一种空调电加热器用热熔断体的可靠性研究　

摘要：热熔断体是各类电器产品、电子产品中不可或缺的一种保护元件，在广泛应用的同时，热熔断体自身也不可避免地暴露出了一些问题，需不断提高其可靠性。

引言

　　热熔断体也叫温度保险丝、温度熔断器，是属于温度感应式回路切断装置。热熔断体能感应电器产品、电子产品非正常工作条件下所产生的过热，从而切断回路以避免火灾的发生。热熔断体多用于家用或类似用途的电器中，其使用面广泛，是家用和商用电器、电子产品中必不可少的关键零部件。本文所介绍的热熔断体是一种金属外壳圆柱状的熔断体，以热敏药丸(有机化合物)为感热材料，能承载大电流(6A～25A)，其实物图如图1所示。

　　按照“动作前导线-可动电极-金属壳-导线间通电流”顺序进行工作，温度上升，热敏药丸感应热度时熔化。热敏药丸熔化后，使弹簧伸张，可动接点从导线端被分开，切断电流(如图2)。

　　热熔断体作为串联安装在电器工作回路中的一个元件，除了在发生异常时及时断开，起到保护作用外，正常情况下应保持良好的导电性，尽可能地接近于一根导线，如果其阻值偏大，甚至发生故障断开，必然会影响到整个工作电路。因此，热熔断体的可靠性十分重要。

　　经统计空调器电加热熔断体开路的故障发现，存在一些并非工作环境过热引起的情况，也就是说，熔断体在未达到设计保护温度时就已经断开，导致电加热工作电路断开，说明熔断体本身的可靠性存在一定缺陷，本文主要针对此类问题作出一些研究分析。

1 熔断体热敏丸

1.1 熔断体的特性参数

　　热熔断体的特性参数：①额定动作温度(Tf)：热熔断体的导电状态发生改变时的温度;②最大过载电流(Im)：热熔断体所能承受的最大电流;③保持温度(Th、Tc)：热熔断体在额定电流，168小时内不会发生导电状态改变的最高允许温度;④极限温度(Tm)：热熔断体动作后，不能再次导通的最高温度;⑤动作精度：按照标准要求，热熔断体的动作温度范围。

　　空调电加热熔断体选型时需要确定动作温度范围，即为Tf-10～Tf，一般情况下热熔断体额定温度应当比实际使用的最高温度高25℃。

1.2 环境温度对热敏丸的影响

　　热熔断体的使用寿命与热熔断体长期使用的环境温度密切相关，环境温度与动作温度越接近，热敏药丸出现导热老化现象就越严重，热熔断体的使用寿命就越短，特别是当环境温度超过热熔断体的保持温度时，热熔断体的使用寿命就会急剧缩短。图3为某厂家121℃热熔断体维持在109℃和99℃温度下的使用寿命曲线。

1.3 试验对比

　　选取目前市场上某厂家生产的121℃熔断体作为样品，安排测量其热敏丸的高度，在不同温度的烘箱内进行高温烘烤30min，然后再测量烘烤后的热敏丸高度与原始温度进行对比。

　　将1号熔断体样品放入95℃的红箱内烘烤30min，其热敏丸高度前后对比如图4所示。

　　将2号熔断体样品放入106℃烘箱内烘烤30min，其热敏丸高度前后对比如图5。

　　通过对比可以发现，该厂家的熔断体在经过95℃高温烘烤时高度基本无变化，而经过106℃高温烘烤后高度已出现明显缩减，说明热敏丸在此条件下已出现了明显熔化的迹象，而此时却还远没有达到其额定动作温度。同时，我们用万用表测量2号熔断体的阻值，发现已经开路，用X光透视后的状态如图6所示。

　　实际在电加热生产装配过程中，熔断体往往要经过焊接、烘烤和热缩套管等高温工序，不可避免地会受到一些影响。所以，在进行这些工序时，务必要注意对熔断体进行保护：

　　1)熔断体在电加热厂家生产装配过程中，其导线在焊锡操作过程中应该充分冷却，如果过多的热量传递至熔断体，将会对熔断体的可靠性造成不良影响。因此，各电加热厂家应在焊锡前后安排X光测试热敏丸高度，保证热敏丸没有收缩，避免因过热而导致热敏丸部分熔化。

