胡相勇

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

關(guān)鍵詞：電子設(shè)備；熔斷器；設(shè)計與開發(fā)；安全保障

0引言

在汽車電器設(shè)計或其它電器設(shè)計中，設(shè)計人員對熔斷器的選用設(shè)計非常重視[1-3]。據(jù)不完全統(tǒng)計，在熔斷器選用方面，由于設(shè)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(yù)期的保護效果，導(dǎo)致設(shè)計出來的熔斷器無法滿足用戶的使用要求，造成嚴(yán)重的電器火災(zāi)和安全事故。例如：全世界每年有80%汽車火災(zāi)的發(fā)生都與熔斷器的設(shè)計有關(guān)，其經(jīng)濟損失達到數(shù)億美元[4-5]。因此，熔斷器設(shè)計與研發(fā)是整個電路安全、電氣設(shè)備安全運行的首要條件。

1.熔斷器的工作原理與設(shè)計要求

熔斷器又稱“保險”，主要是利用金屬導(dǎo)體作為熔體串聯(lián)于電路中，當(dāng)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(chǎn)品作為短路和過電流的保護器，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，廣泛應(yīng)用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，是應(yīng)用最普遍的保護器件之一[9]。

物理學(xué)中我們知道，當(dāng)電流流過導(dǎo)體時，導(dǎo)體內(nèi)部存在一定的電阻，根據(jù)焦耳定律：

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

2.熔斷器的設(shè)計要求

熔斷器作為保護型的電源開關(guān)，它融合了多種的檢測和保護功能，在有效提高性能的基礎(chǔ)上減少了使用元器件的個數(shù)，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(guān)的設(shè)計參數(shù)，設(shè)計者能夠設(shè)計出更低成本，高可靠性的產(chǎn)品，改善用戶對產(chǎn)品的體驗和感受。

該熔斷器的設(shè)計應(yīng)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(dǎo)通電阻小，限流響應(yīng)速度快的特點。一旦出現(xiàn)過流的情況，熔斷器會因電流過大而出現(xiàn)斷開的現(xiàn)象，熔斷器應(yīng)用中的重要參數(shù)包括：開關(guān)導(dǎo)通電阻、導(dǎo)通壓降、限流設(shè)定點、過壓保護閾值門限、軟啟動時間等[11-12]。對這些參數(shù)進行簡要介紹如下：

（1）開關(guān)導(dǎo)通電阻：

熔斷器的導(dǎo)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(yīng)用范圍[13]。導(dǎo)通阻抗高就會導(dǎo)致在熔斷器上產(chǎn)生較大壓降，將影響后續(xù)連接設(shè)備的供電電壓，會使設(shè)計不滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。熔斷器采用管做開關(guān)，其導(dǎo)通電阻是電壓的函數(shù)，設(shè)計應(yīng)滿足總線電壓較低時其導(dǎo)通壓降也能滿足應(yīng)用要求。

（2）導(dǎo)通壓降：

導(dǎo)通壓降是指熔斷器在所連接設(shè)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(nèi)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(shè)定點：

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

（4）過壓保護閾值門限：

當(dāng)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(shè)備造成不可恢復(fù)的損壞，因此當(dāng)輸入電壓超過閾值門限時熔斷器會斷開連接設(shè)備的供電對其實施保護。

（5）軟啟動時間

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

2.1一種鱷魚嘴式熔斷器的設(shè)計

目前，現(xiàn)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(dǎo)致導(dǎo)電不良和電弧現(xiàn)象的發(fā)生，有一定的安全隱患?；诖?，設(shè)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(gòu)成，本體的上部安裝有手柄、上蓋，、內(nèi)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(shè)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(dǎo)電不良和電弧現(xiàn)象的發(fā)生，大大提高安全性。

每個熔斷器上均設(shè)置有一個U型夾鉗，U型夾鉗可以上下活動，當(dāng)夾鉗內(nèi)放入電源線排線，夾鉗螺釘順時針轉(zhuǎn)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(nèi)再通過電源出線輸出到使用電源的設(shè)備上；夾鉗螺釘逆時針轉(zhuǎn)動，夾鉗下降松電源線排線，斷開電源。

該熔斷器的應(yīng)用場合可以分為單極使用和多極排線同時接線。當(dāng)產(chǎn)品單極使用時，即本體設(shè)置有一個，作為單極熔斷器結(jié)構(gòu)，可以使用側(cè)蓋扣接在夾鉗的左側(cè)，從右側(cè)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(shè)置組成多極排線接線結(jié)構(gòu)，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(xiàn)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(dǎo)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(cè)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(yīng)用前景。

