壓敏電阻劣化分析與解決方法

背景說明

氧化鋅壓敏電阻器簡稱“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測得的電壓值,壓敏電阻主要應(yīng)用于瞬態(tài)過電壓保護，壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量,但不能承受毫安級以上的持續(xù)電流,在用作過壓保護時必須考慮到這一點。

二、雷擊下的劣化狀況

當(dāng)壓敏電阻在帶電負載的情況下，壓敏電阻經(jīng)過多次反復(fù)的浪涌電壓沖擊時壓敏電阻可能會出現(xiàn)劣化現(xiàn)象，也就是閥值電壓降低，這時壓敏電阻可能就會產(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)，就無法切斷回路電流，此時壓敏電阻本體溫度將持續(xù)升高，甚至產(chǎn)生火災(zāi)危險。

熱保護型壓敏電阻產(chǎn)品就是帶有合金型溫度保險絲的壓敏電阻，其原理就是在壓敏電阻上串接一動作溫度較為精確地溫度保險絲，二者通過電極片緊密連接在一起，具有較快的傳熱效果，當(dāng)壓敏電阻失效時發(fā)熱傳遞給溫度保險絲使溫度保險絲動作切斷電路。

現(xiàn)將壓敏電阻20D471與熱保護型壓敏電阻15S471（15S系列的熱保護型壓敏電阻產(chǎn)品與20D壓敏電阻產(chǎn)品具有同等通流容量）按IEC61643的標(biāo)準(zhǔn)要求施加8/20μs沖擊電流為標(biāo)稱5kA及加嚴(yán)測試8kA試驗的對比數(shù)據(jù)如下：

從以上實驗結(jié)果可見，沖擊電流次數(shù)增加，峰值電流變大，會導(dǎo)致壓敏電阻劣化。而溫度保險絲內(nèi)置型壓敏電阻，在壓敏電阻劣化時，溫度保險絲熔斷而切斷電路，可有效的防止因壓敏電阻劣化漏電流增大而異常發(fā)熱導(dǎo)致的著火問題。

三、輕微過電壓情況下的劣化情況

當(dāng)回路電壓超過壓敏電阻最大連續(xù)使用電壓時，壓敏電阻會產(chǎn)生漏電流，隨著漏電流不斷增大壓敏電阻逐漸被劣化破壞。電壓越高，漏電流越大。給2只相同型號的熱保護型壓敏電阻20S511分別施加0.83Un和0.84Un的交流電壓，如下所示，漏電流有很明顯的不同（0.84Un時的漏電流明顯比0.83Un情況下的漏電流大）。

壓敏電阻的劣化和破壞是隨著漏電流的增大而加速。而溫度保險絲內(nèi)置型的壓敏電阻，因是內(nèi)置的溫度保險絲熱傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，在壓敏電阻被破壞之前，溫度保險絲就會切斷電路，過電壓引起的劣化時，可起到保護作用。

將壓敏電阻20D471與熱保護型壓敏電阻15S471（15S系列的熱保護型壓敏電阻產(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），測試1000H。實驗結(jié)果如下所示：

因此各取1只壓敏電阻20D471與熱保護型壓敏電阻15S471置于85℃烘箱內(nèi)并施加1.3Uc:390Vac進行加嚴(yán)測試，，測試結(jié)果如下：

以上實驗結(jié)果可見，流過壓敏電阻的電壓超過最大連續(xù)使用電壓時，壓敏電阻發(fā)生劣化，但沒有切斷電路，漏電不斷增大進而異常發(fā)熱，甚至有導(dǎo)致火災(zāi)的危害可能性。而溫度保險絲內(nèi)置型壓敏電阻，是溫度保險絲和壓敏電阻用電極緊密的連接在一起，因為熱傳導(dǎo)性能好，過電壓情況下在壓敏電阻被破壞之前，溫度保險絲可迅速切斷電路，起到保護作用。

四、異常過電壓下的劣化情況

壓敏電阻的優(yōu)點是在瞬間過電壓時可產(chǎn)生非常大的通流容量，但當(dāng)回路電壓超過壓敏電阻的最大連續(xù)使用電壓時，隨著回路電壓的增大，壓敏電阻劣化的速度加快，沒有被保護的壓敏電阻漏電流不斷增大，不斷的升溫，有發(fā)生火災(zāi)的危險。以下是異常電壓的環(huán)境下，實驗電流與壓敏電阻破壞時間的關(guān)系曲線。

熱保護型壓敏電阻25S621是賽爾特溫度保險絲內(nèi)置型壓敏電阻（具有壓敏電壓單品和相同壓敏電壓的特性），對于產(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，不同實驗電流下，所得出的壓敏電阻劣化時間與實驗電路的關(guān)系曲線。

以上圖表可見，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，毫無任何保護的壓敏電阻，由于不斷劣化，漏電流不斷增大壓敏電阻持續(xù)發(fā)熱升溫，有引發(fā)火災(zāi)的危險。而使用帶有熱保護的壓敏電阻（例如，賽爾特的溫度保險絲內(nèi)置型壓敏電阻）情況下，在壓敏電阻發(fā)生火災(zāi)之前，內(nèi)置的溫度保險絲感溫，熔斷，把壓敏電阻從回路中脫離，有效的防止了著火問題。以下是相同型號熱保護型壓敏電阻25S621的異常過電壓800VAC時，用1A,5A,10A,15A,20A的回路電流實驗后的產(chǎn)品照片和X-RAY分析照片。這個照片可以說明即便是壓敏電阻劣化，溫度保險絲也能安全切斷電路，并且外觀沒有問題。

熱保護型壓敏電阻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，用以下實驗電流測試后的產(chǎn)品狀態(tài)和X-RAY檢查狀態(tài)：

賽爾特的溫度保險絲內(nèi)置型壓敏電阻在異常過電壓（2倍的最大連續(xù)使用電壓）時，對于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)常作為浪涌保護元器件使用。但是當(dāng)壓敏電阻漏電流發(fā)生時，會因各種使用環(huán)境的原因造成壓敏電阻的劣化。如果不考慮對壓敏電阻進行保護，隨著壓敏電阻的劣化，漏電流不斷增大，壓敏電阻會持續(xù)升溫，有引起火災(zāi)的危險。熱保護型壓敏電阻，是把溫度保險絲和壓敏電阻在內(nèi)部有效連接在一起，當(dāng)壓敏電阻劣化而因為異常發(fā)熱時，溫度保險絲會立即感溫，并且熔斷，把壓敏電阻從回路中脫離開來，有效的防止火災(zāi)隱患的發(fā)生。

審核編輯：湯梓紅