压敏电阻

压敏电阻概述

为了保证可靠的操作,瞬态电压抑制应在设计过程的早期阶段进行审议。这可能是一个复杂的任务,随着电子元器件的流浪电瞬态越来越敏感。设计者必须定义类型的瞬态威胁,并确定需要什么样的应用,同时满足了产品代理的规范和标准。

变阻器越来越多地用于瞬态电涌保护的前线解决方案。Littelfuse为设计人员提供专业知识,并提供最广泛的电路保护技术选择。

Littelfuse压敏电阻在各种形式服务于广泛的应用可用。选项包括超小型表面贴装多层抑制器(MLV)设备对于小型电子应用,以及传统的中档金属氧化物压敏电阻(MOV)和轴向金属氧化物压敏电阻适用于小型机械、电源和部件的保护。Littelfuse还提供更大的终端安装MOVs工业应用

最近的一个创新,以Littelfuse的产品线,mlv解决瞬态电压的频谱的特定部分 - 该电路板电平环境中,尽管在较低的能量,从ESD,感性负载开关,甚至雷击浪涌残余瞬变否则将到达敏感的集成电路。每个事件可以涉及产品的电磁兼容性(EMC),或其免疫可能导致损坏或故障的瞬变。

Littelfuse的提供五种的MLV,包括MHS系列ESD抑制器高数据速率的不同版本中,ML系列它支持最广泛的应用范围内,MLE系列用于ESD而在1206&0805芯片提供过滤功能时,MLN系列四极阵列和AUML系列,其特征在于对特定瞬变汽车电子系统中发现的。

表面贴装MOV(金属氧化物压敏电阻)设备在SMT组装过程中促进海关,解决PCB空间限制问题。它们是回流焊和波焊,并包括CH,SM7,SM20,MLE,肉类,ML和MLN系列。

传统的径向通孔MOV(金属氧化物压敏电阻)器件的直径有5mm、7mm、10mm、14mm、20mm和25mm。他们适合提供电压浪涌保护的各种应用,包括C-IIIiTMOV,LA,TMOV,类风湿性关节炎,UltraMOV,UltraMOV25S系列。

裸盘压敏电阻是工业高能量的元件。它们是专为需要卓越的电气接触或包装客户要求的方法特殊应用。瞬态浪涌抑制器的CA系列是工业高能圆盘压敏电阻(MOV)用于要求独特的电接触或包装由客户提供的方法的特殊应用。

热保护金属氧化物压敏电阻(TMOVs)是为满足UL 1449的异常过电压要求而设计的。他们可以波浪焊接,不需要任何特殊或昂贵的组装过程,包括iTMOV,TMOV,TMOV25STMOV34S系列。

工业用高能变阻器提供高得多的浪涌和能量等级比普通的MOV(金属氧化物变阻器),并且还具有各种终端,以适应不同的组件的请求或条件。它们包括英航,BB,CA,,,HB34,HC,HF34,HG34、TMOV34S、UltraMOV25S、C-III、FBMOV、TMOV25S系列。

专业的MOV(金属氧化物变阻器)可在独特的形式配合,并具有各种电压范围和浪涌能力。包括C-III, FBMOV,和RA级数。

集成压敏电阻由一个40kA的压敏电阻积木(MOV)具有一体的热激活元件的。这些装置被认为是通过UL一个独立类型1 SPD。

Littelfuse的FBMOV系列热保护和非破碎压敏电阻代表了电路保护的新发展。它由一个40kA的压敏电阻积木(MOV)具有一体的热激活元件设计成在由于异常过电压过热时打开,电流限制条件。

Littelfuse的为PolySwitch器件厂是ISO / TS 16949:2009和ISO 9001:2008认证。

介绍过电压抑制

电压瞬变被定义为电能的短时间突涌,是之前存储的能量突然释放的结果,或由其他方式引起的,如沉重的感性负载或雷击。在电气或电子电路中,这种能量可以通过控制开关动作以可预测的方式释放,或由外部电源随机诱导进入电路。

可重复的瞬变经常由马达,发电机,或反应性电路部件的开关的操作而引起的。随机瞬变,在另一方面,通常是由闪电(图1)和静电放电(ESD)(图2)而引起的。闪电和ESD一般发生不可预测的,并且可能需要复杂的监测,以精确地测量,特别是如果在电路板水平诱导。许多电子标准组织使用公认的监测或检验方法分析了瞬态电压事件。几个瞬变的关键特性示于下表1中。

Figure_1._Lightning_Transient_Waveform

图1.雷电暂态波形

电压 当前的 上升时间 持续时间
灯光 25 kv 20 ka 10µ年代 1毫秒
交换 600 v 500A µ50年代 500毫秒
电磁脉冲 千伏 10A 20纳秒 1毫秒
ESD 15千伏 30A < 1纳秒 为100ns

表1.瞬态来源和大小的例子

瞬态电压尖峰的特性

瞬态电压峰值通常呈现“双指数”波形,如图1所示,如图2所示。闪电的指数级上升时间在1.2至10次(基本为10%至90%)之间,持续时间在50至1000次(峰值的50%)之间。而ESD则是一个持续时间短得多的事件。上升时间被表征为小于1纳秒。整个持续时间大约为100纳秒。

Figure_2._ESD_Test_Waveform

图2. ESD测试波形

为什么短暂性越来越令人担忧?

