1、壓敏電阻劣化分析與熱保護(hù)型壓敏電阻優(yōu)越性說(shuō)明張廷鳳 139* Mail: tf.zhang一、 背景說(shuō)明氧化鋅壓敏電阻器簡(jiǎn)稱(chēng)“MOV ”,在一定電流電壓范圍內(nèi)電阻值隨電壓變化呈非線性變化的元器件。所謂壓敏電壓,即擊穿電壓或閥值電壓.指在規(guī)定電流下的電壓值,大多數(shù)情況下用1mA 直流電流通入壓敏電阻器時(shí)測(cè)得的電壓值,壓敏電阻主要應(yīng)用于瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù),壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量,但不能承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流,在用作過(guò)壓保護(hù)時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。 二、雷擊下的劣化狀況當(dāng)壓敏電阻在帶電負(fù)載的情況下,壓敏電阻經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的浪涌電壓沖擊時(shí)壓敏電阻的壓敏電壓可能會(huì)出現(xiàn)劣化現(xiàn)象,也就是閥值電壓降低,這

2、是壓敏電阻可能就會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的漏電流;隨著漏電流的增加壓敏電阻產(chǎn)生的熱積累將會(huì)導(dǎo)致壓敏電阻的熱崩潰擊穿,壓敏電阻劣化失效后變成永久導(dǎo)通狀態(tài),就無(wú)法切斷回路電流,此時(shí)壓敏電阻本體溫度將持續(xù)升高,甚至產(chǎn)生火災(zāi)危險(xiǎn)。熱保護(hù)型壓敏電阻產(chǎn)品就是帶有合金型溫度保險(xiǎn)絲的壓敏電阻,其原理就是在壓敏電阻上串接一動(dòng)作溫度較為精確地溫度保險(xiǎn)絲,二者通過(guò)電極片緊密連接在一起,具有較快的傳熱效果,當(dāng)壓敏電阻失效時(shí)發(fā)熱傳遞給溫度保險(xiǎn)絲使溫度保險(xiǎn)絲動(dòng)作切斷電路。 現(xiàn)將壓敏電阻20D471與熱保護(hù)型壓敏電阻15S471(15S 系列的熱保護(hù)型壓敏電阻產(chǎn)品與20D 壓敏電阻產(chǎn)品具有同等通流容量按IEC62643的標(biāo)準(zhǔn)要求施加8/

3、20s 沖擊電流為標(biāo)稱(chēng)5kA 及加嚴(yán)測(cè)試8kA 試驗(yàn)的對(duì)比數(shù)據(jù)如下: 熱保護(hù)型壓敏電阻 15S471515次4.2%沒(méi)有問(wèn)題OK 壓敏電阻20D471811次壓敏電阻被擊穿碳化燒焦參考從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn),沖擊電流次數(shù)增加,峰值電流變大,會(huì)導(dǎo)致壓敏電阻劣化。而溫度保險(xiǎn)絲內(nèi)藏型壓敏電阻,在壓敏電阻劣化時(shí),溫度保險(xiǎn)絲熔斷而切斷電力,可有效的防止因壓敏電阻劣化而發(fā)生的異常發(fā)熱導(dǎo)致的著火問(wèn)題。三、 輕微過(guò)電壓情況下的劣化情況當(dāng)回路電壓超過(guò)壓敏電阻最大連續(xù)使用電壓時(shí),壓敏電阻會(huì)產(chǎn)生漏電流而逐漸劣化破壞。電壓越高,漏電流越大。給2只相同型號(hào)的熱保護(hù)型壓敏電阻20S511分別施加0.83Un 和0.84Un

4、的交流電壓,如下所示,漏電流有很明顯的不同(0.84Un 時(shí)的漏電流明顯比0.83Un 情況下的漏電流大。x-Ray0.83Un 交流電壓時(shí)的漏電流波形0.84Un 交流電壓時(shí)的漏電流波形 壓敏電阻的劣化和破壞是隨著漏電流的增大而加速。而溫度保險(xiǎn)絲內(nèi)藏型的壓敏電阻,因是內(nèi)藏的溫度保險(xiǎn)絲熱傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu),在壓敏電阻被破壞之前,溫度保險(xiǎn)絲就會(huì)切斷電路,過(guò)電壓引起的劣化時(shí),可起到保護(hù)作用。將壓敏電阻20D471與熱保護(hù)型壓敏電阻15S471(15S 系列的熱保護(hù)型壓敏電阻產(chǎn)品具有20D 壓敏電阻相同的通流容量分別放入85度的烤箱里,并且施加1倍的最大連續(xù)使用電壓Uc (300Vac ,測(cè)試1000H 。

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示: 壓敏電阻20D471 A1 300Vac1.5% OK OKA22.1% OKOK A3 1.6% OK OK A4 1.8%OK OK A5 2.2% OK OK 熱保護(hù)型壓敏電阻15S471B1 1.2% OK OK B21.9% OK OK B3 1.5% OK OK B4 1.7% OK OK B52.1%OKOK如上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn),回路電壓在Uc 范圍內(nèi),壓敏電阻與熱保護(hù)型壓敏電阻二者均可正常工作。因此各取1只壓敏電阻20D471與熱保護(hù)型壓敏電阻15S471置于85烘箱內(nèi)并施加1.3Uc:390Vac 進(jìn)行加嚴(yán)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如下:試品 型號(hào)實(shí)驗(yàn) 電壓實(shí)驗(yàn)時(shí)間壓敏電

