保险丝 vs. 压敏电阻：过流与过压保护选型及应用

保险丝与压敏电阻：过流与过压保护

在进行电路设计时，过流（Overcurrent）与过压（Overvoltage）是必须解决的两个基本问题。保险丝（Fuse）和压敏电阻（Varistor/MOV）是实现这两种保护最常用的两种元器件。

尽管它们都服务于电路安全，但在工作原理、选型标准和应用电路上存在本质区别。今天我们来了解下这两种器件的特性，探讨它们的协同应用，并为工程师提供在具体场景下的选型指南。

保险丝 (Fuse) 的核心功能与技术参数

保险丝是一种专用于过流保护的器件，其核心是一个经过精确设计的熔丝。它在电路中以串联方式连接。当电路中的电流超过其额定规格一定时间后，熔丝因焦耳热效应而熔断，以物理方式断开电路，从而保护后级电路免受过大电流的损害。这是一种一次性、不可恢复的保护机制。

关键选型参数

• 额定电流 (Rated Current):在正常条件下可以持续通过的最大电流。
• 额定电压 (Rated Voltage):熔断后能够安全承受的最大电压。
• 熔断特性 (Breaking Characteristics):如快熔 (Fast-Acting) 或慢熔 (Time-Lag)，决定了它对瞬时脉冲电流的耐受能力。
• I²t 值 (Melting Integral):熔化热能值，是衡量保险丝抵抗浪涌电流冲击能力的关键指标，对于防止误动作至关重要。

应用局限

保险丝的唯一功能是响应过流。它对于由雷击、开关操作等引起的瞬态过压没有任何抑制能力。

压敏电阻 (Varistor) 的核心功能与技术参数

压敏电阻（金属氧化物变阻器，MOV）是一种专用于过压保护的器件，以并联方式接入电路。其核心特性是电压-电流的非线性关系。在正常电压下，它呈高阻态，漏电流极小；当线路上出现瞬态过压时，其阻值会在纳秒（ns）级别内迅速降低，将浪涌电流从后级电路旁路，并将电压钳位 (Clamp) 在一个对后级电路安全的水平。

关键选型参数

• 压敏电压 (Varistor Voltage, Vv):在规定电流（通常为1mA）下，压敏电阻两端的电压值。
• 最大允许电压 (Max. Allowable Voltage):可长期施加在压敏电阻上的最大工频电压有效值或直流电压值。
• 钳位电压 (Clamping Voltage, Vc):在施加特定波形（如8/20μs）的大电流冲击时，压敏电阻两端的最高电压峰值。此参数直接决定了其保护水平。
• 通流量 (Max. Surge Current):在特定条件下（如冲击一次8/20μs波形），器件所能承受的最大浪涌电流峰值。

应用局限

压敏电阻在吸收浪涌时，自身会流过很大电流。如果前端没有过流保护器件，当遭遇超出其承受能力的持续过压或浪涌时，压敏电阻可能因过热而劣化、短路甚至损坏。此外，反复吸收浪涌会导致其性能逐渐老化。

保险丝与压敏电阻的协同应用与设计

保险丝和压敏电阻在电路中并非竞争关系，而是典型的互补关系。一个设计完善的电源输入端保护电路，通常包含这两者。

工作流程分析：

1. 正常状态：电流经由保险丝供给后级电路，压敏电阻因处于高阻态而基本不工作。
2. 瞬态浪涌发生时：压敏电阻首先动作（纳秒级），将浪涌电流旁路，并将电压钳位在Vc水平。此时流过保险丝的电流可能很大，但持续时间极短，只要浪涌的I²t值小于保险丝的熔化热能值，保险丝就不会熔断。
3. 严重过压或压敏电阻失效时：若出现持续的工频过压，或压敏电阻因老化、吸收了远超额定的能量而击穿短路，此时会形成一个持续的大电流通路。这个电流会迅速超过保险丝的额定值，使其按设计熔断，从而将故障电路与主电网隔离，防止压敏电阻过热起火，保障了整个设备的安全。

应用案例分析：LED驱动电源的保护设计

在LED驱动电源的设计中，通常需要满足IEC 61000-4-5等浪涌抗扰度标准。

• 设计需求：假设一个LED驱动需要承受1kV的组合波浪涌。
• 器件选型：
  • 压敏电阻选择：需要选择一个最大允许工作电压高于实际电网电压波动上限、且在标准测试电流下的钳位电压低于后级电路（如DCDC芯片）耐压值的压敏电阻。例如，Boarden的CMS系列MOV。
  • 保险丝选择：需要选择一个额定电流满足LED驱动正常工作电流，同时其I²t值要大于压敏电阻在承受1kV浪涌时通过的能量，以避免浪涌导致保险丝误熔断。例如，Boarden的贴片慢熔保险丝。

通过这种配合，既保证了LED驱动能正常抵御日常的电网浪涌，又能在发生严重故障时安全地切断电源。

Boarden解决方案

正确理解和应用保险丝与压敏电阻是电路保护设计的基础。

• 保险丝：专注于过流保护，是系统的安全底线。
• 压敏电阻：专注于过压保护，是保证系统在恶劣电磁环境下可靠运行的关键。
• 最佳实践：将两者进行专业匹配和协同设计，才能构建完整、可靠的电路保护方案。

作为电路保护领域的专业供应商，Boarden 提供包括SMD保险丝、贴片压敏电阻（MOV）、TVS二极管、GDT气体放电管、ESD保护器件在内的完整产品组合。宝宫 Boarden 的技术团队可以协助客户从器件选型、参数匹配到安规认证的全过程，为您的LED照明、汽车电子、摩托车电子及工业电源产品提供高效、可靠的电路保护解决方案。