压敏电阻器基础知识讲义ppt课件.ppt

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1、興勤（常州）電子有限公司TVR壓敏電阻器相關知識講義目 錄,TVR生產工藝流程圖ZnO壓敏電阻器基礎知識壓敏電阻器基本特性的測試及判定TVR壓敏電阻器基本知識及應用TVR產品應用舉例及特性要求說明氧化鋅非線性電阻的電參數測試氧化鋅器件的工作壽命TVR品質工程圖TVR壓敏電阻器OQA檢驗標準,興勤（常州）電子有限公司TVR生產工藝流程圖,興勤（常州）電子有限公司ZnO壓敏電阻器基礎知識,一、ZnO壓敏電阻器的特點 ZnO壓敏電阻器首先由日本松下公司于60年代末70年代初發展起來的一種電子陶瓷敏感元件，而國內則在 70年代末80年代初開始發展。 ZnO壓敏電阻器的主要功能是探測和抑制反復出現的浪涌

2、電壓及過電壓並吸收浪涌過電流而自身不會被破壞，它 具有 優良的非線性伏安特性，具有優異的保護特性，在穩態工作電壓下的漏電流很小（可稱得上是零功耗） ZnO壓敏電阻器既可以用于直流，也可以用于交流，電壓範圍寬，可以從幾伏到數萬伏，電流範圍也較寬，可 以從毫安級到千安級，對浪涌的響應時間短（不超過 50nS），浪涌過後馬上恢復到正常工作狀態，無續流。二、ZnO壓敏電阻器的微結構 1.化學組成ZnO壓敏電阻器瓷體的化學組成是由90%左右的ZnO主料和多種過渡族金屬氧化物或者稀土金屬氧化物添加料 所組成。 2.工藝流程ZnO壓敏電阻器制造工藝采用常規電子陶瓷制造工藝，可以分為以下幾個步驟 配料混合制粒

3、成型燒結制備電極組裝測試檢驗入庫 3.ZnO壓敏電阻器的微結構下圖為ZnO壓敏電阻器瓷體內部的顯微結構示意圖 從圖中可以看出，瓷體內部是由許多平均尺寸為“d”的ZnO晶粒所組成的多晶陶瓷體，晶粒與晶粒之間為平均厚度約2mm 的晶界層，純的ZnO晶粒是絕緣體，但是在瓷體中經過半導化處理後，其電阻率很低，不大于0.3cm，而晶界層的電阻 率很高，為絕緣體。每個微區的晶界及其相鄰的晶粒組成 一個個“半導體結”，從而表現出非線性導電特性，至于其觀理 的 導電機理則很復雜。,4. “電壓梯度”的概念ZnO壓敏電阻器的“電壓梯度”，也稱為材料常數，定義為單位厚度上的壓敏電壓，它是由配方及工 藝決定的結構敏

4、感性參數。上述每個“半導體結”上的電壓降是恆定的，約為23V，此值與晶粒尺寸“d”無關。因此，當 電 阻體厚度一定時，其總的壓降決定于厚度方向上“半導體結”的個數。 由于陶瓷工藝本身條件的限制，坯片的厚度很難做到很薄（6mm），因此，僅僅一種電壓梯度的 瓷料是難以滿足實際使用要求的。常規做法是通過研制配方及工藝，使得“d”能夠 可調，從而改變單位厚度上“半導體結”的 個數，得到所需要的電壓，當然，實際調整時還必須兼顧到其它性能。 目前，TVR有八種電壓梯度的瓷料。三、ZnO壓敏電阻器的伏安特性 上圖為ZnO壓敏電阻器的V/A曲線示意圖，按照實際工作狀態，可以分為三個區域，即預擊穿區（小電流區或

5、漏電流區），擊穿區（非線性區或工作區）和上升區（大電流區或導通區） 1.預擊穿區壓敏電阻器工作在此狀態時，壓敏電阻的電阻值很大，約有109 ,此時流經電阻體的電流很小，為50uA左右，該電流即為漏電流，同時，在此區域內的伏安牲近似為線性關系，即近似符合歐姆定律。 2.擊穿區壓敏電阻器工作在此狀態時，表現出強烈的非線性特征，表征這種特性的參數是非線性系數和限制電壓，在此區域的伏安特性遵循I=KV , 為非線性系數。ZnO壓敏電阻器抑制過電壓的功能就是在此區域內表現出來。 3.上升區當流經電阻體的電流接近其所能承受的極限值（根據直徑大小，可從50A50KA）時，其伏安曲線又呈現出線性特征，電阻體處

6、于導通狀態而近乎為一個導體，其電阻值與ZnO晶粒的電阻相當，約為110 。 四、TVR基本術語 1.壓敏電壓定義為規定電流下的電阻體端電壓，通常用0.1mA或1mA電流下的端電阻來表示。 2.電壓比對于TVR通用型壓敏電阻器，壓比定義為Rv=V1mA/V0.1mA它是表征壓敏電阻非線性程度的一個參數，壓比與非線性系數（ ）的關系為 =1/lgRv=1/lg（V1mA/V0.1mA） 3.最大連續工作電壓它表示壓敏電阻在此負荷條件下能安全工作的能力，此參數不能直接測量到，通常以1000小時壽命試驗來評估。 4.漏電流它是壓敏電阻工作在小電流區的特性，當施加在壓敏電阻上的電壓負荷不超過最大連續工作

