压敏电阻技术交流文稿.ppt

1、压敏电阻器技术交流,成都铁达电子有限责任公司 TIEDA CHENGDU TIEDA ELECTRONIC CO LTD 铁达,目录,一、压敏电阻器的结构和工作原理 1、基本结构 2、基本特性 3、功能及主要应用 二、压敏电阻器的制造工艺流程简介 1、工艺流程图 2、工序简介 三、压敏电阻器的主要参数及它们在应用的作用。 1、压敏电压 2、最大允许工作电压 3、漏电流 4、电压比 5、限压比 6、残压比 7、极限冲击电流 8、能量耐量 9、电流冲击稳定性 10、电容量 四、压敏电阻器的正确使用及极限应用条件 1、安全事项 2、其它注意事项 3、极限情况下的应用 五、压敏电阻器的选型 1、压敏电

2、压的选择 2、压敏电阻直径的选择,一、压敏电阻器的结构和工作原理,1、基本结构： 图1 如图1，压敏电阻瓷片决定了压敏电阻器的主要电性能，瓷片的主材料是氧化锌，并添加了氧化铋、氧化钴、氧化锑等若干金属氧化物烧制成的半导体陶瓷。工作原理可理解为许多双向齐纳二极管的串并联，增加瓷体的厚度即可理解为增加串联二极管的数量，可提高压敏电压（即导通电压），增大瓷体直径即增加并联二极管数量，可提高通流能力（即抗雷击能力）。,2、基本特性,压敏电阻器的伏安特性可表示为：I=KV 其中：K为常数 为非线性系数，氧化锌压敏电阻的 =3070 用伏安特性图来表示：可表示为下图：,压敏电阻伏安特性图：,图2：,压敏电

3、阻器具有下述特性,（1）限制电压低。从伏安特性图中可以看出，流过它的电流从毫安到数千安之间变化时，它两端的电压变化都很小，为后级电路提供了很好的过压保护。 （2）通流量大。用8/20s标准雷电波测试，可容易地达到6KA/cm2的通流量。 （3）伏安特性正负对称，适用于交流场合。 （4）响应快。压敏瓷片的响应时间为12ns，考虑到电极的固有电容和引线的串联电感 的影响，元件的响应时间为20ns， （5）无续流。在无浪涌冲击时，压敏电阻呈高阻状态，阻值高达10M以上，在浪涌冲击时，阻值迅速下降，最低可到零点几欧，浪涌过后，阻值又迅速自动回复到高阻状态，不会对整机的工作状态造成影响。,3、功能及主要

4、应用,由于压敏电阻器具有上述特点，使它成为电源回路中抗浪涌干扰的首选元件。最常见的用途是在电子装置的电源进线端提供保护或并联在功率半导体器件两端提供保护。 曲型应用如下图： （1）电源回路提供共模保护电路,3、功能及主要应用,（2）对电源回路提供差模保护电路 （3）对大功率半导体器件提供过压保护,二、压敏电阻器的制造工艺流程简介,1、工艺流程图,配料,造粒,成型,焊接,被银,烧结,入库,包装,标识、切脚,测量,包封,二、压敏电阻器的制造工艺流程简介,2、工序简介： （1）配料：将氧化锌主料和各种添加剂按比例配制。主要设备有精密天平、磅称等。 （2）造粒：将配好的瓷料混合均匀，以喷雾造粒的方式干

5、燥成流动性好的小颗粒。主要设备有：高速搅拌机、喷雾造粒机、制纯水机等。,造粒工序：喷雾造粒机,2、工序简介,（3）成型：将粒料干压成型。主要设备有旋转压片机等。 （4）烧结：将成型的毛坯在约1100高温烧制成压敏瓷片。主要设备有隧道除胶炉、隧道烧结炉等。,烧结工序：隧道烧结炉,2、工序简介,（5）被银：用丝网印刷的方式在瓷片两面涂覆银电极。主要设备有印银机、烘干炉、隧道烧渗炉等。 （6）焊接：将镀锡铜线焊接在芯片上。主要设备有引线成型、上片、焊接三联机等。,焊接工序：焊接三联机,2、工序简介,（7）包封：将焊好引线的芯片包封一层环氧树脂保护层。主要设备有超声波清洗机、粉末环氧树脂包封机、隧道固

6、化炉等。 （8）测量：对上道工序产品的压敏电压、漏电流和电压比进行100%测量，并自动分选剔除不合格品，对合格品进行激光标识、切脚、记数装袋等工作。主要设备有测量、标识、切脚三联机等。 （9）包装：按客户要求将产品装箱、贴标签、打包入库等待发货。,包封工序：粉末环氧树脂包封机,测量工序：全自动成品测试四联机,三、压敏电阻的主要参数及它 们在应用的作用,1、压敏电压（V1mA）： 规定在给压敏电阻施加1mA直流电流的条件下，压敏电阻器两端的电压。这也是供需双方交收时要检测的重要指标。通常的误差范围在标称值10%以内，该指标的物理意义就是压敏电阻器截止区和箝位导通区的分界点，当外部电压低于此时，压