元件的小型化导致了对电应力的敏感性的增加。例如,微处理器的结构和导电路径不能处理来自ESD瞬变的大电流。这些元件在非常低的电压下工作,因此必须控制电压扰动,以防止设备中断和潜在的或灾难性的故障。微处理器等敏感设备正以指数级速度被采用。微处理器开始执行以前从未想象过的透明操作。从洗碗机等家用电器,到工业控制装置,甚至玩具,微处理器的使用都在增加,以提高功能和效率。

车辆现在聘用了大量的电子系统来控制发动机,气候,制动和,在某些情况下,转向系统。一些创新的设计,以提高效率,但许多与安全相关的,如ABS和牵引力控制系统。许多在电器和汽车的特征使用模块,其本瞬态威胁(如电动机)。不仅是一般的环境敌对,但装备或装置也可以是威胁的来源。出于这个原因,细心的电路设计和正确使用的过电压保护技术将大大提高终端应用的可靠性和安全性。表2示出了各种组件技术的脆弱性。

设备类型 漏洞(伏)
VMOS 30-1800
MOSFET 100-200
GaAsFET 100 - 300
EPROM 100
JFET 140 - 7000
CMOS 250-3000
肖特基二极管 300 - 2500
双极晶体管 380 - 7000
可控硅 680-1000

表2多种设备漏洞。

瞬变电压的场景

ESD(静电放电)

静电放电的特征是非常快的上升时间和非常高的峰值电压和电流。这种能量是的对象之间的正和负电荷的不平衡的结果。

以下是一些根据相对湿度(RH)可产生的电压的例子:

  • 走过地毯:
    35kV @ RH = 20%;1.5kV @ RH = 65%

  • 走跨越乙烯基地板:
    12kV @ RH = 20%;250V @ RH = 65%

  • 工人在板凳:
    6kV的@ RH = 20%;100V @ RH = 65%

  • 乙烯基信封:
    7kV @ RH = 20%;600V @ RH = 65%

  • 从桌上拿起塑料袋:
    20kV的@ RH = 20%;1.2KV @ RH = 65%

由上一页表2可以看出,日常活动产生的ESD可以远远超过标准半导体技术的漏洞阈值。图2显示了IEC 61000-4-2测试规范中定义的ESD波形。

感应负载开关

电感负载的切换产生高能量瞬变与日益重负载增加幅度。当电感负载关闭时,衰减的磁场被转换成电能,这需要双指数瞬态的形式。根据来源,这些瞬变可为数百伏和数百安培,以400毫秒的持续时间大。

感应瞬变的典型来源是:

  • 发电机
  • 电动机
  • 继电器
  • 变压器

这些例子在电气和电子系统中非常常见。由于负载的大小根据应用的不同而不同,波形、持续时间、峰值电流和峰值电压都是真实瞬变过程中存在的变量。一旦这些变量可以近似,一个合适的抑制技术可以被选择。

Figure_3._Automotive_Load_Dump

图3。汽车荷载转储

闪电引起的瞬变

尽管直击雷显然是破坏性的,由雷击引起的瞬态不是直接罢工的结果。当雷击发生时,事件产生的磁场可诱导大幅度的瞬态在附近的电缆。

图4,显示了一个云对云的打击将如何影响不仅是架空电缆,而且是埋在地下的电缆。即使是1英里(1.6公里)外的一次打击,也能在电缆中产生70伏电压。

Figure_4._Cloud到Cloud_Lightning_Strike

图4.云对云雷击

图5,下面的页上,示出了云对地面撞击的效果:瞬变产生的效果要大得多。

Figure_5._Cloud到Ground_Lightning_Strike

图5.云对地闪电攻击

图6显示了感应雷击扰动的典型电流波形。

Figure_6._Peak_Pulse_Current_Test_Waveform

图6.峰值脉冲电流测试波形

瞬态威胁的技术解决方案

因为不同类型的瞬态和应用的,它抑制解决不同的应用程序正确匹配是很重要的。Littelfuse提供电路保护技术的最广泛的范围,以确保您得到您的应用程序得到妥善解决。请咨询我们的应用笔记和设计说明的网上图书馆对在//www.kyqhra.com遇到的常见设计问题的进一步信息。

金属氧化物压敏电阻和多层压敏电阻

压敏电阻是具有类似于背对背齐纳二极管的电特性的电压相关的非线性器件。它们主要由žN含少量其他金属氧化物,如铋、钴、马格尼斯等。在制造过程中,金属氧化物压敏电阻(MOV)被烧成陶瓷半导体,形成晶体结构,使MOVs在整个器件中耗散非常高的瞬态能量。因此,MOVs通常用于抑制雷电和其他高能量瞬变,发现在工业或交流线路应用。此外,MOVs还用于直流电路,如低压电源和汽车应用。他们的制造过程允许许多不同的形式因素,径向铅阀瓣是最常见的。

多层变阻器或MLV的构造的ZNÒ材料类似于标准的MOV,然而,它们被制造用的金属电极层交织的和无引线陶瓷封装。与标准的MOV,从高阻抗为导通状态过渡多层当受到超过其标称额定电压的电压。MLV的构造在各芯片状的尺寸,并且能够显著浪涌能量的用于它们的物理尺寸。因此,数据线和电源抑制与一种技术来实现的。

以下参数适用于压敏电阻和/或多层压敏电阻,应该由电路设计者应理解为适当选择的装置用于给定应用。

压敏电阻技术简介

压敏电阻本体结构由导电Z组成NÓ晶粒分离由晶粒间界提供P-N结半导体特性。这些边界是负责阻断在低电压下导通,并且是非线性的电传导的在更高的电压源。


图1所示。典型压敏电阻V-I特性


Figure_1._Typical_Varistor_V-I_Characteristic

在图1所示的对称的,尖锐的击穿特性,使压敏电阻提供出色的瞬态抑制性能。当暴露于高电压瞬变变阻器阻抗改变从一个接近开路许多数量级到高导电性的水平,从而夹紧瞬态电压到一个安全水平。传入的瞬态脉冲的潜在破坏性的能量被变阻器吸收,从而保护脆弱的电路元件。

