文档介绍：羽绒
压敏电阻选型指导书
:
针对压敏电阻选型,替代,采购,检测及实际使用过程中出现的特性变化引起的产品失效问题,提供指导。 :
本指导书适用于瑞谷压敏电阻的设计,选型,替代等。 :
目前的压敏电阻绝大部分为氧化锌压敏电阻,因此本指导书主要概括氧化锌压敏电阻的结构与性能及相应的失效案例,从而为压敏电阻的设计,选型与替代提供参考。
附:瑞谷公司压敏电阻设计降额要求
,设计选型替代要求:
(1)压敏电阻简要介绍
压敏电阻是中国大陆的名词,意思是“在一定的电流电压范围内电阻值随电压而改变,或者说电阻值对电压敏感”的电阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为VDR。压敏电阻器的电阻体材料是半导体,所以它是半导体电阻器的一个品种。目前大量使用的为氧化锌压敏电阻器,它的主体材料有二价元素(Zn)和六价元素氧(O)所构成。所以从材料的角度来看,氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”,此外还有钛酸锶环形压敏电阻(简称环
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压),碳化硅,金属氧化物压敏电阻等。
在中国台湾,压敏电阻器是按其用途来命名的,称为"突波吸收器",压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击(浪涌)抑制器(吸收器)”。压敏电阻器广泛应用于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。
(2)氧化锌压敏电阻的内部结构与微观机理等
氧化锌压敏电阻,是一种金属氧化物陶瓷半导体电阻器。它以氧化锌(ZnO)为基料,加入多种(一般
面印烧银电极,焊接引出端,最后包封等工序而制成,这样制成的陶瓷体内部结构,可用下图来说明。
氧化锌压敏电阻器的微观结构如下图所示。氧化锌陶瓷是由氧化锌晶粒及晶界物质组成的,其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈
含有大量金属氧化物形成大量界面态,
垒,整个陶瓷就是由许多背靠背肖特基垫垒串并联的组合体。
5~10种)其它添加剂,经压制成坯体,高温烧结,两 N型半导体,晶界物质中这样每一微观单元是一个背靠背肖特基势 2
以下为其等效电路图:
氧化锌压敏电阻器的典型V-I特性曲线如下所示:
预击穿区:在此区域内,施加于压敏电阻器两端的电压小于其压敏电压,其(Rb远大于Rg),这时通过压敏电阻器的阻性电流仅为微安级,
击穿区:压敏电阻器两端施加一大于压敏电压的过电压时,其导电属于隧道
(Rb与Rg相当),其伏安特性呈优异的非线性电导特性,即:
α
I为通过压敏电阻器的电流,C为与配方和工艺有关的常数,
α为非线性系数,一般大于30 ,由上式可见,在击穿区,压敏电
3 导电属于热激发电子电导机理。因此,压敏电阻器相当于一个10MΩ以上的绝缘电阻可看作为开路,该区域是电路正常运行时压敏电阻器所处的状态。击穿电子电导机理 I=CV其中V为压敏电阻器两端的电压,阻器端电压的微小变化就可引起电流的急剧变化,压敏电阻器正是用这一特性来
抑制过电压幅值和吸收或对地释放过电压引起的浪涌能量。
上升区:当过电压很大,使得通过压敏电阻器的电流大于约100A/cm2时,压敏电阻器的伏安特性主要由晶粒电阻的伏安特性来决定。此时压敏电阻器的伏安特性呈线性电导特性,即:
I=V/Rg
上升区电流与电压几乎呈线性关系,压敏电阻器在该区域已经劣化,失去了其抑制过电压、吸收或释放浪涌的能量等特性。
根据压敏电阻器的导电机理,其对过电压的响应速度很快,如带引线式和专用电极产品,一般响应时间小于25纳秒。因此只要选择和使用得当,压敏电阻器对线路中出现的瞬态过电压有优良的抑制作用,从而达到保护电路中其它元件免遭过电压破坏的目的。
(3)氧化锌压敏电阻的应用原理与使用方法等
压敏电阻器与被保护的电器设备或元器件并联使用。
压或瞬态操作过电压Vs时,压敏电阻器和被保护的设备及元器件同时承受由于压敏电阻器响应速度很快,它以纳秒级时间迅速呈现优良非线性导电特性图中击穿区),此时压敏电阻器两端电压迅速下降,远远小于
备及元器件上实际承受的电压就远低于过电压Vs,从而使设备及元器件免遭过电压的冲击。
使用方法:将压敏电阻器与被保护电器设备或元器件并联即可达到保护设备的目的,如下图:
当过电压幅值高于规定电流下的电压,过电流幅值小于压敏电阻器的最大峰 Vs,这样被保护的设Vs,(见4 当电路中出现雷电过电
值电流时(若无压敏电阻器足以使设备元器件破坏),压敏电阻器处于击穿区,可将过电压瞬时限制在很低的幅值上,此时通过压敏电阻器的浪涌电流幅值不大(<100A/cm2),不足以