7、電壓時，流經電阻體的電流，單位為MA.,5.限制電壓表征壓敏電阻能將浪涌電壓抑制在某個電平以下的能力，常用規定輻值的雷電流沖擊產品時，其兩端的脈沖電壓輻值來表示，為了比較元件限壓性能的好壞，有時還用“限壓比”或“殘壓比”來表示，它是限制電壓與壓敏電壓的比值。 6.通流量指壓敏電阻器能夠承受脈沖電流沖擊的能力，這是一個極限參數，描述這一參數的三個因素為脈沖電流的頻次、波形和輻值、評價這參數所采用的電流波形一般是820uS雷電流波，101000uS雙指數波或者2ms矩形波，脈沖愈寬，作用次數愈多，允許的脈沖電流輻值愈小。 7.最大能量是指壓敏電阻器能夠承受的最大脈沖能量。 8.平均脈沖功率是指在連

8、續脈沖作用下、壓敏電阻器能夠承受的最大平均功率。 9.最大電容量這是一個參考指標，一般不作考核。 10.響應時間它表征壓敏電阻器對脈沖電壓或者脈沖電流的響應特性，ZnO壓敏電阻器的脈沖響應時間不超過2050ns。五、典型應用 1.電源線/信號線的線間及線地間保護 a.線間聯接 b.線地聯接,六、英文表達或縮寫 1.TVR-Thinking Varistor 2.TVSS-Transient Voltage Surge Suppressor 3.壓敏電壓-Varistor Voltage （ Normal Varistor Voltage） 4.最大連續工作電壓-Maximum Operatio

9、n Voltage （ Maximum Allowable Voltage ） 5.非線性系數-Nonliner Coefficient 6.漏電流-Leakage Current 7.限制電壓-Clamping Voltage 8.額定值-Ratings 9.工作溫度範圍-Operating Temperature Range 10.響應時間-Responge Time,一、壓敏電阻器基本特性的測試及判定 1.1、壓敏電阻器基本特性的測試方法及使用之儀器設備,TVR壓敏電阻器基本知識及應用一、浪涌吸收器的基本知識 1.1 使用浪涌吸收器的主要目的 1.2 浪涌吸收器應具備的基本特征 1.3

10、浪涌吸收器的主要分類及各自特點二、氧化鋅壓敏電阻器的基本知識 2.1 壓敏電阻器 2.2 結構、工作原理和基本特性 2.3 制造方法 2.4 電性能三、武進興勤TVR的基本知識 3.1 參數名詞說明 3.2 沖擊減額曲線 3.3 VI特性曲線 3.4 額定功率減額曲線 3.5 產品編碼說明 3.6 TVR可靠性試驗 四、如何選用TVR壓敏電阻 4.1 使用TVR中的設計問題 4.2 設計、選用檢查表及流程,1.2、如何判定壓敏電阻器的好壞 判定一顆壓敏電阻器性能是否優良，從使用目的性來看，主要可從以下幾個方面來進行 (1)從壓敏電阻器的保護功能、使用目的來看，性能優良的壓敏電阻器，其一定8/2

11、0uS波沖擊電流下的限制電壓應盡量低。 (2)從壓敏電阻器的使用壽命來看，其耐沖擊能力應盡量大，允許8/20uS、10/1000uS波一次通流量應盡量高。 (3)從壓敏電阻器應不影響線路正常工作來看，在施加最大連續電壓時，漏電流應盡量小。 (4)供應廠商產品的性能價格比，一般來講，各個主要性能指標均應符合生產廠家的產品詳細規範。,一、浪涌吸收器的基本知識 1.1 使用浪涌吸收器的主目的 a) 提高設備的可靠性 b) 降低維修費用 c) 提高了設備設計的經濟性 d) 其他效果（如延長開關接點的壽命，使機器小型化、輕量化等） 1.2 浪涌吸收器應具備的基本特性 a) 它應能分辨出是浪涌電壓還是正常

12、工作電壓，並只對浪 涌電壓起響應。 b) 在吸收浪 涌電壓時，浪 涌吸收器兩端的電壓（限制電壓）必須低于浪 涌電壓。 c) 在吸收浪 涌電壓以後應立即停止工作，並準備好響應下一次浪涌過電壓。 1.3 浪涌吸收器的主要分類及各自特點 1.3.1 放電間隙（火花隙）浪涌吸收器 優點 a) 吸收浪 涌的能力強。 b) 極間電容量小，高頻信號損失小。 缺點 a)放電響應速度慢。 b)放電開始電壓的分散性大。 c) 放電開始電壓受周圍環境條件（溫度、光照、濕度、氣壓等）的影響大。 d) 對直流、交流和脈沖電壓的放電開始電壓不相同。 e) 有可能發生續流。 1.3.2 半導體型浪涌吸收器 1.3.2.1

