胡相勇

摘 要：隨著集成電路、電子設備的保護要求不斷提高，用戶對于電子設備的功能也在不斷的提升，這給熔斷器的性能提出嚴峻的挑戰(zhàn)，因此有必要對熔斷器產品的性能進行設計和開發(fā)，只有不斷的對熔斷器的設計和研發(fā)，才能提高電子設備、電路的整體性能，為集成電路提供更為安全的保障。

關鍵詞：電子設備；熔斷器；設計與開發(fā)；安全保障

0引言

在汽車電器設計或其它電器設計中，設計人員對熔斷器的選用設計非常重視[1-3]。據不完全統(tǒng)計，在熔斷器選用方面，由于設計人員缺乏專業(yè)知識，再加上對熔斷器的使用掌握不夠，選則的熔斷器沒有達到預期的保護效果，導致設計出來的熔斷器無法滿足用戶的使用要求，造成嚴重的電器火災和安全事故。例如：全世界每年有80%汽車火災的發(fā)生都與熔斷器的設計有關，其經濟損失達到數億美元[4-5]。因此，熔斷器設計與研發(fā)是整個電路安全、電氣設備安全運行的首要條件。

1.熔斷器的工作原理與設計要求

熔斷器又稱“保險”，主要是利用金屬導體作為熔體串聯于電路中，當過載或短路電流通過熔體時，因其自身發(fā)熱而熔斷，從而斷開電路的一種電器[6-8]。熔斷器產品作為短路和過電流的保護器，具有結構簡單、使用方便，廣泛應用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設備中，是應用最普遍的保護器件之一[9]。

物理學中我們知道，當電流流過導體時，導體內部存在一定的電阻，根據焦耳定律：

式中：參數Q表示為導體的發(fā)熱量；參數I表示為流過該導體的電流；參數R表示為導體的電阻；參數T表示為電流流過導體的持續(xù)時間。可知導體會發(fā)熱，發(fā)熱量Q正比于I2和時間T。

2.熔斷器的設計要求

熔斷器作為保護型的電源開關，它融合了多種的檢測和保護功能，在有效提高性能的基礎上減少了使用元器件的個數，更加便于集成化小型化的發(fā)展[10]。正確理解熔斷器類保護型電源開關的設計參數，設計者能夠設計出更低成本，高可靠性的產品，改善用戶對產品的體驗和感受。

該熔斷器的設計應該遵循電源管理規(guī)范，需要具備電流限流和電源切換的功能。熔斷器可被用做防浪涌電流的限流器件，它滿足導通電阻小，限流響應速度快的特點。一旦出現過流的情況，熔斷器會因電流過大而出現斷開的現象，熔斷器應用中的重要參數包括：開關導通電阻、導通壓降、限流設定點、過壓保護閾值門限、軟啟動時間等[11-12]。對這些參數進行簡要介紹如下：

（1）開關導通電阻：

熔斷器的導通電阻會影響輸入和輸出之間的壓降，最終會影響用戶的應用范圍[13]。導通阻抗高就會導致在熔斷器上產生較大壓降，將影響后續(xù)連接設備的供電電壓，會使設計不滿足規(guī)范標準。熔斷器采用管做開關，其導通電阻是電壓的函數，設計應滿足總線電壓較低時其導通壓降也能滿足應用要求。

（2）導通壓降：

導通壓降是指熔斷器在所連接設備正常工作狀態(tài)下輸入與輸出之間的電壓差[14-15]。壓降小熔斷器內部的功率損耗就會小，可以提高工作效率和使用壽命。

（3）限流設定點：

限流設定點是指所連接設備的負載電流超過正常工作的極限水平時的電流值，這個值的設置需要考慮故障條件的嚴重程度。

（4）過壓保護閾值門限：

當上行端口的供電電壓過高時，如果不能及時斷開輸入和輸出很有可能對所連接設備造成不可恢復的損壞，因此當輸入電壓超過閾值門限時熔斷器會斷開連接設備的供電對其實施保護。

（5）軟啟動時間

軟啟動時間是指當芯片設備剛連入端口或者故障解除后需要重新啟動所設置的可以正常工作時間[16-17]。由于熔斷器需要實現熱插拔的功能，而熔斷器熱插拔功能的實現靠內部的軟啟動來實現，通過合理控制輸出電壓的啟動時間對設備連入瞬間的浪涌電流進行控制，以保護上行端口鄰近設備的供電不受其他設備突然插入或拔出的影響?；诖吮救酥攸c根據熔斷器的需要分析，設計了相關熔斷器的產品，并申請了專利，產品如下：一種鱷魚嘴式熔斷器的設計、一種自鎖式熔斷器的設計和一種帶有拉拔旋轉式手柄的熔斷器的設計?，F對其進行介紹如下：

