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壓敏電阻燒壞的原因后果及解決辦法

2018年04月10日 09:29 網(wǎng)絡(luò)整理 作者: 用戶評(píng)論(0
關(guān)鍵字:壓敏電阻(34595)

壓敏電阻電阻體材料是半導(dǎo)體,所以也是半導(dǎo)體電阻器的一種。現(xiàn)在常用的是氧化鋅壓敏電阻。

壓敏電阻在電路各簡(jiǎn)單概括有三個(gè)作用:一過電壓保護(hù);二耐雷擊要求;三安規(guī)測(cè)試需要。

壓敏電阻不是感知壓力,是一個(gè)電壓的感受器,有點(diǎn)像保險(xiǎn)絲,超過自身的所承受的電壓就會(huì)擊穿,斷路保護(hù)。

壓敏電阻常用作過壓保護(hù)設(shè)備,但是它的通流容量雖大,但能量容量卻不大,另外它的沖擊電流最大脈沖寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大中功率半導(dǎo)體系統(tǒng)實(shí)際脈沖電流寬度,所以才會(huì)時(shí)常發(fā)生短路或爆炸。

壓敏電阻的特性參數(shù)

①壓敏電壓UN(U1mA):通常以在壓敏電阻上通過1mA直流電流時(shí)的電壓來表示其是否導(dǎo)通的標(biāo)志電壓,這個(gè)電壓就稱為壓敏電壓UN。壓敏電壓也常用符號(hào)U1mA表示。壓敏電壓的誤差范圍一般是±10%。在試驗(yàn)和實(shí)際使用中,通常把壓敏電壓從正常值下降10%作為壓敏電阻失效的判據(jù)。

②最大持續(xù)工作電壓UC:指壓敏電阻能長(zhǎng)期承受的最大交流電壓(有效值)Uac或最大直流電壓Udc。一般Uac≈0.64U1mA,Udc≈0.83U1mA。

③通流量(最大沖擊電流)IP:指壓敏電阻能夠承受的8/20μs波的最大沖擊電流峰值。“能夠承受”的含義是,沖擊后壓敏電壓的變化率不大于10%。現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)格書中通常都給出了沖擊1次的IP值。

④最大箝位電壓(限制電壓)VC:技術(shù)規(guī)格書中給出的最大箝位電壓值是指給壓敏電阻施加規(guī)定的8/20μs波沖擊電流IX(A)時(shí)壓敏電阻上呈現(xiàn)的電壓。

實(shí)際使用中,壓敏電壓越高,施加的沖擊電流越大,限制電壓(或稱殘壓)就越高,可從產(chǎn)品給出的V-I曲線上查到。

⑤額定能量E:額定能量是指壓敏電阻能夠承受規(guī)定波形的沖擊電流沖擊一次的最大能量(沖擊后壓敏電壓的變化率不大于10%),可用下式表示:

E=K*IP*VC*T

式中:IP、VC見上,T為脈沖寬度,K為與波形有關(guān)的常數(shù)。對(duì)于8/20μs波和10/1000μs波,K=1.4;對(duì)于2ms方波,K=1。

⑥額定功率(最大平均功率)Pm:指壓敏電阻在室溫下,連續(xù)承受多次沖擊,且各次沖擊之間間隔時(shí)間較短,因而有熱積累效應(yīng)的情況下,能夠承受的最大平均功率。盡管壓敏電阻能承受很大的脈沖功率,但能承受的平均功率卻很小。

電容C0:指壓敏電阻兩電極間呈現(xiàn)的電容,在幾pF~幾百nF的范圍內(nèi)。體積越小,壓敏電壓越高,電容越小。

⑧漏電流Il:給壓敏電阻施加最大直流電壓Udc時(shí)流過的電流。測(cè)量漏電流時(shí),通常給壓敏電阻加上Udc=0.83U1mA的電壓(有時(shí)也用0.75U1mA)。一般要求靜態(tài)漏電流Il≤20μA(也有要求≤10μA的)。在實(shí)際使用中,更關(guān)心的不是靜態(tài)漏電流值本身的大小,而是它的穩(wěn)定性,即在沖擊試驗(yàn)后或在高溫條件下的變化率。在沖擊試驗(yàn)后或在高溫條件下其變化率不超過一倍,即認(rèn)為是穩(wěn)定的。

⑨非線性指數(shù)α:指電壓的變化對(duì)電流的影響能力,可用公式表示為:

I=KUα或α=loglog

由前式可見,α越大表明電壓的變化對(duì)電流的影響能力越大,非線性特性越好。由后式可見,α是伏安特性上各點(diǎn)斜率的倒數(shù),特性越平坦的地方,α越大(漏電流區(qū)和飽和區(qū)α=1,又稱低α區(qū))。用儀器測(cè)量時(shí),一般設(shè)定I2=1mA,I1=0.1mA,所以

αT=1/log(U1mA/U0.1mA)

壓敏電阻燒壞的原因:

1、老化失效,表現(xiàn)為漏電流增大,壓敏電壓顯著下降,直至為零;

老化失效是指電阻體的低阻線性化逐步加劇,漏電流惡性增加且集中流入薄弱點(diǎn),薄弱點(diǎn)材料融化,形成1kΩ左右的短路孔后,電源繼續(xù)推動(dòng)一個(gè)較大的電流灌入短路點(diǎn),形成高熱而起火。這種事故通常可以通過一個(gè)與壓敏電阻串聯(lián)的熱熔接點(diǎn)來避免。而暫態(tài)過電壓破壞是指較強(qiáng)的暫態(tài)過電壓使電阻體穿孔,導(dǎo)致更大的電流而高熱起火。整個(gè)過程在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生,以至電阻體上設(shè)置的熱熔接點(diǎn)來不及熔斷

