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压敏电阻烧坏的原因后果及解决办法
云汉芯城 | 2019-12-02 18:23:49    阅读:23   发布文章

  压敏电阻的电阻体材料是半导体,所以也是半导体电阻器的一种。现在常用的是氧化锌压敏电阻。

  压敏电阻在电路各简单概括有三个作用:一过电压保护;二耐雷击要求;三安规测试需要。

  压敏电阻不是感知压力,是一个电压的感受器,有点像保险丝,超过自身的所承受的电压就会击穿,断路保护。

  压敏电阻常用作过压保护设备,但是它的通流容量虽大,但能量容量却不大,另外它的冲击电流最大脉冲宽度远远小于大中功率半导体系统实际脉冲电流宽度,所以才会时常发生短路或爆炸。

  压敏电阻的特性参数

  ①、压敏电压UN(U1mA):通常以在压敏电阻上通过1mA直流电流时的电压来表示其是否导通的标志电压,这个电压就称为压敏电压UN。压敏电压也常用符号U1mA表示。压敏电压的误差范围一般是±10%。在试验和实际使用中,通常把压敏电压从正常值下降10%作为压敏电阻失效的判据。

  ②、最大持续工作电压UC:指压敏电阻能长期承受的最大交流电压(有效值)Uac或最大直流电压Udc。一般Uac≈0.64U1mA,Udc≈0.83U1mA。

  ③、通流量(最大冲击电流)IP:指压敏电阻能够承受的8/20μs波的最大冲击电流峰值。“能够承受”的含义是,冲击后压敏电压的变化率不大于10%。现行的技术规格书中通常都给出了冲击1次的IP值。

  ④、最大箝位电压(限制电压)VC:技术规格书中给出的最大箝位电压值是指给压敏电阻施加规定的8/20μs波冲击电流IX(A)时压敏电阻上呈现的电压。

  实际使用中,压敏电压越高,施加的冲击电流越大,限制电压(或称残压)就越高,可从产品给出的V-I曲线上查到。

  ⑤、额定能量E:额定能量是指压敏电阻能够承受规定波形的冲击电流冲击一次的最大能量(冲击后压敏电压的变化率不大于10%),可用下式表示:

  E=K*IP*VC*T

  式中:IP、VC见上,T为脉冲宽度,K为与波形有关的常数。对于8/20μs波和10/1000μs波,K=1.4;对于2ms方波,K=1。

  ⑥、额定功率(最大平均功率)Pm:指压敏电阻在室温下,连续承受多次冲击,且各次冲击之间间隔时间较短,因而有热积累效应的情况下,能够承受的最大平均功率。尽管压敏电阻能承受很大的脉冲功率,但能承受的平均功率却很小。

  ⑦、电容C0:指压敏电阻两电极间呈现的电容,在几pF~几百nF的范围内。体积越小,压敏电压越高,电容越小。

  ⑧、漏电流Il:给压敏电阻施加最大直流电压Udc时流过的电流。测量漏电流时,通常给压敏电阻加上Udc=0.83U1mA的电压(有时也用0.75U1mA)。一般要求静态漏电流Il≤20μA(也有要求≤10μA的)。在实际使用中,更关心的不是静态漏电流值本身的大小,而是它的稳定性,即在冲击试验后或在高温条件下的变化率。在冲击试验后或在高温条件下其变化率不超过一倍,即认为是稳定的。

  ⑨、非线性指数α:指电压的变化对电流的影响能力,可用公式表示为:

  I=KUα或α=loglog

  由前式可见,α越大表明电压的变化对电流的影响能力越大,非线性特性越好。由后式可见,α是伏安特性上各点斜率的倒数,特性越平坦的地方,α越大(漏电流区和饱和区α=1,又称低α区)。用仪器测量时,一般设定I2=1mA,I1=0.1mA,所以

  αT=1/log(U1mA/U0.1mA)

  压敏电阻烧坏的原因:

  1、老化失效,表现为漏电流增大,压敏电压显著下降,直至为零;