2.2一種自鎖式熔斷器的設(shè)計

熔斷器是指當(dāng)電流超過規(guī)定值時，以本身產(chǎn)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(jù)電流超過規(guī)定值一段時間后，以其自身產(chǎn)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(yīng)用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過電流的保護器，是應(yīng)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(shè)置在殼體內(nèi)，接線端子分別設(shè)置在熔管的兩端，人們通過在接線端子的兩端連接導(dǎo)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(shè)置一空心手柄，將熔管裝在手柄中，然后在手柄設(shè)置導(dǎo)電件，當(dāng)手柄裝載著熔管插入到殼體內(nèi)后，導(dǎo)電件與殼體內(nèi)的接線端子導(dǎo)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(shè)計了一種自鎖式熔斷器，手柄聯(lián)動連接有自鎖機構(gòu)，自鎖機構(gòu)包括可轉(zhuǎn)動的推動聯(lián)動凸耳位移的轉(zhuǎn)動卡盤、可擺動的推動轉(zhuǎn)動卡盤旋轉(zhuǎn)的撥動旋鈕以及用于定位住撥動旋鈕的彈性回復(fù)組件，轉(zhuǎn)動卡盤通過扭簧轉(zhuǎn)動與殼體轉(zhuǎn)動連接，彈性回復(fù)組件包括滑移條、回復(fù)壓簧以及擺動連桿，滑移條在手柄的出入方向與殼體的側(cè)壁滑移連接，撥動旋鈕在手柄拔出方向上與殼體轉(zhuǎn)動連接，擺動連桿一端與回復(fù)壓簧一端鉸接，另一端與滑移條鉸接，回復(fù)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(nèi)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(zhuǎn)動卡盤的設(shè)置能夠通過與聯(lián)動凸耳聯(lián)合推動作用來推動手柄，讓手柄在殼體內(nèi)具有位移，撥動旋鈕聯(lián)動連接著彈性回復(fù)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?fù)軇有o的后，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動撥動旋鈕來讓轉(zhuǎn)動卡盤卡住聯(lián)動凸耳，從而將手柄鎖在殼體內(nèi)，這樣在手柄內(nèi)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(zhuǎn)式手柄的熔斷器的設(shè)計

熔斷器是指當(dāng)電流超過規(guī)定值時，以本身產(chǎn)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(nèi)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(xiàn)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(nèi)后，再將殼體用螺絲進行固定，這樣結(jié)構(gòu)設(shè)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(nèi)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(shè)計了一種帶有拉拔旋轉(zhuǎn)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(shè)置供手柄部嵌設(shè)的凹槽，手柄部的兩側(cè)設(shè)有滑塊，凹槽的內(nèi)壁上設(shè)有供滑塊來回滑移的滑槽，滑槽的兩端設(shè)有用于防止滑塊滑移的限位部，限位部包括設(shè)于滑槽兩側(cè)的限位塊，限位塊上設(shè)有用于導(dǎo)向滑塊滑移至限位部內(nèi)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(shè)置，和導(dǎo)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(shè)置。

該設(shè)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(gòu)成。殼體內(nèi)設(shè)有用于放置熔管的手柄部，手柄部的兩端分別與殼體內(nèi)的電元件電連接，手柄部與殼體可拆卸固定連接，殼體上設(shè)有供手柄部嵌設(shè)的凹槽，手柄部的兩側(cè)設(shè)有滑塊，凹槽的內(nèi)壁上設(shè)有供滑塊來回滑移的滑槽，滑槽的兩端設(shè)有用于防止滑塊滑移的限位部，限位部包括設(shè)于滑槽兩側(cè)的限位塊，限位塊上設(shè)有用于導(dǎo)向滑塊滑移至限位部內(nèi)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(shè)置，和導(dǎo)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(shè)置。

當(dāng)熔管損壞時，將嵌設(shè)于凹槽內(nèi)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(nèi)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(shè)于凹槽開口處的限位部內(nèi)，滑塊沿著限位塊上的第一楔形面滑移到限位部內(nèi)，保證手柄部不易回到殼體內(nèi)，手柄部滑移出凹槽后，將安裝于手柄部內(nèi)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(nèi)，將滑塊嵌設(shè)于凹槽底部的限位部內(nèi)，防止手柄部滑移出殼體，起到固定手柄部的作用，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得熔管的拆卸方便，提高工作效率，省時省力。

3.總結(jié)

隨著我國高新技術(shù)的不斷更新，對于熔斷器的設(shè)計必定呈現(xiàn)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(shè)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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