压敏电阻的基本知识-华巨电子
压敏电阻用字母“MY”示意,如加J为家用,后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分袂用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、弥补、消磁、高能或高稳定等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的电涌电能量,但不能经受毫安级以上的继续电流,在用作过压保护时必须思索到这一点。压敏电阻的选用,一般决定标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。 一、所谓压敏电压即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值,大多半环境下用1mA直流电疏通入压敏电阻器时测得的电压值,其产品的压敏电压范畴能够从10-9000V不等。可按照细心需求正确选用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp为电路额定电压的峰值。VAC为额定交流电压的无效值。ZnO压敏电阻的电压值决定是相当重要的,它相干到保护结果与应用寿命。如一台用电器的额定电源电压为220V,则压敏电阻电压值V1mA=1.5Vp=1.5××220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V,是以压敏电阻的击穿电压可选在470-480V之间。 二、所谓通流容量即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃环境下,对付规定的袭击电流波形和规定的袭击电流次数而言,压敏电压的变化不超过± 10%时的最大脉冲电流值。为了延伸器件的应用寿命,ZnO压敏电阻所吸收的电涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。但是从保护结果解缆,要求所选用的通流量大一些好。在良多环境下,理论产生的通流量是很难切确打算的,则选用2-20KA的产品。如手头产品的通流量不能惬心应用要求时,可将几只单个的压敏电阻并联应用,并联后的压敏电不乱,其通流量为各单只压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安个性只管类似,不然易诱发分流不均匀而毁坏压敏电阻。 1 氧化锌压敏电阻的发展 1967年7月,日本松下电器公司无线电推行室的松冈道雄在研讨金属电极—氧化锌陶瓷界面时,有时中发现氧化锌(ZnO)加氧化铋(Bi2O3)复合陶瓷具备非线性的伏安个性。进一步推行又发现,若是在以上二元系陶瓷中再加微量的三氧化二锑(Sb2O3)、三氧化二钴(Co2O3)、二氧化锰(MnO2)、三氧化二铬(Cr2O3)等多种氧化物,这类复合陶瓷的非线性系数能够达到50左右,伏安个性相通两只反并联的齐纳二极管,通流手段不亚于碳化硅(SiC)材料,临界击穿电压能够通过篡改元件尺寸方便地加以疗养,并且这类机能优良的压敏元件通过重大的陶瓷工艺就能够制造出来,其机能代价比极高。 1.1 理论研讨 1972年美国通用电气公司(GE)采办了日本松下电器公司无关氧化锌压敏材料的大局部专利和技术决窍。自从美国操作把持了氧化锌压敏陶瓷的制造技术以后,大范围地举办了这类陶瓷材料的基础研讨任务。自80年代起,对氧化锌压敏陶瓷材料的研讨逐渐走进了企业。迄今为止,重要的理论研讨任务都是在美国完成的。重要的研讨课题有: (1) 以诠释微观电性为目的的导电模型的微观布局的研讨(70~80年代); (2) 以材料与产品斥地为目的的配方机理和烧结工艺的研讨(70~80年代); (3) 氧化锌压敏陶瓷材料非线性网络拓扑模型的研讨(80~90年代); (4) 氧化锌压敏陶瓷复合粉体的制备研讨(80~90年代); (5) 纳米材料在氧化锌压敏陶瓷中的运用研讨(90年代)。 1.2 研制斥地 70年代末到80年代,基础理论研讨取患了重大平息。据不彻底统计,截至到1998年,地下揭晓的论文和专利阐明书等累计达700多篇,个中无关基础研讨的约占一半。在基础研讨的鞭策下,80~90年代,压敏陶瓷的材料斥地速度大大加快,现在已获得的问题有: (1) 氧化锌压敏陶瓷的电压梯度已从最初的150V/mm疏散到(20~250)V/mm几十个系列,从集成电路到高压、超高压输电系统都能够应用; (2) 开发出大尺寸元件,直径达120mm,2ms方波,袭击电流达到1200A,能量容量平都可达300J/cm3左右; (3) 汽车用(85~120)℃任务温度下的高能元件; (4) 视在介电常数小于500的高频元件; (5) 压敏—电容双机能电磁兼容(EMC)元件; (6) 毫秒级三角波、能量密度750J/cm3以上的低压高能元件; (7) 老化个性好、电容量大、陡波响应快的无铋(Bi)系氧化锌压敏元件; (8) 化学共积淀法和热喷雾理会法压敏电阻复合粉体制备技术; (9) 压敏电阻的微波烧结技术; (10) 无势垒氧化锌大功率线性电阻。 