因为电导发生,实际上,在Z之间N颗粒分布在整个装置的大部分,小熔丝压敏电阻本质上比其单一的P-N结对应,如齐纳二极管更坚固。在压敏电阻中,能量被均匀地吸收到装置的整个身体中,由此产生的热量均匀地分布在其整个体积中。电学性能主要由压敏电阻体的物理尺寸控制,压敏电阻体烧结成各种形状,如圆盘、芯片和管。能量额定值由体积决定,电压额定值由厚度或电流通路长度决定,电流能力由沿电流方向测量的面积决定。


物理性能

MOVs用于保护敏感电路免受外部瞬变(雷电)和内部瞬变(感应负载开关、继电器开关和电容器放电)。以及工业、交流线路应用中发现的其他高电平瞬变或汽车直流线路应用中的低电平瞬变,峰值电流额数为20A至500A,峰值能量额数为0.05J至2.5J。

MOV的一个吸引人的特性是它的电特性与器件的体积有关。陶瓷上的每个ZnO晶粒在晶界处就好像有一个半导体结。材料的横截面如图2所示,说明了陶瓷的微观结构。压敏电阻器是将氧化锌基粉体成型并烧结成陶瓷件。这些部件然后用厚膜银或电弧/火焰喷涂金属进行电镀。

可以清楚地观察到ZnO晶界。由于非线性电行为发生在每个半导体ZnO晶粒边界,压敏电阻可以被认为是一个“多结”器件由许多串联和并联的晶粒边界组成。可以根据陶瓷微观结构的细节来分析器件的行为。平均晶粒尺寸和晶粒尺寸分布在电行为中起主要作用。

Figure_2._Optical_Photomicrograph_of_a_Polished_and_Etched_Section_of_a_Varistor

图2 A的光学照片抛光和压敏电阻酸蚀断面


压敏电阻微观结构

触头之间的压敏电阻的大部分是由平均尺寸的ZnO晶粒的“d“如图中的ZnO的图3.电阻率的概略模型是<0.3Ω-cm的。

Figure_3._Schematic_Depiction_of_the_Microstructure_of_a_Metal-Oxide_Varistor,_Grains_of_Conducting_ZnO_(Average_Size_d)_are_Separated_by_Intergranular_Boundaries

图3。A的微观结构示意图
金属氧化物压敏电阻,导电氧化锌晶粒(AVERAGE
SIZE d)是分开的晶间边界。

设计一个变阻器的定标称压敏电压,(VN),基本上是在选择设备厚度这样的一个问题是晶粒的适当数量,(n),在电极之间串联。在实践中,可变电阻材料的特征在于通过特定的伏/毫米值在其厚度测量的电压梯度。通过控制组成和制造条件的梯度保持固定。因为有实际的限制,以实现厚度的范围内,一个以上的电压梯度值是期望的。通过改变金属氧化物添加剂的组合物有可能改变它的粒径“d“,实现期望的结果。

ZnO非线性电阻的基本属性是颗粒之间跨越一个单一的界面“结”的电压降几乎是恒定的。在一定范围的组成变化的观察和处理条件示出的大约2V-3V每晶界结的固定电压降。此外,电压降不为不同尺寸的颗粒而变化。它遵循,那么,非线性电阻电压将通过该材料的厚度和ZnO晶粒的大小来确定。的关系可以很简单地表述如下:

压敏电阻科技方程-1

变阻器电压,(VN),在其上的V-I特性的点定义为横跨可变电阻上的电压,其中所述过渡(v)从低水平线性区域到高度非线性区域完成。为了标准的测量目的,它被任意地定义为1mA电流下的电压。表1给出了一些典型的小熔丝压敏电阻的尺寸值。

表格1。

压敏电压 平均晶粒尺寸 n 梯度 器件厚度
微米 V /毫米AT1毫安 毫米
150 vRMS 20 75 150 1.5
25 vRMS 80(注) 12 39 1.0

注:低压配方。


工作原理

由于金属氧化物半导体变阻器多晶性质,装置的物理操作比传统半导体的更加复杂。强化测量已确定的许多器件的电气特性,并且很多努力继续更好地定义压敏电阻器的操作。但是从用户的角度来看,这是几乎没有了解基本的电气性能,因为它们涉及到设备建设同样重要。

解释金属氧化物压敏电阻操作的关键在于理解发生在晶界附近的电子现象,或在Z之间的接点NO谷物。虽然一些早期的理论认为电子隧穿发生在晶界的绝缘第二相层,但压敏电阻操作可能更好地描述为半导体二极管的串并联排列。在这个模型中,晶界包含缺陷态,这些缺陷态捕获了来自n型半导体Z的自由电子NO晶,从而在靠近晶界区域的ZnO晶中形成一个空间电荷耗尽层。(请参阅本节最后一页的参考资料)。

图4显示了变阻器中耗尽层的证据,其中每个边界的电容平方的倒数与每个边界施加的电压相对应。这是观察到的相同类型的载流子浓度,N被确定为每厘米2×10173.。此外,损耗层的宽度被计算为大约1000埃单位。单结研究也支持二极管模型。

它是阻止载流子的自由流动,并负责低电压在漏区绝缘行为,如图5中所描绘的漏电流是由于载流子的整个油田降低的挡板的自由流动这些耗尽层,并且是热活化,至少高于约25℃。对于半导体突然P-N结二极管。的关系为:

Varistors_Technology_Equation_2

哪里:
(Vb)=门槛电压,
(V)=施加的电压,
(问)=电子电荷,
(es)=半导体介电常数和
(N)=载体浓度。
从这种关系在ZnO载流子浓度,N,被确定为大约2×1017每厘米3.

此外,损耗层的宽度被计算为大约1000埃单位。单结研究也支持二极管模型。

Figure_4._Capacitance-Voltage_Behavior_of_Varisotr_Resembles_a_Semiconductor_Abrupt-Junction_Reversed_Biased_Diode

压敏电阻类似于图4.电容 - 电压行为
于半导体突结反转
偏置二极管Nd˜2 x 1017/厘米3.