2.1一種鱷魚嘴式熔斷器的設計

目前，現有市場上面的熔斷器底座連接電源線方式比較單一，只能上下一字型連接電源線，不可多極排線，同時安裝接線牢固度不高，接線安裝十分不方便，，電源線易發(fā)生松動，導致導電不良和電弧現象的發(fā)生，有一定的安全隱患?；诖?，設計一種新型的鱷魚嘴式熔斷器。

鱷魚嘴式熔斷器由本體、夾鉗、夾鉗螺釘、熔斷管、夾鉗卡夾、上蓋、手柄、底座、終端螺釘、接線座、終端卡夾等構成，本體的上部安裝有手柄、上蓋，、內部安裝有熔斷管，本體的一端通過夾鉗卡夾固定有夾鉗，夾鉗上設置有防止電源線后退的鉤齒，本體另一端的底座上通過終端卡夾固定有接線座，夾鉗上安裝有夾鉗螺釘，夾鉗螺釘上連接有壓片，接線座上安裝有終端螺釘，終端螺釘上連接有壓線片，本體底部安裝有止動件。鱷魚嘴式熔斷器如圖1所示。

該裝置安裝方便，使用靈活，可多極排線同時接線，接線牢固度，電源線不易發(fā)生松動，杜絕導電不良和電弧現象的發(fā)生，大大提高安全性。

每個熔斷器上均設置有一個U型夾鉗，U型夾鉗可以上下活動，當夾鉗內放入電源線排線，夾鉗螺釘順時針轉動，夾鉗上升，夾緊電源線排線，同時夾鉗上的鉤齒能防止電源線松動后退，把電源連接到熔斷器底座內再通過電源出線輸出到使用電源的設備上；夾鉗螺釘逆時針轉動，夾鉗下降松電源線排線，斷開電源。

該熔斷器的應用場合可以分為單極使用和多極排線同時接線。當產品單極使用時，即本體設置有一個，作為單極熔斷器結構，可以使用側蓋扣接在夾鉗的左側，從右側進電源線排線，夾鉗鎖緊后接通電源。熔斷器底座多極同時使用時，用進排線同時鏈接多個熔斷器，由多個本體并排設置組成多極排線接線結構，由夾鉗接入電源線排線，各極接線座接出電源出線；

該熔斷器可以排線進線，可以實現上端口單一排線、多幾極同時接線，無需分段單個進電源線功能，采用夾鉗鎖緊牢固，電源連接線不會后退松動，杜絕導電不良和電弧發(fā)生，具有方便安裝，安裝后牢固度可靠安全，同時進電排線可以左右兩側進線，便于在空間比較小配電柜中使用，靈活實用，具有廣闊的市場應用前景。

2.2一種自鎖式熔斷器的設計

熔斷器是指當電流超過規(guī)定值時，以本身產生的熱量使熔體熔斷，斷開電路的一種電器。其原理主要是根據電流超過規(guī)定值一段時間后，以其自身產生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設備中，作為短路和過電流的保護器，是應用最普遍的保護器件之一。

自鎖式熔斷器主要包括殼體、熔管以及接線端子，熔管設置在殼體內，接線端子分別設置在熔管的兩端，人們通過在接線端子的兩端連接導線來將熔斷器接入到電路中。人們?yōu)榱朔奖憧焖俨鹧b更換熔管，設置一空心手柄，將熔管裝在手柄中，然后在手柄設置導電件，當手柄裝載著熔管插入到殼體內后，導電件與殼體內的接線端子導電，從而讓熔斷器能夠快速方便的在電路中工作。這種方式在很大程度上方便了工作人員的拆裝工作，但是手柄裝在殼體中的牢固度難以保證，若是在使用過程中手柄脫落出殼體，非常容易造成難以挽回的安全事故，因而存在很大的安全隱患。

基于上述的缺陷和問題設計了一種自鎖式熔斷器，手柄聯動連接有自鎖機構，自鎖機構包括可轉動的推動聯動凸耳位移的轉動卡盤、可擺動的推動轉動卡盤旋轉的撥動旋鈕以及用于定位住撥動旋鈕的彈性回復組件，轉動卡盤通過扭簧轉動與殼體轉動連接，彈性回復組件包括滑移條、回復壓簧以及擺動連桿，滑移條在手柄的出入方向與殼體的側壁滑移連接，撥動旋鈕在手柄拔出方向上與殼體轉動連接，擺動連桿一端與回復壓簧一端鉸接，另一端與滑移條鉸接，回復壓簧一端與殼體固定連接，另一端與滑移條相對擺動連桿的另一端鉸接，撥動旋鈕具有一延伸至殼體外的撥動部。其手柄內的熔管也不容易脫落造成不必要的事故，熔斷器的使用更加安全可靠。一種自鎖式熔斷器如圖2所示。