6、阻狀態(tài)試驗(yàn)后 試品外觀試驗(yàn)后 試品外觀照片 壓敏電阻20D471390Vac21分鐘破壞碳化燒焦 熱保護(hù)型壓敏電阻15S471390Vac73秒完好溫度保險(xiǎn)絲斷開(kāi)外觀完好以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn),流過(guò)壓敏電阻電壓超過(guò)最大連續(xù)使用電壓時(shí),壓敏電阻發(fā)生劣化,但沒(méi)有切斷電路,進(jìn)而異常發(fā)熱,甚至有導(dǎo)致火災(zāi)的危害可能性。而溫度保險(xiǎn)絲內(nèi)藏型壓敏電阻,是溫度保險(xiǎn)絲和壓敏電阻用電極緊密的連接在一起,因?yàn)闊醾鲗?dǎo)性能好,過(guò)電壓情況下在壓敏電阻被破壞之前,溫度保險(xiǎn)絲可迅速切斷電路,起到保護(hù)作用。四、 異常過(guò)電壓下的劣化情況壓敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是在瞬間過(guò)電壓時(shí)可產(chǎn)生非常大的通流容量,但當(dāng)回路電壓超過(guò)壓敏電阻的最大連續(xù)使用電壓時(shí),隨

7、著回路電壓的增大,壓敏電阻劣化的速度加快,沒(méi)有被保護(hù)的壓敏電阻,不斷的升溫,有發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。以下是異常電壓的環(huán)境下,實(shí)驗(yàn)電流與壓敏電阻破壞時(shí)間的關(guān)系曲線。 型號(hào)熱保護(hù)型壓敏電阻25S621是弊司溫度保險(xiǎn)絲內(nèi)藏型壓敏電壓(具有壓敏電壓?jiǎn)纹泛拖嗤瑝好綦妷旱奶匦?對(duì)于產(chǎn)品的最大連續(xù)使用電壓385VAC ,在回路中施加2倍的最大連續(xù)使用電壓以上的回路電壓800VAC ,不同實(shí)驗(yàn)電流下,所得出的壓敏電阻劣化時(shí)間與實(shí)驗(yàn)電路的關(guān)系曲線。以上圖表可見(jiàn),壓敏電阻的回路電壓異常高的情況下,回路電流越大,壓敏電阻劣化的速度越快。此時(shí),毫無(wú)任何保護(hù)的壓敏電阻,由于不斷劣化,產(chǎn)品異常持續(xù)發(fā)熱升溫,甚至有引發(fā)火災(zāi)的危險(xiǎn)

8、。而使用帶有熱保護(hù)型壓敏電阻(例如,弊司的溫度保險(xiǎn)絲內(nèi)藏型壓敏電阻情況下,在壓敏電阻發(fā)生火災(zāi)之前,內(nèi)藏的溫度保險(xiǎn)絲感溫,熔斷,把壓敏電阻從回路中脫離,有效的防止了著火問(wèn)題。以下是相同型號(hào)熱保護(hù)型壓敏電阻25S621的異常過(guò)電壓800VAC 時(shí),用1A,5A,10A,15A,20A 的回路電流實(shí)驗(yàn)后的產(chǎn)品照片和X-RAY 分析照片。這個(gè)照片可以說(shuō)明即便是壓敏電阻劣化,溫度保險(xiǎn)絲也能安全切斷電路,并且外觀沒(méi)有問(wèn)題。熱保護(hù)型壓敏電阻25S621產(chǎn)品在異常電壓800VAC (正常最大連續(xù)使用電壓是385V 情況下,用以下實(shí)驗(yàn)電流測(cè)試后的產(chǎn)品狀態(tài)和X-RAY 檢查狀態(tài)實(shí)驗(yàn) 電流 實(shí)驗(yàn)后 產(chǎn)品外觀照片試驗(yàn)

9、后壓敏電阻狀況(X-RAY 試驗(yàn)后內(nèi)部溫度保險(xiǎn)絲狀況(X-RAY情況 說(shuō)明1A 1.製品大破損見(jiàn)2.劣化、X-RAY 、 破損見(jiàn);3.溫度安全切5A 1.製品大破損見(jiàn);2.劣化、X-RAY 、 見(jiàn);3.溫度安全切壓敏電阻劣化時(shí)間與實(shí)驗(yàn)電流的關(guān)系曲線10A 1.外觀沒(méi)有明顯的損傷;2.壓敏電阻劣化,透過(guò)(X-RAY可見(jiàn)擊穿小孔;3.溫度保險(xiǎn)絲安全斷開(kāi)。15A 1.外觀沒(méi)有明顯的損傷;2.壓敏電阻劣化,透過(guò)(X-RAY可見(jiàn)擊穿小孔;3.溫度保險(xiǎn)絲安全斷開(kāi)。20A 1.外觀沒(méi)有明顯的損傷;2.壓敏電阻劣化,透過(guò)(X-RAY可見(jiàn)擊穿小孔;3.溫度保險(xiǎn)絲安全斷開(kāi)。弊司的溫度保險(xiǎn)絲內(nèi)藏型壓敏電阻,全部型號(hào),在異常過(guò)電壓(2倍的最大連續(xù)使用電壓時(shí),對(duì)于20A以內(nèi)的短路電流,可以安全的切斷電路。并且,亦可定制耐20A以上的短路電流產(chǎn)品。五、結(jié)論壓敏電阻具有根據(jù)電壓變化電阻值呈非線性變化的性質(zhì),所以經(jīng)常作為浪涌保護(hù)元器件使用。但是當(dāng)漏電流發(fā)生時(shí),會(huì)因各種使用環(huán)境的原