图5显示了zno -晶粒边界- zno结的能带图。左边的颗粒是向前偏置的,Vl和右侧被反向偏置到VR。耗尽层宽度为XlXR,和相应的势垒高度为Fl和fR。零偏置势垒高度为fO。随着电压偏压被增加,Fl降低和fR增大,从而导致降低了势垒并增加了传导。

势垒高度Fl一个低压变阻器的值被测量为外加电压的函数,如图6所示。在高压下,势垒的快速下降代表了非线性传导的开始。

Figure_5._Energy_Band_Diagram_of_a_ZnO-Grainboundary-ZnO_Junction

图5能带图的ZnO类GRAINBOUNDARY-ZnO系JUNCTION


Figure_6._Thermal_Barrier_vs_Applied_Voltage

图6。热障与外加电压

在非线性区域传输机制是非常复杂的,而且仍然活跃的研究课题。大多数理论从半导体输运理论中汲取了灵感,并没有详细介绍本文件中。


压敏电阻结构

一种制造Littelfuse压敏电阻的方法,图7的流程图的起始材料可在添加剂的氧化物的组合物的不同之处被示出,以便覆盖产品的的电压范围。

Figure_7._Schematic_Flow_Diagram_of_Littelfuse_Varistor_Fabrication

图7。制作小熔丝压敏电阻的原理流程图

设备特性是在按压操作时确定的。粉末被压成预定的厚度,以获得所需的标称电压。为了获得所需的额定峰值电流和能量能力,电极面积和质量的装置是可变的。在光盘产品中可获得的直径范围列在这里:

名义上的盘
直径毫米
3. 5 7 10 14 20 32 34 40 62

当然,其它形状,如矩形,也可以通过简单地改变压模具。其他陶瓷制造技术可以用来制造不同的形状。例如,杆或管通过挤出并切割成长度制成。成形之后,将绿色(即,未烧结的)部分被放置在窑并烧结在峰值温度超过1200℃。在B ismuth氧化物以上825℃熔融,在多晶陶瓷的致密化初始协助。在较高温度下,发生晶粒生长,从而形成具有受控晶粒尺寸的结构。

Electroding被完成,径向和芯片器件,通过厚膜银的装置发射到陶瓷表面上。引线或带终端,然后焊接到位。导电环氧树脂用于引线连接到所述轴向3毫米光盘。对于较大的工业设备(40毫米直径60mm盘)的接触物质是电弧喷涂铝,与铜的过喷如果必要的话,得到的可焊接的表面。

许多封装技术被用于各种小熔丝压敏电阻封装的组装。大多数radials和一些工业装置(HA系列)是环氧涂层流化床,而环氧是“旋转”到轴向装置。

Radials也可与酚醛涂料应用湿过程。PA系列包装由大约20mm的圆盘组件的塑料成型组成。RA, DA和DB系列设备都是类似的,他们都是由圆盘或芯片,与标签或引线,包围在一个模压塑料壳填充环氧树脂。不同的包装样式允许在能量等级,以及在机械安装上的变化。

表2.按-TYPE陶瓷尺寸


类型
系列 陶瓷尺寸
无铅表面山 CH, AUML†,ML†,MLE†,MLN†系列 采用5mm x8毫米芯片,0603,0805,1206,1210,1812,2220
轴向引线 MA系列 直径3mm光盘
径向含铅 ZA,LA,C-III,TMOV®,
我TMOV®, UltraMOV,TMOV25S®系列
直径5mm, 7mm, 10mm, 14mm, 20mm的光盘
盒装,低调 RA系列 5mm x 8mm、10mm x 16mm、14 x 22片
工业包装 BA,BB系列
DA,DB系列
DHB系列
HA,HB系列
HC、高频系列
HG系列
32毫米,40毫米直径的圆盘,34毫米正方形的圆盘,40毫米直径的圆盘,60毫米直径的圆盘
工业光盘 CA系列 60毫米直径的光盘

图9A、9B和9C(下图)显示了一些Littelfuse压敏电阻封装的构造细节。陶瓷的尺寸,按包装类型,在上面的表2。

Figure_9A._Cross-Section_of_MA_Series

图9a。横截面MA系列的


Figure_9B._Cross-Section_of_Radial_Lead_Package

图9B。横截面径向引线封装的


Figure_9C._Pictorial_View_of_High_Energy_DA,_DB_and_BA-BB_Series

图9 c。高能量DA, DB, BA/BB系列图示


电气特性压敏电阻V-I特性

现在转向图10中的大电流上升区域,我们看到V-I行为接近欧姆特性。极限电阻值取决于半导体ZnO晶粒体的导电性,载流子浓度在10的范围内17到1018每厘米3.。这将使ZnO的电阻率低于0.3Ωcm。

Figure_10._Typical_Varistor_V-I_Curve_Plotted_On_Log-Log_Scale

图10.典型的压敏V-I曲线绘制在数尺度

为了显示V-I曲线的宽范围,用对数-对数格式方便地显示压敏电阻的电特性。日志格式也比线性表示法更清晰,因为线性表示法倾向于根据当前选择的比例夸大非线性。典型的V-I特性曲线如图10所示。这张图显示了比压敏电阻数据表上通常提供的更大的电流范围,以说明电气运行的三个不同区域。


等效电路模型

压敏电阻的电气模型可以用图11所示的简化等效电路表示。

Figure_11._Varistor_Equivalent_Circuit_Model

图11.压敏电阻等效电路模型


漏泄运行区

在低电流水平时,V-I曲线接近线性(欧姆)的关系,并显示一个显著温度依赖性。变阻器处于高电阻模式(接近109Ω)和作为一个开放的电路出现。非线性电阻分量(RX)可以忽略,因为(R关闭)并联将占优势。另外,(R)将被微不足道相比(R关闭)。