13、壓敏電阻器 a) SIC 壓敏電阻器 I) 因電壓非線性指數不高，因此漏電流大，限制電壓高； II) 材料性能穩定，吸收浪 涌的能力強，在電壓避雷器中作為特征功能元件； III) 價格低廉。 b) Se 壓敏電阻器 I) 與SIC壓敏電阻相類似，因電壓非線性指數不大，故漏電流大，限制電壓高； II) 尺寸較大； III) 吸收浪涌的能力不大； IV) 濕度特性差； V) 對浪涌電流的工作壽命短； VI) 因其伏安特性是非對稱的，在交流電路中使用時，必須用兩只背靠背地串聯； VII) 能輕受瞬時過負荷，它有很好的散熱效應。,c) ZnO 壓敏電阻器 I) 因其電壓非線性指數大，漏電流小得可不考慮

14、，限制電壓也低； II) 吸收浪 涌電流的能力強； III) 對浪涌電流的工作壽命長； IV) 溫度特性好； V) 固有電容量比較大。 從上述比較可以看出，ZnO壓敏電阻器可能成為壓敏電阻器工業發展的主流。 1.3.2.2 齊納二極管 I) 電壓非線性指數大，漏電流小得可忽略不計，限制電壓低； II) 只有單個PN結，吸收浪 涌電流的能力低； III) 價格較高； IV) 伏安特性不對稱，用于交流電路時，必須將兩只背靠背地串聯連結； V) 難以做成高電壓器件。 1.3.3 濾波器型浪涌吸收器 I) 對于大的浪 涌能量的抑制效率差； II) 根據設備額定值的要求，有時C.R值要用得很大，因此價格

15、高； III) 有減小電壓變化速率（dv/dt）的作用，道一點與其他浪 涌吸收器是不相同的； IV) 必須依據設備的額定值來確定CR的額定值。二、氧化鋅壓敏電阻器的基本知識 2.1 壓敏電阻器 1835年，芒光發現了SIC的非線性電阻特性，開創了壓敏電阻器的歷史。非線性電阻器的電阻值隨所加電壓而變化，壓 敏電阻器的VI特性可以用下面的方程來近似地表示,.（2.1）,式中I是流過壓敏電阻器的電流，V是壓敏電阻兩端的電壓，C和 為常數， 的數值可以這樣求得測定在兩個不同的電流I1和I2時，壓敏電阻器的電壓V1和V2，然後用下面的方程式計算,(2.2),若令I1/I2=10,則有,.(2.3),在壓

16、敏電阻器中，電壓非線性指數 是大于1的，值越大，壓敏電阻器的電壓敏感特性就越好，C值相當于一個歐姆性電阻器的電阻值，它等于有1A電流流過壓敏電阻器時，出現在壓敏電阻兩端的電壓值Vc，一般來說，為表達壓敏電阻器的特性，要用到以下參數（1）有1mA直流電流流過的電壓值V1mA（稱作“壓敏電壓”）（2） 值，或者在某個規定電流XA下的電壓值Vxa（稱作“限制電壓”）2.2 結構、工作原理和基本特性 氧化鋅壓敏電阻器的策觀結構如右圖（2.1）示。 ZnO微晶粒被Bi2O3 和其他氧化物所形成的高阻層包圍著。 電阻體中有大量的壓敏性單元，有很寬的閥值電壓範圍，因為可以通過改變串聯的晶界數目來調整閥值電壓

17、，在氧化鋅壓敏電阻器中微晶粒的尺寸和特性是可以相當自由地控制的，在燒結過程中，ZnO微晶粒的粒徑從大約（0.11）um生長到（550）um，這樣借助于控制晶粒的生長，氧化鋅壓敏電阻器具有很大的電壓範圍，它的電壓非線性不是由接觸電阻所產生的，而是來自晶粒邊界層。ZnO晶粒的電阻率很小，約為（110） .cm，與此相反，晶界層的電阻率極高，為（10121013 ） .cm，因此，當一個足夠高的電壓加在氧化鋅壓敏電阻器上時，絕大部分電壓都降在晶粒邊界上，引起了電流倍增，氧化鋅壓敏電阻器的VI特性是對稱的，沒有極性的。氧化鋅壓敏電阻器的微觀結構中有大量非線性的結，它們作串並聯連結，因此它吸收浪 涌電流

18、的能力極大。氧化鋅壓敏電阻器的主要特點如下 （1）通流容 量大； （2）電壓非線性指數大，因此漏電流小，電壓限制特性好； （3）對于陡峭上升的浪 涌電壓的響應速度快； （4）沒有續流； （5）容易制成各種所需的壓敏電壓； （6）伏安特性是對稱的。,2.3 制造方法 主要制造流程如下圖所示,2.4 電性能 2.4.1 VI 特性 一般來說，具有高非線性的壓敏電阻器的伏安特性是用對數座標來表示的，如圖2.3所示，從圖中可以看出，氧化鋅壓敏電阻器的伏安特性並不是在全部電流範圍內都從方程式（2.1）的。當電流很小和很大時，非線性指數都下降。根據特性的不同，壓敏電阻的VI 特性可以分為三個階段 （1）