  老化失效是指电阻体的低阻线性化逐步加剧,漏电流恶性增加且集中流入薄弱点,薄弱点材料融化,形成1kΩ左右的短路孔后,电源继续推动一个较大的电流灌入短路点,形成高热而起火。这种事故通常可以通过一个与压敏电阻串联的热熔接点来避免。而暂态过电压破坏是指较强的暂态过电压使电阻体穿孔,导致更大的电流而高热起火。整个过程在较短时间内发生,以至电阻体上设置的热熔接点来不及熔断。

  2、暂态过电压破坏。

  3、过压保护的次数;

  4、周围工作温度;

  5、压敏电阻有无受挤压;

  6、是否通过品质认证;

  7、浪涌能量太大,超出吸收功率;

  8、耐压不够;

  9、电流与浪涌过大等等。

  压敏电阻的使用安全性一直是一个需要重视的问题。因压敏电阻器广泛地应用在家用电器及其它电子产品中,起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。建议选用优质的压敏电阻器。

  避免压敏电阻烧坏的解决办法

  压敏电阻过热保护技术主要有以下几种:

  (1)热熔保险丝技术。该技术是将用蜡保护的低熔点金属通过一定的工艺装在压敏电阻上,在压敏电阻漏电流过大,温度升高到一定程度时,低熔点金属熔断,从而将压敏电阻从电路中切除,可以有效地防止压敏电阻起火燃烧。但热熔保险丝存在可靠性问题,而且在加强热循环的环境里约只有5年可靠寿命。在热循环的环境中,热熔保险丝需定期更换以维持正常运行。

  (2)利用弹簧拉住低熔点焊锡技术。这种技术是目前绝大多数防雷器厂家的限压型SPD采用的技术,在压敏电阻的引脚处增加一个低熔点焊锡焊接点,然后用一根弹簧将这个焊接点拉住,在压敏电阻漏电流过大,温度升高到一定程度时,焊接点的焊锡熔断,在弹簧的拉力作用下焊接点迅速分离,从而将压敏电阻从电路中切除,同时联动告警触点,发出告警信号。因为低熔点金属在受力点会流动和产生裂缝,处于弹簧拉力中的低熔点焊锡接点的焊锡同样会流动和产生裂缝,因此这种装置的最大问题是焊锡会老化,从而导致装置会无故断开。

  (3)温度保险丝技术。该技术将压敏电阻和温度保险丝串联封装在一起,利用热传导将漏电流在压敏电阻上产生的热量传导温度保险丝上,在温度升高至温度保险丝的设定温度时,温度保险丝熔断,将压敏电阻从电路中切除。温度保险丝除了有同样有寿命和可靠性的问题外,利用温度保险丝对压敏电阻进行过热保护还存在以下问题:热传导路径长,响应速度过慢,热量是通过一定的热传导介质(填充材料)、温度保险丝壳体,温度保险丝的内部填充材料,然后才传到温度保险的熔体上,因此决定了温度保险丝的响应速度教慢。

  (4)隔离技术。该技术将压敏电阻装在一个密闭的盒体内,与其它电路相隔离,防止压敏电阻烟雾和火焰的蔓延。在各种后备保护都失灵的情况下,隔离技术也不失为一种简单而行之有效的方法,但需要占用教大的设备空间,同时也要防止烟雾和火焰从盒体引线开孔的地方冒出来。

  (5)灌封技术。为防止压敏电阻在失效时会冒烟、起火和爆炸,一些厂商采用该技术将压敏电阻灌封起来,但由于压敏电阻在失效时内部会出现拉弧,导致密封材料失效,并产生碳,碳的产生又会使电弧得以维持,这样往往会导致设备内部短路及熏黑,甚至导致整个设备机房严重熏黑。

  实验表明:压敏电阻套热缩套管后,由于压敏电阻的散热受到影响,其最大耗散功率降低,从而影响了压敏电阻的工频电压耐受能力,从另一个角度来说,散热受到影响也会加速压敏电阻的老化,影响压敏电阻的使用寿命。

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