Figure_12._Equivalent_Circuit_at_Low_Currents

图12。小电流时的等效电路

对于给定的压敏电阻器件,电容在泄漏区域的电压和频率的大范围内保持近似恒定。当电压加在压敏电阻上时,电容值仅略有下降。当电压接近标称压敏电阻电压时,电容减小。当频率变化到100 kHz时,电容几乎保持不变。同样,电容随温度变化较小,在-40℃~ +125℃范围内,电容值在+/-10%范围内25℃值良好。

泄漏区域V-I特性曲线的温度效应如图13所示。有明显的温度依赖性。

Figure_13._Temperature_Dependence_of_the_Characteristic_Curve_in_the_Leakage_Region

在泄漏部位的特性曲线图13.温度依赖性

的泄漏电流之间的(I)和温度(T)的关系是

Varistors_Technology_Equation_3

实际上,温度的变化对应于(R关闭)。然而,(R关闭)保持在一个高的电阻值,即使在升高的温度下。例如,它仍然是在10MΩ至100MΩ在125℃的范围内。

尽管(R关闭)是它随频率变化的高电阻。的关系是与逆频率近似线性的。

如有,下列平行组合(R关闭)和(℃下)在任何感兴趣的频率上主要是电容性的。这是因为电容电抗也近似地线性变化的1 / f

在更高的电流,在以上的mA范围,温度变化为最小。温度系数的曲线(dV / dT)如图14所示。需要注意的是,温度系数为负(-),随着电流的增大而减小。在压敏电阻的箝位电压范围内(我1 >),温度依赖性接近于零。

Figure_14._Relation_of_Temperature_Coefficient_DV / DT_to_Varistor_Current

图14 RELATION温度系数DV / DT TO压敏电阻电流的


操作的标称压敏电阻区

压敏电阻特性为:

I = kV一个其中,(k)是一个常数和指数(一个)定义非线性程度。Alpha是品质因数,并且可以从V-I曲线的斜率来确定,或者由下式计算:

Varistor_Technology_Equation_4

在这个区域,压敏电阻导电和RX将凌驾于C,RR关闭RX成为许多数量级小于R关闭但是仍然大于R

Figure_15._Equivalent_Circuit_at_Varistor_Conduction

图15.等效电路AT压敏电阻传导

在传导压敏电压保持在当前的几个数量级的变化相对稳定。实际上,器件电阻,RX被改变以响应电流。这可以通过检查静态或动态电阻作为电流的函数被观察到。静态电阻被定义为:

Varistor_Technology_Equation_5

典型的电阻值的曲线图对电流()在图16A和16B中给出。

Figure_16A._Rx_Static_Varistor_Resistance_Figure

图16。RXSTATIC压敏电阻图


Figure_16B._Zx_Dynamic_Varistor_Resistance

图16b。ZX动态压敏电阻


业务好转区

在大电流下,接近最大额定值时,压敏电阻近似短路。曲线偏离和方法的非线性关系的价值材料体积电阻,对1Ω-10Ω。好转发生于RX方法的价值R。电阻R表示Z的体积电阻NO谷物。这个电阻是线性的(其表现为对数图的更陡的斜率),并在电流50A发生50,000A,取决于变阻器尺寸。

Figure_17._Equivalent_Circuit_At_Varistor_Upturn

图17。变阻器上翻处的等效电路


响应和率效应的速度

变阻器操作取决于类似于其它半导体器件的导通机构。出于这个原因,发生传导非常迅速,没有明显的时间差 - 甚至进入纳秒(NS)的范围。图18中,示出了使用和不使用插在一个非常低的电感脉冲发生器变阻器两个电压迹线的合成照片。所述第二迹线(其不与所述第一同步,但仅仅是在示波器屏幕上叠加)示出了非线性电阻的电压钳位效果发生小于1.0 ns。

Figure_18._Response_of_a_ZnO_Varistor_to_a_Fast_Rise_Time_ _Pulse (500 ps)

图18响应的ZnO非线性电阻TO快速上升时间(500PS)PULSE

在传统的引线安装设备中,引线的电感会完全掩盖变阻器的快速动作;因此,对于图18中的测试电路,需要一小片变阻器材料的插入在同轴线证明固有压敏电阻的响应。

对铅所进行的试验安装的设备,甚至仔细注意尽量减少引线长度,表明在由引线形成的回路中感应的电压贡献出现在整个压敏电阻器的端子在高电流和快速电流上升的电压的很大一部分。幸运的是,这可通过瞬时源输送的电流都是清一色较慢上升时间比所观察到的电压瞬变。最常遇到的压敏电阻的应用涉及电流上升时间小于0.5μs的时间。

当讨论压敏电阻对快速脉冲的响应时,电压上升率并不是使用的最佳术语(与火花间隙不同,火花间隙从不导电状态转换到导电状态的时间是有限的)。压敏电阻对电路所能传递的瞬态电流的响应时间是需要考虑的适当特性。

图19A,示出的V-I特性如何变阻器的响应由电流波形的影响。从这样的数据中,“超调”的效果可以被定义为在一个快速的电流上升期间出现的压敏电阻两端的最大电压的相对增加,使用传统的8 /20μS电流波为基准。图19B,示出了具有上升时间不同的电流电平典型钳位电压的变化。