其具體的保護過程如下：轉動卡盤的設置能夠通過與聯動凸耳聯合推動作用來推動手柄，讓手柄在殼體內具有位移，撥動旋鈕聯動連接著彈性回復組件與撥動旋鈕，也就使得人們可以通過撥動旋鈕來操控手柄的位移，滑移條的滑移方向是沿著手柄的出入方向，也就使得人們操控撥動旋鈕的后，轉動卡盤的提升方向，也是沿著手柄的出入方向的，從而使得人們可以通過撥動旋鈕來操控手柄沿著其出入方向上位移，也就使得手柄的拔出或者放入能夠人為的控制，則在不需要拔出手柄過程中就可以轉動撥動旋鈕來讓轉動卡盤卡住聯動凸耳，從而將手柄鎖在殼體內，這樣在手柄內的熔管也不容易脫落造成不必要的事故通常為了滿足長久的使用和一定的彈性需要。

2.3一種帶有拉拔旋轉式手柄的熔斷器的設計

熔斷器是指當電流超過規(guī)定值時，以本身產生的熱量使熔管熔斷，斷開電路的一種電器。熔斷器包括殼體和殼體內的熔斷器組件，熔斷器組件包括熔管和其他的電元件，熔管與其他的電元件電連接，來實現熔斷器正常的工作狀態(tài)。熔斷器在長期工作的情況下，熔管容易損壞，熔管損壞后需要更換。市場上常見的熔斷器，通常將熔管固定于殼體內后，再將殼體用螺絲進行固定，這樣結構設置的熔斷器，在拆卸熔管的過程非常不便，需要尋找工具將螺絲擰出后，再取出殼體內損壞的熔管，致使工作效率低下，而且費時費力。

基于上述的缺陷和存在的問題，設計了一種帶有拉拔旋轉式手柄的熔斷器，該熔斷器的手柄部與殼體可拆卸固定連接，在殼體上設置供手柄部嵌設的凹槽，手柄部的兩側設有滑塊，凹槽的內壁上設有供滑塊來回滑移的滑槽，滑槽的兩端設有用于防止滑塊滑移的限位部，限位部包括設于滑槽兩側的限位塊，限位塊上設有用于導向滑塊滑移至限位部內的第一楔形面，第一楔形面上的斜面由凹槽的開口端朝向凹槽的底部向下傾斜設置，和導向滑塊滑移出限位部的第二楔形面，第二楔形面上的斜面由凹槽的底部朝向凹槽的開口端向上傾斜設置。

該設計的熔斷器由殼體、凹槽、滑槽、限位部；限位塊；第一楔形面；第二楔形面；限位槽；手柄部；滑塊；容置腔；第一固定端；第二固定端；固定槽；卡件；拉手；熔管等部分構成。殼體內設有用于放置熔管的手柄部，手柄部的兩端分別與殼體內的電元件電連接，手柄部與殼體可拆卸固定連接，殼體上設有供手柄部嵌設的凹槽，手柄部的兩側設有滑塊，凹槽的內壁上設有供滑塊來回滑移的滑槽，滑槽的兩端設有用于防止滑塊滑移的限位部，限位部包括設于滑槽兩側的限位塊，限位塊上設有用于導向滑塊滑移至限位部內的第一楔形面，第一楔形面上的斜面由凹槽的開口端朝向凹槽的底部向下傾斜設置，和導向滑塊滑移出限位部的第二楔形面，第二楔形面上的斜面由凹槽的底部朝向凹槽的開口端向上傾斜設置。

當熔管損壞時，將嵌設于凹槽內的手柄部朝向凹槽開口處移動，滑塊沿著限位上的第二楔形面上的斜面，滑移出限位部，滑塊進入到滑槽內且沿著滑槽朝向凹槽的開口方向滑移，直至手柄部滑移出殼體，滑塊嵌設于凹槽開口處的限位部內，滑塊沿著限位塊上的第一楔形面滑移到限位部內，保證手柄部不易回到殼體內，手柄部滑移出凹槽后，將安裝于手柄部內的熔管取出更換，更換完成后，將手柄部沿著滑槽滑移到殼體內，將滑塊嵌設于凹槽底部的限位部內，防止手柄部滑移出殼體，起到固定手柄部的作用，該結構的設計使得熔管的拆卸方便，提高工作效率，省時省力。

3.總結

隨著我國高新技術的不斷更新，對于熔斷器的設計必定呈現出百花齊放的局面，進一步促進熔斷器的性能，滿足更多的使用場合，尤其是特殊場合的電氣、電路保護裝置，因為有了特殊的熔斷器的保護，為設備的正常運行提供保障，與此同時，為人們的衣食住行提供安全、穩(wěn)定的生活條件。

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