7、敏电阻处于截止区，呈高阻状态；高于此时，呈导通限压状态。,三、压敏电阻的主要参数及它 们在应用的作用,2、最大允许工作电压（UmaxAC or UmaxDC)： 正常工作条件下理论上可以长期连续施加在压敏电阻两端的最大交流电压（有效值）或直流电压。压敏电阻的环境工作电压不得超过此值，以确保压敏电阻在没有浪涌脉冲时处于高阻状态。 在实际应用时，应取一个工程系数C=0.50.8，实际环境工作电压应落在C*Umax的范围区间内。,三、压敏电阻的主要参数及它 们在应用的作用,3、漏电流(IL)： 给压敏电阻施加最大允许直流电压，测试流过它的电流值为漏电流，也是供需双方交收时要检测的重要指标。通常要求2

8、0A。对漏电流的初始值要求越小越好，更重要的是要求该指标在各种严酷的环境下变化不大。如潮湿试验、“双85”试验、高温负荷试验等。试验后样品漏电流无显著增大的，预示着产品品质较好，寿命较长。,三、压敏电阻的主要参数及它 们在应用的作用,4、电压比（V1mA/V0.1mA）： 在压敏电阻伏安特性曲线图中I=0.1mA处和I=1mA处的压敏电压的比值，决定压敏电阻的非线性系数，也是供需双方交收时要检测的重要指标，通常要求V1mA/V0.1mA1.08，该值越接近理想值1.0，表示压敏电阻的非线性系数越大，保护效果越好。 5、限压比（VP1/V1mA): 在压敏电阻伏安特性图中导通箝位区低端指定电流处

9、（一般10瓷片在25A处，14瓷片在50A处，20瓷片在100A处）的电压值与压敏电压（1mA时的电压值）的比值，表示压敏电阻在小浪涌时的保护水平，一般实测值在1.45左右。,三、压敏电阻的主要参数及它 们在应用的作用,6、残压比（VP2/V1mA）： 在压敏电阻伏安特性图中导通箝位区高端指定电流处（一般10瓷片在500A处，14瓷片在1KA处，20瓷片在2KA处）的电压值与压敏电压（V1mA）的比值，表示压敏电阻在大浪涌时的保护水平，一般实测值在1.9左右。 电压比、限压比、残压比都是用伏安特性图上不同的电流点位的电压的比值，都代表了压敏电阻的保护水平，它们具有很强的正相关性。一个指标好了，

10、其它指标也不会差。由于电压比的测量最好操作，因此，常常用它来作交收试验标准。 7、极限冲击电流（Ipeak）： 压敏电阻能承受的最大冲击电流。规定电流波形为8/20s标准雷电波，冲击次数为1次，该指标和压敏电阻的直径成正比，表示压敏电阻能承受的最大雷击浪涌强度。,三、压敏电阻的主要参数及它 们在应用的作用,8、能量耐量： 压敏电阻能承受的极限浪涌能量，冲击次数为1次，与压敏电阻的体积成正比，浪涌能量可以公式E=KIVt(J)来表示。 式中：I为流过压敏电阻的测试电流。 V为此时压敏电阻两端的电压。 t为测试浪涌电流的脉冲宽度。 K为系数，当浪涌脉冲为方波时，K=1。 一般规定的测试电流为t=2

11、ms的方波。当应用场合中有大功率的感性负载时，它们通断时在电网中产生的感生电动势浪涌就具有宽脉冲，大能量的特点。该指标表示压敏电阻的吸收这类浪涌的能力。,三、压敏电阻的主要参数及它 们在应用的作用,9、电流冲击稳定性： 采用8/20s标准雷电波，在规定的电流下（一般10瓷片在1KA，14瓷片在2KA，20瓷片在3KA）多次冲击，考验压敏电阻器的稳定性。因为在实际应用场合中，遇到特大浪涌的概率极低，而这种中等强度的浪涌概率就大很多，冲击稳定性好的产品使用寿命要更长。 10、电容量： 压敏电阻的固有电容与电极的面积成正比，与瓷片的厚度成反比，典型值在几百PF左右，该参数提示工程师在高频信号回路中，

12、要注意压敏电阻的容抗影响，而在工频电源回路中，设计师可以忽略不考虑该参数。,四、压敏电阻器的正确使用及极限应用条件,1、安全事项： 由于压敏电阻的失效模式为短路失效，它又是跨接在电源火线与零线之间，击穿后短路电流会很大，必须在压敏电阻的前级配置保险管或空气开关等断路装置，以免出现故障后不能立即脱离电网而造成过热、起火等恶性事故。 压敏电阻击穿失效的瞬间短路电流很大，击穿点会产生电弧。因此，压敏电阻周围的元器件必须是阻燃良好的材料制成，避免被电弧点燃。 在有的特殊应用场合，压敏电阻一端和电源回路连结，另一端和电器机壳连接，通过机壳接大地，由于机壳接大地经常有接地电阻变大的故障存在，造成压敏电阻击