图19所示。铅装变阻器对电流波形的响应

Figure_19A._V-I_Characteristics_for_Various_Current_Rise_Times

图19。不同电流上升时间的V-I特性


Figure_19B._Overshoot_Defined_With_Reference_To_The_Basic_8/20_Current_Pulse

图19 b。参考基本的8/20定义的超调?年代电流脉冲


如何连接Littelfuse压敏电阻

暂态抑制器可以暴露在大电流的短时间内,在纳秒到毫秒的时间框架。

小熔丝压敏电阻器与负载平行连接,任何通向压敏电阻器的引线上的电压降都会降低其有效性。最好的结果是使用靠近的短引线来降低感应电压,使用低欧姆电阻来降低I•R降。

单相

Figure_23。

图23。

这是最完整的保护人可以选择,但在许多情况下,只有压敏电阻1或者压敏电阻1和2都被选中。

Figure_24。

图24。

三相

Figure_24A._3_Phase_220V_380V, _Ungrounded

图25A。3相220V / 380V,不接地


Figure_25B._3_Phase_220V_or_380V, _Ungrounded

图25 b。3相220V或380V,不接地


Figure_25C._3_Phase_220V, _One_Phase_Grounded

图25C。3相220V,单相GROUNDED


Figure_25D._3_Phase_220V

图25D。3相220V


Figure_25E._3_Phase_120V_208V, _4-Wire

图25 e。三相120V/208V, 4线


Figure_25F._3_Phase_240V_415V

图25F。3 PHASE 240V / 415V


对于较高的电压,使用相同的连接,但是要根据适当的额定电压选择压敏电阻。

直流应用程序

DC应用要求加号和减号或加和地面和负与地之间的连接。

例如,如果在所有3个阶段(共模瞬变)只瞬态抑制器存在朝向地面的过渡连接相接地将吸收能量。瞬态抑制器连接相间不会有效。

Figure_26._Common_Mode_Transient_and_Correct_Solution

图26.共模瞬态和正确的解决方案

另一方面,如果存在差模态的暂态(相位对相位),则采用相位对相位的暂态抑制器才是正确的解。

Figure_27._Differential_Mode_Transient_and_Correct_Solution

图27.差模瞬态及正确的解决方案

这只是连接暂态抑制器的一些更重要的变化的一个选择。

逻辑方法是将暂态抑制器连接到暂态产生的电位差点之间。然后抑制器将平衡或减少这些电位,以降低和无害的水平。


压敏电阻术语和定义

定义(IEEE标准C62.33,1982)

特性是一种器件固有的和可测量的特性。这种特性可以是电学的、机械的或热学的,并且可以用一个给定条件下的值来表示。

额定值是确定设备运行的限制能力或限制条件(最大值或最小值)的一个值。它是根据指定的环境和操作值确定的。额定值表示可以施加在设备上而不会导致退化或故障的应力水平。压敏电阻符号定义在线性V-I图形上,如图20所示。

Figure_20._I-V_Graph_Illustrating_Symbols_and_Definitions

图20. I-V曲线图阐释符号和定义


压合模装置

夹紧装置,例如一个MOV,是指其中的有效电阻从高至低状态作为所施加电压的函数变化的特性。在其导通状态,分压器作用在夹紧装置和电路的源阻抗之间建立。夹紧装置通常是“耗散”装置,将所述的瞬时电能的多少热量。

选择最合适的抑制器取决于应用、操作、预期的电压暂态威胁和需要保护的元件的灵敏度之间的平衡。形式因素/包装风格也必须考虑。


测试波形

在高电流和能量水平,压敏电阻特性测量,必要的,与脉冲波形。如图21所示,是ANSI标准C62.1波形,它是一种指数衰减波形,代表雷击冲击和无功电路中存储能量的放电。

8 /20μS电流波(8μs上升和20μs的峰值值的50%的衰减)被用作一种标准,基于行业惯例,所描述的特征和评分。一个例外是能量等级(WTM),其中使用较长的波形10/1000电平s。这种情况更有代表性的高能量浪涌通常经历的感应放电的电机和变压器。压敏电阻额定的最大脉冲能量浪涌导致压敏电压(VN)从初始值偏移小于+/-10%。

Figure_21._Definition_of_Pulse_Current_Waveform

图21定义PULSE电流波形的


功耗额定值

当瞬变出现快速连续的平均功耗为能量WTM(瓦秒)每脉冲乘以每秒脉冲数。所开发的功率必须在特定设备的额定功率和特性表中所示的规格范围内。在高温下,某些参数必须降低。

Figure_22._Device_Ratings_and_Characteristics

图22.装置额定值和特性


表3压敏电阻特性(IEEE标准C62.33-1982 SUBSECTION 2.3和2.4)