19、正常敏電阻區 壓敏電阻的特性符合（a） I= 的區段。 （2） 低區 （b）當電流極小，為毫微安數量級時，壓敏電阻的VI 特性與線 性電阻的特性一樣，在這個範圍內的電阻值，其電阻率約為 10121013 .cm，這已經是晶界層的電阻率了，因此，器件表現為絕緣體的特性。 （c）當大電流流入時，氧化鋅壓敏電阻器表現為極小的電阻值，這時的VI 特性也與（a）不相符合，而是電阻率 為（1-10） .cm的ZnO晶粒的VI 特性。在漏電流區，氧化鋅壓敏電阻器的特性隨溫度而變是非常明顯的。隨 溫度增加而漏電流增大。 2.4.2 等效電路 圖2.4是壓敏電阻器的簡化等效電路。它是表示壓敏電阻器性能的電氣模型

20、。用這個等效電路可以解釋氧化鋅壓敏電阻器的VI 特性的每個電流區段，對于圖2.3所示的VI 特性，各段產生決定性影響的是低區（b）是Rp。,壓敏特性區（a）是Rv，低區（c）是Rb，每個電流區段的等效電路分別用圖2.5的三個圖來表示。,圖2.4 氧化鋅壓敏電阻器的等效電路 圖2.5 各個電流區段的等效電路2.4.3 電容量和損耗特性 電極面積越大，元件的厚度越薄，則電容 量越大，而元件厚度又與壓敏電壓成比例。因此，電容量常可用下面的方程式 來表示,C=K,.(2.4),式中S:電極面積，V1mA:壓敏電壓， K常數 損耗 tan Q 頻率特性在100KHZ1MHZ的頻率範圍內有一個峰值。2.4

21、.4 耐浪涌特性 當給氧化鋅壓敏電阻器施加脈沖電流後，其V1mA下降，隨著電流峰值的 增大和作用次數的增多，V1mA下降得也越多。 圖2.6表示了這種變化趨勢，它可劃分為三個區段 （1）極化區； （2）劣化區； （3）破壞區。,（1）極化區 壓敏電阻器正反向電壓時的VI 特性一開始是對稱的，但只在同一方向施加壓沖電流，這種電流的反復作用將會造成極化。 從而破壞了正向電壓和反向電壓下特性的對稱度。這一現象在VI 特性的小電流區尤為明顯，但在高于100mA的大電流區 段則看不出有這種現象。若交替地施加正向和反向脈沖電流，就不會出現極化。極化引起的特性變化不是持久不變的，把這 種元件放在高溫（例如1

22、20 ）環境中處理，可以使它恢復到初始的對稱特性。（2）劣化區 當有數千安到數萬安的大沖擊電流流過壓敏電阻後，其V1mA明顯下降，這是由于高電阻的晶界層受到破壞的緣故（被高電 壓和焦耳熱所破壞），那些薄弱的晶界層將首先受到破壞，數百安的較小的脈中電流的反復作用也會使晶界層一個一個地受 到破壞，使V1mA下降。目前，通流容量定義為8 20us 的壓沖電流在同一方向沖擊兩次，兩次中的間隔時間為5分鐘。沖擊 後V1mA的變化在 10%以內的最大電流峰值。（3）破壞區 當有極大的電流流過壓敏電阻後。元件發生破壞的形式有三種貫通破壞、破裂和側面飛弧。這三種破壞方式與脈沖電流峰 值和波尾時間的關系見圖2.

23、7。 (a) 貫通破壞 在壓敏電阻上長時間的連續施加比較小（例如數安掊）的交、直流電流。 或數百安的2ms方波電流，會使電阻體發生貫通 破壞。在元件上產生直徑1mm左右的穿通孔，且元件的阻抗值下降到1K 以下， 從而失去電壓敏感特性，貫通破壞的原 因是高阻晶界層被 焦耳熱所熔化，破壞。如果電阻體不均勻，那麼電流將集中 在電阻最小的部位，從而使該部位發生貫通破壞。 （b）破裂 當有持續時間很短的極大的電流流入壓敏電阻器時，電阻體會碎裂，有時甚至崩裂成碎片飛散出去，我們稱這種破壞形 式為”破裂“，以便與貫通破壞相區別。 破裂的原因可能是由于大的電流集中，引起溫度急劇上升所產生的熱應力，以及電磁斥力

24、作用的緣故，對均勻性好的元 件，其耐浪涌電流的能力是與元件的有效面積成比例的，元件的均勻性越好，耐沖擊電流的能力越強。,（c）側面飛弧 當元件的側面沒有絕緣涂層時，1KV/mm 左右的電壓就會引起側面飛弧。不過在側面涂復絕緣材料後，可以改善元件側 面的電位梯度，從而防止發生側面飛弧現象。2.4.5 脈沖響應特性 壓敏電阻器主要是作為浪涌電壓吸收器件來使用的，因此它的脈沖響應特性特別重要，典型的脈沖響應特性見圖2.8。 其中要注意的是即使電流值保持相同，對于陡峭的脈沖，其限制電壓也有某種程度的上升。國際上把4 10us波和8 20us波作為標準沖擊電流波。2.4.6 響應速度 壓敏電阻的響應速度