2、暫態(tài)過電壓破壞。

3、過壓保護(hù)的次數(shù);

4、周圍工作溫度;

5、壓敏電阻有無受擠壓;

6、是否通過品質(zhì)認(rèn)證

7、浪涌能量太大,超出吸收功率;

8、耐壓不夠;

9、電流與浪涌過大等等。

壓敏電阻的使用安全性一直是一個(gè)需要重視的問題。因壓敏電阻器廣泛地應(yīng)用在家用電器及其它電子產(chǎn)品中,起過電壓保護(hù)、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護(hù)半導(dǎo)體元器件等作用。建議選用優(yōu)質(zhì)的壓敏電阻器。

避免壓敏電阻燒壞的解決辦法

壓敏電阻過熱保護(hù)技術(shù)主要有以下幾種:

(1)熱熔保險(xiǎn)絲技術(shù)。該技術(shù)是將用蠟保護(hù)的低熔點(diǎn)金屬通過一定的工藝裝在壓敏電阻上,在壓敏電阻漏電流過大,溫度升高到一定程度時(shí),低熔點(diǎn)金屬熔斷,從而將壓敏電阻從電路中切除,可以有效地防止壓敏電阻起火燃燒。但熱熔保險(xiǎn)絲存在可靠性問題,而且在加強(qiáng)熱循環(huán)的環(huán)境里約只有5年可靠壽命。在熱循環(huán)的環(huán)境中,熱熔保險(xiǎn)絲需定期更換以維持正常運(yùn)行。

(2)利用彈簧拉住低熔點(diǎn)焊錫技術(shù)。這種技術(shù)是目前絕大多數(shù)防雷器廠家的限壓型SPD采用的技術(shù),在壓敏電阻的引腳處增加一個(gè)低熔點(diǎn)焊錫焊接點(diǎn),然后用一根彈簧將這個(gè)焊接點(diǎn)拉住,在壓敏電阻漏電流過大,溫度升高到一定程度時(shí),焊接點(diǎn)的焊錫熔斷,在彈簧的拉力作用下焊接點(diǎn)迅速分離,從而將壓敏電阻從電路中切除,同時(shí)聯(lián)動(dòng)告警觸點(diǎn),發(fā)出告警信號(hào)。因?yàn)榈腿埸c(diǎn)金屬在受力點(diǎn)會(huì)流動(dòng)和產(chǎn)生裂縫,處于彈簧拉力中的低熔點(diǎn)焊錫接點(diǎn)的焊錫同樣會(huì)流動(dòng)和產(chǎn)生裂縫,因此這種裝置的最大問題是焊錫會(huì)老化,從而導(dǎo)致裝置會(huì)無故斷開。

(3)溫度保險(xiǎn)絲技術(shù)。該技術(shù)將壓敏電阻和溫度保險(xiǎn)絲串聯(lián)封裝在一起,利用熱傳導(dǎo)將漏電流在壓敏電阻上產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)溫度保險(xiǎn)絲上,在溫度升高至溫度保險(xiǎn)絲的設(shè)定溫度時(shí),溫度保險(xiǎn)絲熔斷,將壓敏電阻從電路中切除。溫度保險(xiǎn)絲除了有同樣有壽命和可靠性的問題外,利用溫度保險(xiǎn)絲對(duì)壓敏電阻進(jìn)行過熱保護(hù)還存在以下問題:熱傳導(dǎo)路徑長(zhǎng),響應(yīng)速度過慢,熱量是通過一定的熱傳導(dǎo)介質(zhì)(填充材料)、溫度保險(xiǎn)絲殼體,溫度保險(xiǎn)絲的內(nèi)部填充材料,然后才傳到溫度保險(xiǎn)的熔體上,因此決定了溫度保險(xiǎn)絲的響應(yīng)速度教慢。

(4)隔離技術(shù)。該技術(shù)將壓敏電阻裝在一個(gè)密閉的盒體內(nèi),與其它電路相隔離,防止壓敏電阻煙霧和火焰的蔓延。在各種后備保護(hù)都失靈的情況下,隔離技術(shù)也不失為一種簡(jiǎn)單而行之有效的方法,但需要占用教大的設(shè)備空間,同時(shí)也要防止煙霧和火焰從盒體引線開孔的地方冒出來。

(5)灌封技術(shù)。為防止壓敏電阻在失效時(shí)會(huì)冒煙、起火和爆炸,一些廠商采用該技術(shù)將壓敏電阻灌封起來,但由于壓敏電阻在失效時(shí)內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)拉弧,導(dǎo)致密封材料失效,并產(chǎn)生碳,碳的產(chǎn)生又會(huì)使電弧得以維持,這樣往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部短路及熏黑,甚至導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備機(jī)房嚴(yán)重熏黑。

實(shí)驗(yàn)表明:壓敏電阻套熱縮套管后,由于壓敏電阻的散熱受到影響,其最大耗散功率降低,從而影響了壓敏電阻的工頻電壓耐受能力,從另一個(gè)角度來說,散熱受到影響也會(huì)加速壓敏電阻的老化,影響壓敏電阻的使用壽命。

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