13、穿后短路电流受限，不能拉断脱离装置。因此在这种场合必须配置漏电流开关或紧贴压敏电阻串联热熔断保险管，确保故障后脱离电网，否则将会造成机壳带电而出现人身伤害事故。,四、压敏电阻器的正确使用及极限应用条件,2、其它注意事项： 压敏电阻器在吸收了电涌能量后将以热能的形式释放，每一次浪涌电流冲击后压敏电阻本体都很烫，因此在布线时应考虑与周边元器件保持3mm以上的距离，并远离有机薄膜电容器、半导体器件等不耐高温元器件。 从电源进线到压敏电阻器的PCB布线敷铜箔宽度应大于2mm，并与周边线路保持尽可能宽的距离，敷铜箔太窄浪涌经过时容易翻卷折断，线间距太窄容易造成飞弧放电。,四、压敏电阻器的正确使用及极限应

14、用条件,3、极限情况下的应用： 正常使用情况下，压敏电阻的应用环境应在室内，温度：-40+85，相对湿度98%，大气压力86Kpa106Kpa，工作电压0.50.8Umax。 由于压敏瓷片是半导体陶瓷，对湿度、温度和电压都很敏感，在极端条件下的耐受程度很受制造工艺的影响，并严重影响压敏电阻器的使用寿命。因此，一些严酷的环境加速老化试验是必要的，也能说明压敏电阻器的质量好坏，并判断其预期寿命。,四、压敏电阻器的正确使用及极限应用条件,主要的试验项目有： （1）湿热试验：样品在+40，相对湿度95%的环境中无负荷放置1000h，判断标准为：V1mA/V1mA10%，好的样品压敏电压变化率很小，甚至

15、连漏电流都增大得很少。 （2）“双85”试验：样品在温度为+85，相对湿度为85%的环境中，持续施加最大允许交流电压1000h，判断标准为：V1mA/V1mA10%。该项试验难度较大，一般标准都未采用，能检验合格的样品质量都较好。,四、压敏电阻器的正确使用及极限应用条件,主要的试验项目有： （3）高温负荷试验：样品在+85环境中，持续施加最大允许交流电压或最大允许直流电压1000h，判断标准为：V1mA/V1mA10%。需要说明的是施加直流电压比施加交流电压要严酷得多，只有品质较好的样品才能通过。 （4）温度快速变化冲击试验：低温-40保持30min，高温+85保持30min，温度转换时间3m

16、in，循环周期数：5次，判断标准：V1mA/V1mA5%，外观无机械损伤。 （5）阻燃试验：有两种试验方法。A.针焰法，符合UL94V-0级标准；B.灼热丝法，符合GB/T5169.11-2006,灼热丝温度为850的标准。好的样品两种试验都能通过。,试验设备：冲击电流发生器,试验设备：针焰试验仪,五、压敏电阻器的选型,关于在应用时如何选择压敏电阻器，我们建议重点协调好两大矛盾：一是，压敏电阻失效率与保护水平的矛盾。二是，压敏电阻直径与价格的矛盾。下面分别进行阐述： 1、关于压敏电压的选择： 相对于实际的工作电压，压敏电阻可在最大允许工作电压的0.50.8倍系数范围内选择出多种压敏电压值。例如

17、针对220伏交流市电，最大允许工作电压可以275V到420V，对应的压敏电压为430V到680V。到底哪一种选择最为合适呢？我们知道，压敏电压的物理意义就是伏安特性图上开始进入导通区的那一点。压敏电压越低，它在整个纵坐标上的值越低，说明它的保护效果越好。从这个角度来说，压敏电压应该选择最低的电压。但是由于电网电压存在波动，并且它的保护效果越好，就说明它对相同能量强度的浪涌来说，吸收的能量也更多，对自身的负担也更重，这二个因素的共同叠加，使它的失效率也会显著增加。因此，从自身可靠性的角度出发，又应该选择压敏电压最高的型号。在实际选型中，总是在这中间选出一种电压型号，最终达到大批量使用时，电子装置

18、整体的失效率都处于最低（即压敏电阻的失效率，被保护元器件的失效率都处于相对低的水平）。,五、压敏电阻器的选型,在国内电网中，针对220V交流电源，压敏电压选择560V和620V的较多，针对380V交流电源，压敏电压选择820V的较多。 在有的重要应用场合，即要要求对浪涌的保护水平好，又要要求压敏电阻可靠性高，失效率低，就只有采用两级保护的方案，典型电路如图：,五、压敏电阻器的选型,图1： 图2：,五、压敏电阻器的选型,图1电路中的LC回路将对压敏电阻RZ1箝位后的浪涌电压进一步滤波后对后级进行更好的保护，由于大部份浪涌能量已经被RZ1吸收，所以，滤波效果还是比较理想。 图2电路中用一只低压敏电压的压敏电阻代替电容器进一步的箝位，也可以取得很好的保护效果，此时，去藕电感是必不可少的，如果将它短接，浪涌就会直接先将RZ2导通，大部份能量都会加在RZ2上，使它成为容易损坏的元件。,五、压敏电阻器的选型,2、关于压敏电阻直径的选择： 我们已经知道，压敏瓷片直径越大，通流量越大，能量耐量就越高,失效率也就越低。但是，直径与价格成正