25、是極快的，發生導電過程的時間相當短，在1ns或更少， 器件的電容量和引線電感將起支配作用。由 于實際測量上的限制，把氧化鋅壓敏電阻器的響應速度規定為50ns。其實，在實用中， 考慮過沖比考慮響應速度更為重要。2.4.7 諧振特性 當高頻電壓加在氧化鋅壓敏電阻上時，由于固有電容和引線電感。將會在某個 頻率上出現諧振。諧振頻率將隨著元件直徑和壓敏電壓的不同而不同。2.4.8 靜態電阻和電壓的關系 壓敏電阻器的電阻值，可區分為靜態電阻和動態電阻，靜態電阻Rs，也稱為直流電阻，是指每個工作點上的電壓與電流 之比，如圖2.9所示中的P點，等于OA/OB，而VI 特性上每一點的斜率所指明的電阻值稱作動態電

26、阻Rd或叫交流電阻。,（2.5）,Rs= Rd（2.6） 由此，可由VI 特性得到靜態電阻Rs，利用上面公式（2.6）可以求得動態電阻Rd。三、興勤（常州）電子有限公司壓敏電阻器（TVR）的基本知識 3.1 參數名詞說明 3.1.1 壓敏電壓（Varistor Vlotage） 是指以一定的電流（1mADC）在一定的時間內流過壓敏電阻時，在壓敏電阻器兩端測得的電壓值。,動態電阻Rd與靜態電阻R3的關系為,3.1.2 最大允許電壓（Max, Allowable Voltage） 表示壓敏電阻器在該電壓下仍處于僅有微小的漏電流的休息狀態，功耗仍微且不干擾到被 保護線路的正常工作。分 別有下列兩種

27、（a）最大連續交流電壓（Max Allowable Vlotage AC rms） 是指峰值為壓敏電壓公差下限值的工頻電壓有效值。是與壓敏電壓公差指標相聯系的。 （b）最大連續直流電壓（Max Allowable Vlotage DC） 是指與最大連續交流電壓所產生的功耗相等的直流電壓。 3.1.3 最大限制電壓（Max Clamping Voltage） 是指以規定波形和規定峰值的標準沖擊電流Ip（8 20us波）施加于壓敏電阻器（TVR）後，在TVR兩端測得的電壓峰 值，是壓敏電阻器（TVR）發揮保護功能的項指標。 3.1.4 最大能量（Max Energy） 是指一次脈沖允許之最大能量，

28、TVR是指以10 1000us波沖擊一次而壓敏電壓V1mA之變化仍在10%以內的最大焦耳值 （如圖3.1），計算公式如下 E=1.4IpVpT 式中Ip最大允許的10 1000us波一次沖擊電流； Vp在Ip時的最大限制電壓； T沖擊電流波尾時間（1000us）。 3.1.5 最大沖擊電流（Max, Peak Current） 是指TVR以規定的標準沖擊電流（8 20us波沖擊一次時，其壓敏電壓V1mA變化仍在10%以內的最大允許沖擊電流 （如圖3.2所示）。 3.1.6 額定功率（Rated Power） 是指在一定的環境溫度下所能消耗的最大功率（瓦） TVR以本體溫度不超過125 為限。,

29、3.1.7 最大電容量（Max Capacitance） 是指以一定的頻率（1KHz）和偏置條件下，在TVR兩引線端間測得的電容量值。 3.2 沖擊壽命減額曲線（Surge Life Ratings） 該曲線表示了TVR以一定的波形（8 20us或10 1000us等等），一定峰值的沖擊電流，依規定的時間間隔連續給予沖擊時， TVR所能承受的最高沖擊次數，該曲線同時也提供了連續沖擊每次所需求的遞減電流值。 3.3 VI 特性曲線（VI CHARACTERISTIC CURVE） 該曲線表示了TVR在一定電壓值下的最大漏電流值（Max, Leakage Current）和在一定標準波形（8 20

30、us波）、一定電流值 下的最大限制電壓值（Max, Clamping Voltage）。 3.4 額定功率減額曲線（Power Derating Curve） 該曲線表示了TVR在一定的環境溫度下，所能消耗的最大功率（瓦），在環境溫度大于85度時，對其額定功率要做相應的 減額使用。 3.5 產品編碼說明,TVR壓敏電阻器品保試驗項目一覽表,四、如何選用TVR壓敏電阻 4.1 使用TVR中的設計問題 為了正確地設計使用TVR的浪涌過電壓保護線路，設計人員必須充分了解以下指導原則 a) 要了解浪涌電壓和浪涌電流 首先必須了解浪涌源，了解浪涌源會產生怎樣的浪涌電壓或浪涌電流，還必須估計受浪涌作用的設

31、備會產生怎樣的損壞。 b) 要了解浪涌波的傳播路線 確定浪涌波的傳播路線對于選用保護器件來說是非常重要的，因為不管浪涌抑制器件本身多麼好，如果它在線路中的連 接位置不正確，也是不能達到予期的目的的。在線路的布線或接地情況比較復雜時，有必要通過模擬沖擊試驗，來弄清 浪涌波的傳播路線和特性。 c) 確定被保護對象能承受多高的浪涌電壓 首先必須對被保護裝置的線路進行分析，以確定它能經受住多高的浪涌電壓或浪涌電流。因為只有在TVR的特性與被保 護對象耐受沖擊作用的能力正確協調的情況下，才有可能有效地防護浪涌電壓。 d) 充分了解TVR的特性 使用TVR前，必須充分地了解它的特性，不正確的使用不能保證起