条款和描述 符号
钳位电压。在规定的峰值V的条件下测量的压敏电阻的峰值电压C脉冲电流和指定波形。注:峰值电压和峰值电流不一定是时间巧合。 VC
额定峰值单脉冲瞬态电流(压敏电阻)。其可以被应用于单个8 /20μs的脉冲,同时额定线电压最大峰值电流也适用,而不会引起器件失效。 TM
寿命额定脉冲电流(压敏电阻)。I的降值TM用于脉冲持续时间超过8/20兆赫波形,以及可应用于器件额定寿命以上的多个脉冲。 -
额定均方根电压(压敏电阻)。可施加的最大连续正弦均方根电压。 V苹果电脑)
额定直流电压(压敏电阻)。可施加的最大连续直流电压。 V(直流)
直流备用电流(压敏电阻)。在额定电压下测得的压敏电阻的电流,V(直流) D
对于某些应用,下面的一些术语可能是有用的。
额定变阻器电压。跨在指定的脉冲DC电流I测得的非线性电阻电压N (DC),具体的持续时间。我N (DC)特定的时间。我N (DC)由变阻器制造商指定。 VN (DC)
额定变阻器电压峰值。横跨在指定的峰值交流电流,我测量压敏电压N (AC),具体的持续时间。我N (AC)由变阻器制造商指定。 VN (AC)
额定重复峰值电压(变阻器)。其可以被应用于指定的占空比和波形最大反复峰值电压。 V
额定单脉冲暂态能量(压敏电阻)。能量可在指定的波形被耗散为最大额定电流的单个脉冲,额定RMS电压或额定直流电压也被施加,而不会引起器件失效。 WTM
额定瞬态平均功耗(压敏电阻)。在指定的隔离时间段内发生的一组脉冲所耗散的最大平均功率,而不会引起设备故障。
压敏电压。跨在给定的电流,IX测定非线性电阻电压。 VX
电压钳位比(压敏电阻)。由符号所定义的压敏电阻夹紧效率的价值度量值
(VC)÷(V苹果电脑)), (VC)÷(V(直流))。
VC/ V
非线性指数。变阻器非线性两个给定的工作电流之间的度量,我1和我2,表示为I = kV一个其中,k是一个装置常数,I1≤I≤I2和一个12=(罗技2/我1÷(logV2/ V1) 一个
动态阻抗(压敏电阻)。在给定的工作点的小信号阻抗的量度,由下式定义:
ZX= (dVX)÷(dIX)
ZX
电阻(压敏电阻)。在给定工作点上压敏电阻的静态电阻定义为:RX= (VX)÷(我X) RX
电容(压敏电阻)。在下测定压敏电阻的两个端子之间的电容指定的频率和偏压。 C
AC备用电源(压敏电阻)。在额定RMS电压V测量变阻器AC功率耗散苹果电脑) PD
电压过冲(压敏电阻)。当应用小于8安培虚拟前持续时间的电流波时,在给定电流下装置的箝位电压以上的过量电压。该值可以表示为钳位电压(V)的%C)为8/20电流波。 VOS
响应时间(压敏电阻)。(V在该波超过钳位电压电平的点之间的时间C)和电压过冲峰值。在此定义中,钳位电压的定义为与此响应时间使用的波形具有相同峰值电流幅值的8/20支撑点电流波形。 -
超过时间(压敏电阻)。点电压电平(VC)和在该点上的电压过冲已经衰减到其峰值的50%。对于此定义的目的,钳位电压与相同的峰值电流幅度作为用于这种过冲的持续时间的波形的8 /20μs的电流波形限定。 -

压敏电阻器选型指南

步骤1.确定电路的操作参数。

(尽可能多地完成下列信息)。

1-A。来源和过渡的路径
________ ________来源路径

1-B。保护设备的正常工作电压
________ (V交流),或者________ (V)RMS直流

1 - c。正常工作电压公差(1-b)
________ (V)或在未知

1-d。最大。保护设备的容许电压
________ (V交流)或________(V)RMS直流

1-E。最大预期浪涌电流和点击次数
(指定8x20的电流波形相当于浪涌电流)
________(A)________(点击数)

1-F。最大能量施加到装置中浪涌事件
________(焦耳)(E = 1.4xVxIxT)

1-G。最大功率施加到设备中浪涌事件
________(W)(P = VXI)

1小时。最大允许压敏电阻电容(@ 1kHz时; 0V直流偏压)
(这是不影响电路功能的压敏电阻器件的最大电容)
________(pF)的

1-i的。规定的安全标准
(所需标准名称,如UL、CSA、VDE等)


步骤2.计算电压值。

通透。要求的压敏电阻器电压值应等于:

被保护设备或设备的操作电压*
+
工作电压的容许值。

如果公差不知道,乘以的工作电压
受1.10到1.25(即10-25%以上)保护的设备或装置
工作电压值)。


如果工作电压为交流电(VRMS)转换成V直流

____工作电压AC(V)x1.414= ______________________
工作电压(V)RMS直流
________Operating (V电压的设备或装置直流)
+
_________Tolerance (V)= _____________________
所需压敏电压(V)
- 要么 -
____Operating设备或装置(V的电压直流)
x
(1.10〜1.25)=_____________所需压敏电压(V)

第3步指南选择压敏电阻

如果对下列要求之一的响应是“错误的”,请参考清单底部的适当纠正措施说明(a - f):

3。压敏电阻器电压值-压敏电阻器公差≥要求压敏电阻器电压值(2-a) ______True ______False (A)
3 b。被保护设备或装置的最大允许电压(1-d)
(Max。电流应小于或等于测量最大箝位电压时的电流)。
______True ______False (B)
3 c。变阻器最大峰值电流值最大预期浪涌电流(1-E) ______True ______False (C)
注:如果浪涌电流波形不是8 x 20μS,使用脉冲寿命等级曲线。
3 d。变阻器最大能量额定值最大能量施加到系统(1-f)中 ______True ______False (D)
3 e。系统使用的最大功率(1-g) ______True ______False(E)
3 f。系统最大允许电容(1-h) ______True ______False(F)

纠正措施注意事项:
A.选择列表中的下一个变阻器(即变阻器电压值增大的下一个变阻器),然后重新验证3-a。
B.选择以前变阻器在列表上(即,先前变阻器随压敏电压值),然后重新验证3-b中。
C.选择下一个压敏电阻直径等级,然后重新验证3-C。*
D.选择下一个压敏电阻直径等级,然后重新验证3-d。*
E.选择下一个压敏电阻直径等级,然后重新验证3-E。*
F.选择较低的压敏电阻直径等级,然后重新验证3-C,3-d,3-e和3-F。*
*如果变阻器电压低于82V,在选择了82V ROV可以是在较高直径部分优选的。


