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压敏电阻劣化与热保护型压敏电阻优越性分析2014 11 8

压敏电阻劣化分析与热保护型压敏电阻优越性说明
张廷凤 13950118003 Mail: tf.zhang@setfuse.com
一、 背景说明
氧化锌压敏电阻器简称“MOV” ,在一定电流电压范围内电阻值随电压变化呈非线性变化的元器件。所谓压敏电压,即击穿电压或阀值电压.指在规 定电流下的电压值,大多数情况下用 1mA 直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值,压敏电阻主要应用于瞬态过电压保护, 压敏电阻虽然能吸收很大 的浪涌电能量,但不能承受毫安级以上的持续电流,在用作过压保护时必须考虑到这一点。 二、雷击下的劣化状况 当压敏电阻在带电负载的情况下,压敏电阻经过多次反复的浪涌电压冲击时压敏电阻的压敏电压可能会出现劣化现象,也就是阀值电压降低,这是 压敏电阻可能就会产生持续的漏电流;随着漏电流的增加压敏电阻产生的热积累将会导致压敏电阻的热崩溃击穿,压敏电阻劣化失效后变成永久导 通状态,就无法切断回路电流,此时压敏电阻本体温度将持续升高,甚至产生火灾危险。

热保护型压敏电阻产品就是带有合金型温度保险丝的压敏电阻,其原理就是在压敏电阻上串接一动作温度较为精确地温度保险丝,二 者通过电极片紧密连接在一起,具有较快的传热效果,当压敏电阻失效时发热传递给温度保险丝使温度保险丝动作切断电路。 现将压敏电阻 20D471 与热保护型压敏电阻 15S471(15S 系列的热保护型压敏电阻产品与 20D 压敏电阻产品具有同等通流容量)按 IEC62643 的标准要求施加 8/20μs 冲击电流为标称 5kA 及加严测试 8kA 试验的对比数据如下:

冲击电流 样品型号 (kA) 测试次数 変化率 试验结果

判定 結果 试验后外观照片

压敏电阻 20D471

5

15 次

4.3%

没有问题

OK

热保护型压敏电阻 5 15S471 15 次 4.2% 没有问题 OK

压敏电阻被 压敏电阻 20D471 8 11 次 击穿 碳化烧焦 参考

热保护型压敏电阻 8 15S471 9次 13%

TCO 断开 参考 外壳完好无损 x-Ray

从以上实验结果可见,冲击电流次数增加,峰值电流变大,会导致压敏电阻劣化。而温度保险丝内藏型压敏电阻,在压敏电阻劣化时,温度保险丝 熔断而切断电力,可有效的防止因压敏电阻劣化而发生的异常发热导致的着火问题。

三、 轻微过电压情况下的劣化情况
当回路电压超过压敏电阻最大连续使用电压时,压敏电阻会产生漏电流而逐渐劣化破坏。电压越高,漏电流越大。给 2 只相同型号的热保护型压敏 电阻 20S511 分别施加 0.83Un 和 0.84Un 的交流电压,如下所示,漏电流有很明显的不同(0.84Un 时的漏电流明显比 0.83Un 情况下的漏电流大) 。 1/4

0.83Un 交流电压时的漏电流波形

0.84Un 交流电压时的漏电流波形

压敏电阻的劣化和破坏是随着漏电流的增大而加速。而温度保险丝内藏型的压敏电阻,因是内藏的温度保险丝热传导的结构,在压敏电阻被破坏之 前,温度保险丝就会切断电路,过电压引起的劣化时,可起到保护作用。 将压敏电阻 20D471 与热保护型压敏电阻 15S471(15S 系列的热保护型压敏电阻产品具有 20D 压敏电阻相同的通流容量)分别放入 85 度的烤箱里, 并且施加 1 倍的最大连续使用电压 Uc(300Vac),测试 1000H。实验结果如下所示: 试品型号 样品编号 实验 电压 压敏电压 变化率 1.5% 2.1% 1.6% 1.8% 300Vac 2.2% 1.2% 1.9% 1.5% 1.7% 2.1% 试验后 试品外观 OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK 判定 结果 OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK 试验后 试品外观照片

A1 A2 压敏电阻 20D471 A3 A4 A5 B1 B2 热保护型压敏电阻 15S471 B3 B4 B5

如上实验结果可见,回路电压在 Uc 范围内,压敏电阻与热保护型压敏电阻二者均可正常工作。 因此各取 1 只压敏电阻 20D471 与热保护型压敏电阻 15S471 置于 85℃烘箱内并施加 1.3Uc:390Vac 进行加严测试, ,测试结果如下:

压敏电 试品 型号 实验 电压 实验 阻 时间 状态
试验后 试品外观

试验后 试品外观照片

压敏电阻 20D471

390Vac

21 分钟

破坏

碳化烧焦

热保护型压敏电阻 390Vac 15S471 73 秒 完好

温度保险丝断开 外观完好

以上实验结果可见,流过压敏电阻电压超过最大连续使用电压时,压敏电阻发生劣化,但没有切断电路,进而异常发热,甚至有导致火灾的危害可 2/4

能性。而温度保险丝内藏型压敏电阻,是温度保险丝和压敏电阻用电极紧密的连接在一起,因为热传导性能好,过电压情况下在压敏电阻被破坏之 前,温度保险丝可迅速切断电路,起到保护作用。

四、 异常过电压下的劣化情况
压敏电阻的优点是在瞬间过电压时可产生非常大的通流容量,但当回路电压超过压敏电阻的最大连续使用电压时,随着回路电压的增大,压敏电阻 劣化的速度加快,没有被保护的压敏电阻,不断的升温,有发生火灾的危险。以下是异常电压的环境下,实验电流与压敏电阻破坏时间的关系曲线。 型号热保护型压敏电阻 25S621 是弊司温度保险丝内藏型压敏电压 (具有压敏电压单品和相同压敏电压的特性) , 对于产品的最大连续使用电压 385VAC, 在回路中施加 2 倍的最大连续使用电压以上的回路电压 800VAC,不同实验电流下,所得出的压敏电阻劣化时间与实验电路的关系曲线。

压 敏 电 阻 破 坏 时 间

压敏电阻劣化时间与实验电流的关系曲 线

实验电流(A)

以上图表可见,压敏电阻的回路电压异常高的情况下,回路电流越大,压敏电阻劣化的速度越快。此时,毫无任何保护的压敏电阻,由于不断劣化,产 品异常持续发热升温,甚至有引发火灾的危险。而使用带有热保护型压敏电阻(例如,弊司的温度保险丝内藏型压敏电阻)情况下,在压敏电阻发生火 灾之前,内藏的温度保险丝感温,熔断,把压敏电阻从回路中脱离,有效的防止了着火问题。以下是相同型号热保护型压敏电阻 25S621 的异常过电压 800VAC 时,用 1A,5A,10A,15A,20A 的回路电流实验后的产品照片和 X-RAY 分析照片。这个照片可以说明即便是压敏电阻劣化,温度保险丝也能安全切 断电路,并且外观没有问题。 热保护型压敏电阻 25S621 产品在异常电压 800VAC(正常最大连续使用电压是 385V)情况下,用以下实验电流测试后的产品状态和 X-RAY 检查状 态 实验 电流 1A 实验后 产品外观照片 试验后 压敏电阻状况(X-RAY) 试验后 内部温度保险丝状况(X-RAY) 情况 说明
1.製品に大きな破損が見えない 2.バリスタが劣化したが、X-RAY では、 はっきりした破損が見えない; 3.温度ヒューズが安全に切れた

5A

1.製品に大きな破損が見えない; 2.バリスタが劣化した、X-RAY では、 ブレークホールが見える; 3.温度ヒューズが安全に切れた

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10A

1.外观没有明显的损伤; 2.压敏电阻劣化,透过(X-RAY)可见 击穿小孔; 3.温度保险丝安全断开。

15A

1.外观没有明显的损伤; 2.压敏电阻劣化,透过(X-RAY)可见 击穿小孔; 3.温度保险丝安全断开。

20A

1.外观没有明显的损伤; 2.压敏电阻劣化,透过(X-RAY)可见 击穿小孔; 3.温度保险丝安全断开。

弊司的温度保险丝内藏型压敏电阻,全部型号,在异常过电压(2 倍的最大连续使用电压)时,对于 20A 以内的短路电流,可以安全的切断电路。并 且,亦可定制耐 20A 以上的短路电流产品。

五、 结论
压敏电阻具有根据电压变化电阻值呈非线性变化的性质,所以经常作为浪涌保护元器件使用。但是当漏电流发生时,会因各种使用环境的原因造成 压敏电阻的劣化。如果不考虑对压敏电阻进行保护,随着压敏电阻的劣化,持续升温,甚至会导致引起火灾的危险。弊司的热保护型压敏电阻,是 把温度保险丝和压敏电阻在内部有效连接在一起,当压敏电阻劣化而因为异常发热时,温度保险丝会立即感温,并且熔断,把压敏电阻从回路中脱 离开来,有效的防止火灾隐患的发生。

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