32、到予定的防護作用，而且還會縮短TVR的工作壽命， 甚至導致破壞。為選用正確的TVR,要求把線路的工作狀況與TVR的性能進行比較，這些性能包括VI特性，耐受沖擊 電流和能量的能力，沖擊壽命，平均脈沖電功率以及電容量等。 e) 吸收浪涌電壓的位置 吸收浪涌的方法大體可分為兩種浪涌源側吸收和被保護側吸收。只要有可能就應盡可能在浪涌源一側將浪涌電壓吸收 掉，以防止它進一步傳播出去。當難以在浪涌源一側吸收時，就只好在被保護線路一側進行抑制了。如圖4.1示。,4.2 設計、選用檢查表及流程 4.2.1 我們將設計、選用TVR的順序歸納成表4.1，供查用。 表4.1設計、選用檢查表,4.2.2 選用TVR的

33、流程圖。如圖4.2示,TVR產品應用舉例及特性要求說明 一、編寫說明二、TVR的典型應用及特性要求 2.1 低壓交流電源及家電電源的防雷保護 2.2 電源插錯保護 2.3 抑制消費類電子及工業用電子產品內部主電源所產生的瞬間突波 2.4 開關電源的保護（電源供應器） 2.5 插座轉接器 2.6 抑制開關線路時產生的浪涌電壓，保護相關之電氣設備 2.7 通訊、數據傳輸線路的保護三、與TVR壓敏電阻串聯用的保險絲選用表四、如何選用TVR壓敏電阻 4.1 使用TVR中的設計問題 4.2 設計、選用檢查表及流程,一、編寫說明 TVR產品應用領域極廣，不同的應用場合對TVR特性要求均有很大不同，因此，特

34、編寫此（TVR應用舉例及特性要求說明） 以利更好的拓展市場。二、TVR的典型應用及特性要求 2.1 低壓交流電源及家電電源的防雷保護 2.1.1 典型應用線路如圖2.1.1(a)、(b)、(c)、(d)所示 （下圖中的接點K可用保險絲代替，當壓敏電阻失效時將電路斷開）,2.1.2 主要使用目的及特性要求 使用TVR之主要目的防護被保護裝置免受雷電感應之浪涌損壞。 特性要求浪涌參數一般可定義為1.2/50uS波.6KV峰值電壓，浪 涌源阻抗按1050 考慮，選用TVR時，需要知道 1)被保護設備的耐壓等級；2)電源線的正常工作電壓；3)期望達到的保護壽命。 2.1.3 TVR選用型號,注表中 代

35、表TVR 數；K代表公差10%(下同）2.2 電源插錯保護 2.2.1 典型應用線路如圖2.2.1（a）、（b） （可與TVR串聯一保險絲，以防止TVR過電流，選用型號見表3.1）,2.2.2 主要使用目的及特性要求 使用TVR之主要目的防止110V電源設備誤插接到220V電源上引起的設備損壞。 特性要求一般均要求TVR動作時，保險絲應在TVR損壞前熔斷，因此可推薦選用TVR 221下限產品，V1mA電壓為 220210V之間，且可要求配用之保險絲應能快速熔斷之產品，選用TVR之 數依客戶是否需要TVR在每次 插錯故障後須更換而定。如要求不更換TVR，則選用 數大的TVR，反之，可選用小 數T

36、VR。 2.2.3 TVR 221K,TVR 201K;V1mA:在220210V之間。 2.3 抑制消費類電子及工業用電子產品內部主電源所產生的瞬間突波 2.3.1 典型應用線路圖 （可與TVR串聯一保險絲，以防止TVR過電注，選用型號見表3.1）,2.3.2 主要使用目的及特性要求 使用TVR之主要目的是為了抑制開關S開閉動作時，由于電感元件的存在，在整流橋及線路中引起的浪涌電壓。 特性要求選用TVR時，一般需知道1)正常工作電壓和設備耐壓等級；2)L 的大致特性；3)期望的保護壽命。 2.3.3 TVR選用型號,2.4 開關電源的保護（電源供應器） 2.4.1 典型應用線路如圖2.4.1

37、所示 （可與TVR串聯一保險絲，以防止TVR過電流，選用型號見表3.1）,2.4.2 主要使用目的和特性要求 使用TVR之主要目的（1）防止110V,220V電壓轉換開關設置錯誤，如果開關置于110V，而實際接入220V線路時， TVR動作引起大電流，將保險絲熔斷，起動保護作用； （2）抑制開關電源內部產生的浪涌電壓及外來雷電感應。 特性要求同電源插錯保護一樣，往往要求在TVR動作時，能將保險絲可靠的熔斷。此時，由于整流後電壓比電 源進線電壓略高，故宜選用壓敏電壓值較高之TVR產品。 2.4.3 TVR選用型號 TVR271K, TVR241K 2.5 插座轉接器 2.5.1 典型應用線路如圖

