都具有固有的电阻,这使它们成为热源。对该热量的管理可能会影响熔断器性能(参见熔断器技术:术语、规格和装置选择中的概述),因此需要考虑这一点。更好的气流或更少的限制可能会有帮助。当熔断器和熔断器支架的容量大小更接近电路的标称电流时,考虑这一点更加重要。此外,熔断器支架越封闭,热量就越难散发。
其他环境考虑因素可能在电气线路本身之外,例如固体和/或液体与灰尘的相互作用、水滴、设备清洗、完全浸水或其他环境条件。熔断器支架能够提供外壳不能提供的额外保护,确保这些有害污染物不会干扰电路。伊顿提供一组专门按照 IEC 60529 标准评估的熔断器支架,该标准制定了入口保护 (IP) 等级,让用户能轻松了解 Bussmann 系列产品组合提供的环境保护功能。
在许多情况下,电子系统设计师和工程师希望使用具有正确特性的特定熔断器,以帮助提供恰当的系统保护和/或提供正向断开,通过使系统离线来应对过流的原因。现实中经常会遇到这种情况:根据也需要熔断器附件的应用场合来选择熔断器。然而,特定的熔断器占用空间可能会减少可选的市售和实用熔断器附件数量。熔断器和附件的额定电气规格通常一致,例如熔断器支架的额定电压大于或等于熔断器本身,或者熔断器支架的最大额定电流大于或等于熔断器的标称额定电流。伊顿提供熔断器附件选择指南,帮助处理这种情况。
符合 UL 248-14 评级的辅助熔断器或符合 IEC 60127 的微型熔断器具有许多不同的标称额定电流,但它们的占用空间相同。在某些应用中,熔断器的标称额定电流可能会比提供恰当的开路特性所需的电流大许多倍。由于这些电子熔断器的占用空间相差无几,因此可以将它们实际安装在相同的熔断器支架中。这可能会造成以下情况:提供最佳开路特性所需的熔断器最大标称额定电流可能会超过熔断器支架的最大额定电流。必须非常仔细地研究这种情况,以确保电路的标称电流低于熔断器支架的最大额定电流,并且电路中的低电平过电流不会因为熔断器支架而产生过多的热量,并且相应地处理这种情况。例如,选择标称电流是电路标称电流两倍的熔断器,以允许电感或电容电路产生短暂浪涌,比如与 Bussmann 系列 S505-8-R 熔断器配对的 Bussmann 系列 HTC-15M 熔断器支架。这些是短暂浪涌曲线,而且许多时候可以通过使用容量大小接近的延时熔断器来应对,但可能会受限于其他电气特性。额定电压同样如此,但必须确保系统电压不高于熔断器支架的最大额定电压,例如与 Bussmann 系列 HFB-R 熔断器支架搭配的 Bussmann 系列 MDH-21-R 熔断器。建议在这些情况下进行测试,并且需要与第三方机构讨论对这些第三方认证的评估。通常,最好并建议让熔断器的额定电流小于或等于熔断器支架的最大额定电流。
可能遇到的另一种情况是,设计师或工程师已对占用空间或熔断器支架心中有数。最终应用要求熔断器支架具备某些特性,而且可能允许熔断器占用空间或性能灵活变化。设计师根据所需的占用空间从前述四种类型中选择一种(从进/出引线或 PCB 开始)。此时需要审查关键电路参数,以找到额定电气规格与应用匹配的最佳占用空间。
最后,选择能正确保护系统的熔断器。有关熔断器选择的更多信息,请参阅熔断器技术:术语、规格和装置选择。伊顿的一些熔断器支架确实允许灵活选择不同的熔断器尺寸,这是一项额外的好处。在极少数情况下,如果可装入熔断器支架的熔断器未能提供所需的性能,则可能需要对熔断器附件的评估进行修正。
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