電路保護是電子行業(yè)關(guān)注的一個重要問題。雖然簡單的保險絲是一種保護設(shè)備的經(jīng)濟方式，但如果保險絲熔斷，就需要更換。有些應(yīng)用雖然需要電路保護，但保險絲熔斷會對其造成嚴(yán)重妨礙。以生產(chǎn)組裝點主生產(chǎn)線的控制板為例，如果上面的保險絲炸開，就會毫不夸張地出現(xiàn)“生產(chǎn)線停產(chǎn)”的情形。如果使用的保險絲不合適并且控制板損壞，則會出現(xiàn)更長時間的“生產(chǎn)線停產(chǎn)”情形。使用自復(fù)位斷路器是使用保險絲和完全沒有電路保護之間的完美折衷方案。如果使用保險絲，有可能會在更換時用錯保險絲。而使用斷路器則可以確保在斷路器復(fù)位后獲得正確的電路保護。控制板將受到保護，而且斷路器跳閘后也很容易復(fù)位。本文將介紹一些不同種類的斷路器、用于描述它們的術(shù)語以及潛在的應(yīng)用。

斷路器是一種在過載或短路的情況下自動斷開電路的器件。它有一個“額定電流”值，這是斷路器可在不斷開電路的情況下工作的最大電流。在 Digi-Key 網(wǎng)站上可以搜索到額定電流參數(shù)。圖 1 的右上部分顯示了額定電流在“斷路器”頁面上的位置。突出顯示所需的額定電流并選擇左下角紅色的“應(yīng)用篩選條件”按鈕，即可保留所有適用選項而篩選掉其他選項。

圖 1： Digi-Key 參數(shù)搜索中的額定電流。

斷路器的另一個重要特征是額定電壓。可以使用額定電壓高于電路上所存在電壓的斷路器。如果電路使用的是 120 VAC，可以使用額定電壓為 250 VAC的斷路器。反之，如果在 250 VAC線路上使用額定電壓為 120 VAC的斷路器，則是不可接受的做法。Digi-Key 提供兩個可選參數(shù)幫助縮小具有適當(dāng)額定電壓的選項范圍。這兩個參數(shù)是 AC 參數(shù)和 DC 參數(shù)。這些參數(shù)的使用方式與前面的示例相同。只需突出顯示所需的額定電壓，然后單擊紅色的“應(yīng)用篩選條件”按鈕，即可刪除不在該列表中的選項。

斷路器類型

磁斷路器

不同種類的斷路器更適合不同的特定應(yīng)用。液壓延遲磁斷路器適合用于防止短路。它們使用與輸入和輸出串聯(lián)的螺線管工作。當(dāng)電流進入斷路器時，會在螺線管周圍產(chǎn)生磁場。隨著越來越多電流進入斷路器，磁場也變得越來越強。到了某一個時刻，足夠的電流導(dǎo)致磁場強度足以壓倒內(nèi)部彈簧并釋放斷路器上的閂鎖，從而使電路斷開。線圈的鐵芯位于密封的圓筒內(nèi)，圓筒中有活塞和放在液壓油中的彈簧。液壓油的粘度決定了斷路器跳閘所需的時間。這對于涌流高的應(yīng)用非常有用；它可以讓大電流立即通過而不會造成誤跳閘。磁斷路器對溫度不敏感，非常適合氣候多變的環(huán)境。它們對電壓敏感，因此 AC 裝置不能代替 DC 裝置。圖 2 顯示了Carling Technologies的磁斷路器N11-B0-24-610-121-D3，而圖 3 顯示了內(nèi)部工作原理。

圖 2： Carling Technologies 的 N11-B0-24-610-121-D3 磁斷路器。

圖 3： Carling Technologies N 系列斷路器的內(nèi)部工作原理。（圖片來源： Carling Technologies）

熱斷路器

熱斷路器的工作方式與磁斷路器略有不同。這種斷路器包含某種雙金屬元件，并有一個觸頭與其相連。當(dāng)電流達到一定值時，雙金屬片將加熱到彎曲點并打開觸頭，從而切斷電路。通常會有一個絕緣體滑入到位，使觸頭保持打開狀態(tài)，直到完成手動復(fù)位。此類斷路器的一個難點在于它非常依賴于溫度。在較高的工作溫度下，它能處理的電流較小。在較低溫度下的情況恰好相反，斷路器在低于 25°C 的溫度下工作時，所需電流比公布的跳閘電流要大。此類斷路器通常會提供關(guān)于環(huán)境溫度補償?shù)恼f明文檔。圖 4 是TE Connectivity Potter & Brumfield RelaysW57 系列的環(huán)境溫度補償表示例。該表以 1 安培為基準(zhǔn)，顯示了各型號熱斷路器在不同溫度下的額定電流。此數(shù)據(jù)沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，所以請務(wù)必查閱制造商的說明文檔。

圖 4： TE Connectivity W57 系列斷路器的環(huán)境補償表（圖片來源： TE Connectivity）

通常，熱斷路器跳閘比磁斷路器跳閘所需的時間稍長。再看 W57 系列說明文檔，其中還有一個“時間與電流跳閘曲線”，以詳細(xì)的圖表顯示不同百分比的過載電流的跳閘時間，如圖 5 所示。

圖 5： TE Connectivity W57 系列在 25?C 時的時間與電流跳閘曲線。（圖片來源： TE Connectivity）

熱斷路器通常比磁斷路器小，價格也更便宜。它們對電壓不敏感，因此同一裝置既可用于 AC 操作也可用于 DC 操作。TE 的W57-XB7A4A10-15便是 15 A 熱斷路器的一個例子。圖 6 是 W57-XB7A4A10-15 的圖解。