38、2.5.1（a）、（b）、（c）所示 （可與TVR串聯一保險絲，以防止TVR過電流，選用型號見表3.1）,2.5.2 主要使用目的及特性要求 使用TVR之主要目的吸收雷電感應在電源進線上引起的浪涌電壓，以保護插接在AC插座上的各類電器。 特性要求目前此類客戶為打開市場，均要求符合UL 版要求，而UL 版對應用TVR主要有以下幾條要求 （a）限制電壓UL 版34條要求在產品加最大連續交流電壓且在90相角點時，施加空載電壓為 6KV.1.2*50uS/8*20uS峰值電流為500A的電壓/電流組合沖擊波，所測限制電壓應小于330V,也有個別用戶 要求小于310V。 （b）漏電流UL 版31條要求，

39、整個產品漏流小于0.5mA，因此對TVR一般均要求單顆漏流在AC125V下測 小于0.05mA。 （c）耐沖擊能量UL 版35條要求，在產品加最大連續交流電壓且在90 相角點時，施加兩次（正、反各一 次）沖擊電流，沖擊波形為1.2*50uS/8*20uS電壓/電流組合波，如下表所示,因此，客戶往往要求TVR耐能量值很大，10/1000波下要求1420190J,20201170J。而依UL 版要求， 計算可得8/20uS波下單次沖擊能量值為CC-DPI:32J(820uS波) PC:106J(820uS波) 2.5.3 TVR選用型號（僅適于單相110AC插座） TVR14201K, TVR20

40、201K 2.6 抑制開關線路時產生的浪涌電壓，保護相關之電氣設備如（IC、二極管、三極管、接點等） 2.6.1 典型應用線路如圖2.6.1 （可與TVR串聯一保險絲，以防止TVR過電流，選用型號見表3.1）,2.6.2 主要使用目的及特性要求 使用TVR之主要目的吸收感性負載回路進行開關動作時，在回路中（或接點處）產生的浪涌電壓，以保護耐壓等級較 低的電子元器件和使接點間不產生電弧閃絡，提高可靠性。 特性要求（1）一般說來，只要求在感性負載上並聯TVR就可以了，但根據電流種類和能量大小的不同，也可以與RC 吸收回路等並用。 （2）要使接點間不產生電弧閃絡，須將接點電壓限制到300V以下。 2

41、.6.3 TVR選用型號,2.7 通訊、數據傳輸線路的保護 2.7.1 典型線路如圖2.7.1所示 （可與TVR串聯一保險絲，以防止TVR過電流，選用型號見表3.1）,2.7.2 主要使用目的及特性要求 使用TVR之主要目的抑制線路中的電磁感應、雷電感應引起的浪涌電壓，使通訊設備等不受損壞。 特性要求（1）漏電流較小，以降低耗能； （2）電容量較小，以免引起信號失真。 因此，可選用數較小，在滿足被保護設備耐壓要求時，盡量選壓敏電壓V1mA較大之TVR，以降低電容量及漏流。 2.7.3 TVR選用型號,三、與TVR壓敏電阻串聯用的保險絲選用表 表3.1 與TVR壓敏電阻串聯用的保險絲選用表,四、

42、如何選用TVR壓敏電阻 4.1 使用TVR中的設計問題 為了正確地設計使用TVR的浪涌過電壓保護線路，設計人員必須充分了解以下指導原則 a) 要了解浪涌電壓和浪涌電流 首先必須了解浪涌源，了解浪涌源會產生怎樣的浪涌電壓或浪涌電流，還必須估計受浪涌作用的設備會產生怎樣的損壞。 b) 要了解浪涌波的傳播路線 確定浪涌波的傳播路線對于選用保護器件來說是非常重要的，因為不管浪涌抑制器件本身多麼好，如果它在線路中的 連接位置不正確，也是不能達到預期的目的的，在線路的布線或接地情況比較復雜時，有必要通過模擬沖擊試驗，來 弄清浪涌波的傳播路線和特性。 c) 確定被保護對象能承受多高的浪涌電壓 首先必須對被保

43、護裝置的線路進行分析，以確定它能經受住多高的浪涌電壓或浪涌電流，因為只有在TVR的特性與被 保護對象耐受沖擊作用的能力正確協調的情況下，才有可能有效地防護浪涌電壓。 d) 充分了解TVR的特性 使用TVR前，必須充分地了解它的特性，不正確的使用不能保證起到預定的防護作用，而且還會縮短TVR的工作壽命， 甚至導致破壞。為選用正確的TVR，要求把線路的工作狀況與TVR的性能進行比較，這些性能包括VI 特性，耐受 沖擊電流和能量的能力，沖擊壽命，平均脈沖電功率以及電容量等。 e) 吸收浪涌電壓的位置 吸收浪涌的方法大體可分為兩種浪涌源側吸收和被保護側吸收。只要有可能就應盡可能在浪涌源一側將浪涌電壓吸

44、 收掉，以防止它進一步傳播出去。當難以在浪涌源一側吸收時，就只好在被保護線路一側進行抑制了。如圖4.1示,4.2 設計、選用檢查表及流程 4.2.1 我們將設計、選用TVR的順序歸納成表4.1，供查用。 表4.1 設計、選用檢查表,選用TVR的流程,氧化鋅非線性電阻的電參數測試 氧化鋅非線性電阻（以下簡稱 “ZnO” 電阻）是壓敏電阻器和氧化鋅避雷器的核心元件。雖然它是一種電阻性元件，但其本質上有著與其它電阻元件不相同的一些特點。這些特點，從電參數測試的角度來看，主要有以下三個方面 （1）伏安特性的高非線性； （2）電荷暫存效應； （3）對電沖擊的響應特性。在進行ZnO電阻的電參數測試，以及設

