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

當壓敏電阻在帶電負載的情況下，壓敏電阻經過多次反復的浪涌電壓沖擊時壓敏電阻可能會出現劣化現象，也就是閥值電壓降低，這時壓敏電阻可能就會產生持續(xù)的漏電流；隨著漏電流的增加壓敏電阻產生的熱積累將會導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，甚至產生火災危險。

熱保護型壓敏電阻產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品與20D壓敏電阻產品具有同等通流容量）按IEC61643的標準要求施加8/20μs沖擊電流為標稱5kA及加嚴測試8kA試驗的對比數據如下：

從以上實驗結果可見，沖擊電流次數增加，峰值電流變大，會導致壓敏電阻劣化。而溫度保險絲內置型壓敏電阻，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)熱導致的著火問題。

三、輕微過電壓情況下的劣化情況

當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。而溫度保險絲內置型的壓敏電阻，因是內置的溫度保險絲熱傳導的結構，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℃烘箱內并施加1.3Uc:390Vac進行加嚴測試，，測試結果如下：

以上實驗結果可見，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，甚至有導致火災的危害可能性。而溫度保險絲內置型壓敏電阻，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生非常大的通流容量，但當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系曲線。

熱保護型壓敏電阻25S621是賽爾特溫度保險絲內置型壓敏電阻（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置型壓敏電阻）情況下，在壓敏電阻發(fā)生火災之前，內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品狀態(tài)和X-RAY檢查狀態(tài)：

賽爾特的溫度保險絲內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以上的短路電流產品。

五、結論

壓敏電阻具有根據電壓變化電阻值呈非線性變化的性質，所以經常作為浪涌保護元器件使用。但是當壓敏電阻漏電流發(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部有效連接在一起，當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，有效的防止火災隱患的發(fā)生。

審核編輯：湯梓紅