圖 6： TE Connectivity 的 W57-XB7A4A10-15。

圖 7 是對磁斷路器與熱斷路器之間的一些區(qū)別進行比較的對照表。

圖 7： 比較熱斷路器與磁斷路器。

熱磁斷路器

熱磁斷路器是熱斷路器和磁斷路器的混合物。它們既包含電磁鐵也包含雙金屬片。該斷路器的熱元件可防止低電平過載，而磁特性可在發(fā)生電流較高的故障（如短路）時立即跳閘。熱磁斷路器的一個例子是American Electrical Inc.的UTE100E-FTU-100-3P-LL-UL，如圖 8 所示。

圖 8： UTE100E-FTU-100-3P-LL-UL 熱磁斷路器。

固態(tài)斷路器

固態(tài)繼電器是一種正在努力取代磁斷路器和熱斷路器的新興技術(shù)。這些斷路器以數(shù)字微處理器或微控制器和電流傳感器來代替熱斷路器的雙金屬片和磁斷路器的螺線管操作。它們對波形進行采樣并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后使用微處理器或微控制器進行評估。這些斷路器的準(zhǔn)確性比磁斷路器或熱斷路器要高得多，但通常也更為昂貴。固態(tài)斷路器的一個例子是Phoenix Contact的3000763，如圖 9 所示。

圖 9： Phoenix Contact 的 3000763 固態(tài)斷路器。

安裝選擇

面板安裝

斷路器用于許多不同的應(yīng)用。因此，制造商努力開發(fā)了許多不同的尺寸和安裝類型來適應(yīng)多種不同的需求。面板安裝式斷路器非常受歡迎。這些斷路器適用于多種應(yīng)用。如果應(yīng)用有一個可穿透的面板，那么面板安裝是一個很好的選擇。面板安裝式斷路器的一個例子是E-T-A的1658-G21-01-P10-10A。致動器是圓形的，可以非常容易地鉆出一個安裝孔。面板安裝選擇通常會附帶一個螺母，用于將其固定到位。1658-G21-01-P10-10A 提供一個配件蓋帽，可以在 Digi-Key 網(wǎng)站上產(chǎn)品頁面底部的“相關(guān)產(chǎn)品”區(qū)域中查看。配件蓋帽為X20128501。圖 10 和 11 分別顯示了 1658-G21-01-P10-10A 和 X20128501。

圖 10： E-T-A 的 1658-G21-01-P10-10A 面板安裝式斷路器。

圖 11： E-T-A 的 X20128501 配件蓋帽，適用于 1658-G21-01-P10-10A 面板安裝式斷路器。

DIN 導(dǎo)軌

工業(yè)環(huán)境通常需要許多斷路器，且這些環(huán)境的占地面積可能彌足珍貴。通常可將斷路器掛在設(shè)備機架內(nèi)的 DIN 導(dǎo)軌上，以節(jié)省占地面積。DIN 導(dǎo)軌是一種用于安裝這些斷路器的標(biāo)準(zhǔn)尺寸金屬導(dǎo)軌。這些導(dǎo)軌通常寬 35 毫米，要安裝在其上的產(chǎn)品必須設(shè)計成與軌道緊密貼合。DIN 導(dǎo)軌安裝式斷路器的一個例子是 Phoenix Contact 的2907573，如圖 12 所示。圖片底部顯示了 DIN 導(dǎo)軌以及斷路器的安裝方式。

圖 12： Phoenix Contact 的 2907573 DIN 導(dǎo)軌安裝式斷路器。

底座安裝

斷路器也經(jīng)常使用底座。這樣就可以非常容易地更換舊斷路器。如圖 13 所示，E-T-A 的1610-21-15A安裝在一個底座中，然后將底座安裝到 DIN 導(dǎo)軌上。可以在 Digi-Key 網(wǎng)站上 1610-21-15A 產(chǎn)品頁面底部的“相關(guān)產(chǎn)品”區(qū)域中找到底座，如圖 14 所示。

圖 13： E-T-A 的 1610-21-15A。

圖 14： 1610-21-15A 的“相關(guān)產(chǎn)品”。

總結(jié)

斷路器并不是最復(fù)雜的設(shè)備，但它們在電子行業(yè)中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。不同種類的斷路器更適合不同的應(yīng)用。磁斷路器適合氣候多變的環(huán)境，因為它們對溫度不敏感。它們對電壓敏感，所以不能在 DC 電路上使用 AC 磁斷路器。磁斷路器依靠斷路器內(nèi)部的液壓油粘度來決定其跳閘時間。這對有涌流的應(yīng)用非常有用，因為斷路器有少許時間可以讓電流平息而不會造成誤跳閘。

熱斷路器依靠雙金屬片來中斷電流。當(dāng)雙金屬片的溫度足夠高時，它會彎曲并釋放斷路器內(nèi)部的觸頭，從而斷開電路。這些斷路器非常依賴于溫度，但也比磁斷路器便宜。隨著溫度上升，熱斷路器可以處理的電流量減少，需要的額定電流更高。隨著溫度下降，熱斷路器可以處理的電流量增加，需要的額定電流更低。

熱磁斷路器是上述兩種斷路器的混合物。這些斷路器在發(fā)生過載時將使用熱元件斷開電路，而在短路時則使用磁特性快速斷開電路。

固態(tài)繼電器使用電流檢測和微處理器或微控制器來檢測過載或短路并斷開電路。這些斷路器比磁斷路器和熱斷路器更加可靠和快速，但也比這二者昂貴得多。

斷路器有多種安裝方式，方便幫助最終用戶在任何應(yīng)用中完成安裝。

關(guān)于斷路器的話題還有很多值得探討，但希望本文是個良好的開端，有助于讀者了解斷路器的概念及其主要類型之間的一些關(guān)鍵區(qū)別。