45、計相應的測試儀器時，必須考慮到這些特點，否則就不能得出正確一致的結果。1.伏安特性的高非線性 當流過ZnO電阻體的電流密度大體在100uA/cm2-1000A/cm2範圍內時，流過電阻體的電流I與電阻體兩端的電壓U的關系，可 用式（1）的經驗公式來近似地表達 式中，U1和U2分別為電流I1和I2時的電壓， 稱為非線性指數，在上面所述的整個電流範圍內，它並非是一個常數，大體在10 50之間。 ZnO電阻的特征參數是“壓敏電壓”（也稱導通電壓，參考電壓，或擊穿電壓），它反映了電阻體從“截止”到“導通”的轉折點， 按規定用1mA電流來測量，這里記作“V1”。伏安特性在這個電流附近的值大體在3050左

46、右。若值=40，則從式（1）可得 電壓變化1%，相應的電流變化約為49%。這就是說，電壓的微小變化會引起電流極大的變化或者反過來說，由于電流的變化 引起的電壓改變是很小的。考慮到這一特性，在進行壓敏電壓V1和伏安特性曲線上高非線性區的電流電壓關系測試時，應注意 以下幾點 （1）測試線路應當用恆流源，而不能用恆壓源 （2）恆流源的電流精度不必很高，例如美國軍標MIL-R-83503規定，測量V1的電流為+/-0.1mA。即允許10%的公差。2.電荷暫存效應 一個完全電中性的ZnO電阻體，加上電壓保持一段時間，把電壓去掉後，電阻體中暫存一定微量電荷，而成為帶微量電荷的帶電體，暫存電荷的數量，在一定

47、程度上與所加電壓的大小、時間以及電阻體的幾何尺寸和內部微觀結構有關。產生電荷暫存效應的物理機制可能不止一種 ，據分析，很可能是（1）在電場作用下的離子遷移所產生的載流子復合一產生；（2）電偶極子的轉向；,.(1),（3）載流子被深能級陷井所俘獲等。這種微量電荷在常溫下可以在電阻體內維持相當長時間。它們對伏安特性小電流區段的電參 數測試結果有明顯的影響。也就是說同一只ZnO電阻體。具有加電歷史和沒有加電歷史條件下測得的電參數值是不相同的， 因此也稱為歷史效應。實驗結果表時，要消除歷史效應對測試結果的影響，可以將電阻體在測試前進行預處理；即在高溫環 境下放置一定時間，例如在85 下放置46個小時。

48、常見的電荷暫存效應，即歷史效應對電參數測試結果的影響有以下三種 現象 （1）對電中性的電阻體，若以1mA,50100ms的電流多次測試壓敏電壓V1,則第一次的測試結果往往比以後多次重復測試所 得的結果（穩定值）低（0.20.8）%。 （2）ZnO電阻的電壓比Rv=V1/V0.1，是衡量小電流區段非線性優劣程度的一個常用參數。Rv越接近于1，非線性越好。它是分別 測出1mA和0.1mA電流下的電壓V1和V0.1,然後相除而得到的。這里有兩種做法（A）先測V1，後測V0.1，得出電壓比 Rv（A）；（B）先測V0.1後測V1得電壓比Rv(B)。我們發現Rv(A)Rv(B),可以相差0.010.01

49、5，例如 Rv(A)=1.04,Rv(B)=1.055,折算出非線性指數則A=58.7， B=43。 （3）在ZnO電阻的生產測試中，漏電流I1是在0.83V電壓下測得的。當進行V1，Rv，IL三個參數連續測試時，可以有以下 兩種順序。（A）先測V1，後測V0.1，再測0.83V下的IL（B）先測V0.1後測V1,現測 0.83V下的IL。由于在順序（A） 得出的V1(A)比順序（B）中得出的V1(B)小，因此IL（A）IL（B）。 （4）頻率1KHZ，有效值1V左右的交流信號測試電容量，如果測試前電阻體沒有加電歷史，或已進行過預處理，則第一次 測得的電容量最大，比以後多次測量的穩定值大10%

50、左右。 顯然，以上所述的由于測試順序，測試時間的長短不同，所得到的不同的參數值，並不能反映產品的優劣。為了在ZnO電 阻的研究分析中保持測試結果的一致性和可比性，在產品的檢驗驗收中避免發生爭議，有必要規範ZnO電阻的電參數測試 方法。參照目前的一些通行做法，這里提出如下建議 （1）在要求測試結果高度準確的情況下，測試前應對ZnO電阻體進行消除歷史效應的預處理。 （2）在小電流參數的生產測試中，考慮到測試效率，建議按圖I程序進行,（3）關于電容量的測試，若使用要求電容量不小于某一規定值，則應連續測量兩次，以第二次的結果為準，若使用要求電容量 不大于某一規定值，則應先對被測產品進行消除歷史效應的預