步骤4。验证以下系统条件。

4。所选择的变阻器的漏电流是适当的电路______真正______
4 b。检查压敏电阻的性能故障条件下______验证

用户应该独立地评估和测试每一个MOV装置在其应用中的安全性和最终应用的适用性。

压敏电阻的选择表

表面安装的MLV
系列 肉类 MLE MLA MLN AUML CH
技术类型 陶瓷的 多层氧化锌
氧化
交流工作电压范围 9-42 18 2.7 - 107 18 - - - 14-275
工作直流电压范围 30 - 135 18 5.5 - 120 5.5 - 18 18 18 - 369
峰值电流
范围(一)* *
300 22 - 28 4 - 500 三十 20 250-500
峰值能量
范围(J)
0.02 - 2.5 0.05 - 0.10 - - - 1-23
温度
范围(度°C)
-55 + 125°C
线保护 1 4 1
摩/外形 表面贴装
盘大小(MOV) (不适用)
机构认证 - - - - - - - - - - - - - - - UL
通过无铅认证 请参阅手册
无铅 请参阅手册
*不适用于这项技术的应用参数
**不适用于撬棒设备的参数


径向铅mov
系列 TMOViTMOV TMOV 25S 超MOV 超MOV 25S C-III LA
技术类型
氧化
交流工作电压范围 115 - 750 115 - 750 130-625 115 - 750 130 - 660 130 - 1000 4-460
工作直流电压范围 - - - - - - 170-825 150-970 - - - 175 - 1200 5.5-615
峰值电流
范围(一)* *
6000 - 10000 20000 1750-10000 22000 3500 - 9000 1200-6500 50 - 6500
峰值能量
范围(J)
35-480 170 - 670 12.5-720 230-890 40-530 11-360 -52 - 0.1
温度
范围(度°C)
-55至+ 85℃
线保护 1
摩/外形 径向含铅
盘大小(MOV) 1420毫米口径 25毫米方 7、10、14、20毫米圆形 25毫米方 10,14,20毫米的圆形 7、10、14、20毫米圆形 5,7,10,
1420毫米口径
机构认证 UL、CSA、
VDE,主要单位
UL待定 UL、CSA、
VDE,主要单位
UL,CSA,VDE,CECC UL,CSA,VDE UL,CSA,VDE,CECC UL,VDE
通过无铅认证 请参阅手册
无铅 参考数据表
*不适用于这项技术的应用参数
**不适用于撬棒设备的参数


工业高能运动
系列 英航/BB /DB TMOV 34个年代 HB34HG34HF34 DHB34 CA
技术类型 氧化锌
交流工作电压范围 130 - 2800 130-750 130-750 115 - 750 130-750 250 - 2800 250 - 2800
工作直流电压范围 175 - 3500 175 - 970 175 - 970 - - - 175 - 970 330-3,500 330-3,500
峰值电流范围(A)** 50000 70000 40000 25000 40000 40000 40000 20000 70000 20000 70000
峰值能量范围(J) 450 - 10000 270-1050 200-1050 235-1050 270-1050 330-10000 330-10000
温度范围(℃) -55至+ 85℃
线保护 1
摩/外形 螺旋/夹式端子 工业包装径向引线 裸盘
盘大小(MOV) 60毫米圆 40毫米圆 32,40毫米圆形 34毫米方 60毫米圆
机构认证 UL UL UL及CSA UL UL及CSA - - - - - -
通过无铅认证 没有 没有 没有 没有
无铅 没有 没有 没有 没有 没有 没有
*不适用于这项技术的应用参数
**不适用于撬棒设备的参数


特殊的MOV
系列 类风湿性关节炎 高可靠性
技术类型 氧化锌
交流工作电压范围 9-264 4-275 130-510
工作直流电压范围 13 - 365 -369 - 5.5 4 - 675
峰值电流范围(A)** 40 - 100 100-6500 100-6500
峰值能量范围(J) 0.06 - -1.7 -160 - 0.4 0.4-190
温度范围(℃) -55至+ 85℃
线保护 1
摩/外形 轴向引线 内嵌的径向引线 (可变)
盘大小(MOV) 不适用 (可变)
机构认证 - - - UL、CSA MIL,QPL,CECC,CSA
通过无铅认证 没有
无铅 没有
*不适用于这项技术的应用参数
**不适用于撬棒设备的参数


下面显示了Littelfuse Varistor产品通常使用的终端应用示例列表。大多数设备规格可提供表面安装和通孔封装,以满足广泛的需求。

请与您的当地授权的Littelfuse产品代表了解并帮助确定可能服务于您的应用程序的特定设备。

细分市场 典型应用和电路示例 设备系列或系列 TECH 表面安装的产品
低电压,电路板级产品
  • 手持/便携设备
  • 电子数据处理
  • 电脑
  • I / O端口和接口
  • 控制器
  • 仪表
  • 远程传感器
  • 医疗电子产品等。
CH MOV
,,RA MOV
毫升,MLE,MLN,肉类 MLV
AC线,TVSS产品
  • UPS
  • AC面板
  • AC电源接头
  • TVSS设备
  • AC电器/控制
  • 功率计
  • 电源
  • 断路器
  • 消费类电子产品
TMOV®
UltraMOVc - 111,LA
,HB34
HG34,HF34
DHB34,TMOV34S®
类风湿性关节炎
MOV
CH MOV
汽车电子
  • 腹肌
  • 经济共同体
  • 仪器中心
  • 空气袋
  • 窗口控制/雨刷模块
  • 车身控制器
  • 多路公交车
  • EFI
CH MOV
MOV
AUML,ML
MLE,MLN
肉类
MLV
电信产品
  • 细胞/无绳电话
  • 调制解调器
  • 备用电话线保护器
  • 数据线连接器
  • 中继器
  • 线路卡
  • COE
  • T1 / E1 / ISDN
CH MOV
MOV
ML,MLE
MLN,肉类
MLV
工业高能交流产品
  • 大电流继电器
  • 螺线管
  • 电机驱动
  • AC分布板
  • Roboticst
  • 大型汽车公司
  • 压缩机
,DB
英航
,BB
CA
,
HB34
,HC
HG34
,HF34,DHB34
TMOV34S®
MOV

在智能家居保护智能插座

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