　　2)热熔断体可拼接电线或端子，如果拼接工艺不可靠，将产生高电阻，通电后会导致自身发热量急剧增大，最终导致热敏丸非正常熔化。

　　3)当应用树脂成型或热缩套管时，热熔断体本体上的温度应受控，保证在加工过程中，其体积不会缩小，以免影响其可靠性。

2 熔断体的机械结构

2.1 熔断体内部结构

　　前文已经介绍了电加热熔断体的工作原理，热敏丸是其中的关键，但最终保护动作以及正常导通都要靠其内部机械结构来完成。目前，其设计主要采用了如图7所示结构，各厂家略有差别，但总体大同小异，即在金属外壳内组装绝缘筒、弹簧、可动电极(也叫星型触片)、圆板和热敏药丸，金属外壳开口部用封止材料完全密封。

　　弹簧作为提供机械力的动力源，正常装配后应处于压缩状态，同时，星型触片由于受两侧弹簧的张力作用也会保持竖直状态并与金属外壳接触，由于触片本身体积较小且薄、材质较软、接触金属外壳的面积有限，因此，对其成型工艺和装配工艺提出了较高的要求，我们不得不对其可靠性产生怀疑。

2.2 熔断体异常开路的分析

　　某厂家生产的热熔断体曾经在客户使用时出现了数单开路的故障，其使用过程中并无高温、大电流等恶劣条件出现，经过X光检查也发现熔断体热敏丸并没有熔化，这说明熔断体本身的内部导通回路出现了问题。

　　将正常品与不良品进行对比，我们不难发现以下问题：

　　a.2号、4号样品出现过成型现象，已经与金属外壳脱离无法接触，熔断体的正常导通回路在这里被切断;

　　b.3号样品的电极出现了歪斜，星型触片与外壳接触不充分，电极与引线接触面也比正常品小，测试导通但阻值较正常品偏大(如表1所示)。

　　经过分析，造成熔断体异常的原因为星型触片加工不良(过成型)以及浮动电极装配歪斜导致，说明该厂家的生产加工工艺以及设计存在一定的缺陷，无法保证其产品的一致性，可从设计及内部尺寸控制上作出如下调整以获得改善：

　　1)设计上收严陶瓷封帽的内径尺寸，将陶瓷内圆与浮钉之间的间隙配合公差收窄，以避免出现浮动电极歪斜的情况;

　　2)出厂前电阻阻值测试范围收严，将由于浮钉歪斜而导致的星型触片与外壳接触不良制品检出剔除;

　　3)更改星型触片尺寸，对八爪簧片进行加宽，增加与金属外壳的接触面积，提高可靠性。

3 结论

　　1)熔断体热敏药丸的可靠性受环境温度影响，即使没有达到设计的动作温度，长时间高温烘烤也可能会造成热敏丸熔化。熔断体厂家需考虑对其进行适当优化，在保证灵敏度的同时，也要兼顾高温稳定性;熔断体作为电加热的部件，在装配过程中也要注意做好高温防护，同时引线焊接部位阻值也应注意控制。

　　2)熔断体的星型触片是机械结构中较为脆弱的部件，对加工工艺有较高的要求，不能出现过成型的现象，同时在其尺寸设计时，应考虑保证与金属外壳充分接触。

　　3)熔断体内部的各部件配合公差根据需求应当尽量控制严格，否则难免会出现诸如浮动电极歪斜等不良问题。

参考文献：

　　[1]朱云青.家用空调电加热器用热熔断体的选型与应用[J].日用电器,2014,6.

　　[2] GB 4706.32-2012.家用和类似用途电器的安全 热泵、空调器和除湿机的特殊要求[S].

　　[3] GB9816.1-2008.家用和类似用途插头插座 第一部分：通用要求[S].

　　[4] 张罗.家用电器常用的热熔断体[J]. 家用电器,1997,6.

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第7期第40页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。