2 压敏电阻器的运用原理 压敏电阻器是一种具备瞬态电压抑制机能的元件,能够用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。压敏电阻器能够对IC及其它设备的电路举办保护,胁制因静电放电、电涌及其它瞬态电流(如雷击等)而形成对它们的毁坏。使历时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC或设备电路上,当电压瞬间高于某一数值时,压敏电阻器阻值迅速升高,导通大电流,从而保护IC或电器设备;当电压低于压敏电阻器任务电压值时,压敏电阻器阻值极高,近乎开路,于是不会影响器件或电器设备的失常任务。 压敏电阻器的运用遍及,从手持式电子产品到工业设备,其规格与尺寸多种多样。随入手持式电子产品的遍及应用,特别是手机、手提电脑、PDA、数字相机、医疗仪器等,其电路系统的速度要求更高,并且要求任务电压更低,这就对压敏电阻器提出了体积更小、机能更高的要求。是以,表面组装的压敏电阻器元件也就开端大量涌现,而其贩卖年增长率要高于有引线的压敏电阻器一倍多。 估量2002年压敏电阻器的市场增长率为13%,个中,多层片式压敏电阻器市场增长率为20%~30%,径向引线产品增长率为5%~10%。需求重要来自于电源设备,蕴含DC电源设备、不一连电源,以及新的斲丧类电子产品,如数字音频/视频设备、视频游戏,数字相机等。片式压敏电阻器已占美国市场贩卖总额的40%~45%。(0402)尺寸的片式压敏电阻器最受欢迎。0201尺寸的产品尚无上市。AVX公司的0402片式压敏电阻器有5.6V、9V、14V和18V等几种电压范畴的产品,它们的额定功率为50mJ,典范榜样电容值范畴从90pF(18V的产品)~360pF(5.6V的产品)。MaidaDevelopment公司也出产片式系列的压敏电阻器,但现在只推出了非标准尺寸的产品,12十、120六、080五、0603和0402的产品正在试产。 Littelfuse公司在2000年底前推出0201的产品。AVX和Littelfuse公司已推出电压抑制器阵列,如AVX推出的Multiguard系列四联多层陶瓷瞬态电压抑制器阵列(即压敏电阻器阵列)曾经被市场领受。可华侈50%的板上空间,75%的出产装配本钱。Multiguad系列给与1206型规格。个中有一种双联元件给与0805规格,任务电压有5.6V、9V、14V和18V等几种,额定功率为0.1J。AVX公司推出Transfeed多层陶瓷瞬态电压抑制器。该产品综合了公司Transguard系列压敏电阻器和Feedthru系列电容器/滤波器的机能。给与0805规格。该组件具备机能劣势,更快的导通时间(或称响应时间,在200ps~250ps之间)和更小的并行系数。 Littelfuse制造的MLN电涌阵列组件1206规格,内装4只多层压敏电阻器。该产品的ESD达到IEC671000-4-2第四级水平。其重要个性蕴含:感抗(1nH),相邻通道串扰典范榜样值50dB(频率1MHz时),在额定电压任务状态下,泄电流为5A,任务电压高达18V,电容值可由用户指定。这类MLN贴片组件可用于板级ESD保护,运用范畴蕴含手持式产品、电脑产品、工业及医疗仪器等。 EPCOS公司推出了T4N-A230XFV集成电涌抑制器,内含两只压敏电阻器和一种短路装配。该产品用于电信中心局和用户线一侧的通信设备保护。 3 压敏电阻的选用 选用压敏电阻器前,应先了解如下相关技术参数:标称电压(即压敏电压)是指在规定的温度和直流电流下,压敏电阻器两端的电压值。泄电流是指在25℃条件下,当施加最大一连直流电压时,压敏电阻器中流过的电流值。等第电压是指压敏电阻中通过8/20等第电流脉冲时在其两端泛起的电压峰值。通流量是示意施加规定的脉冲电流(8/20μs)波形时的峰值电流。电涌环境参数蕴含最大电涌电流Ipm(或最大电涌电压Vpm和电涌源阻抗Zo)、电涌脉冲宽度Tt、相邻两次电涌的最小时间隔绝Tm以及在压敏电阻器的预定任务寿命期内,电涌脉冲的总次数N等。 3.1 标称电压拔取 一般地说,压敏电阻器经常与被保护器件或装配并联应用,在失常环境下,压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压,即使在电源摆荡环境最坏时,也不应高于额定值当决定的最大一连任务电压,该最大一连任务电压值所对应的标称电压值即为选用值。对付过压保护方面的运用,压敏电压值应大于理论电路的电压值,一般应应用下式举办决定: VmA=av/bc 式中:a为电路电压摆荡系数,一般取1.2;v为电路直流任务电压(交流时为无效值);b为压敏电压偏差,一般取0.85;c为元件的老化系数,一般取0.9; 这样打算获得的VmA理论数值是直流任务电压的1.5倍,在交流状态下还要思索峰值,是以打算问题应扩充1.414倍。其它,选历时还必须属意: (1) 必须担保在电压摆荡最大时,一连任务电压也不会超过最大准许值,不然将压缩压敏电阻的应用寿命; (2) 在电源线与大地间应用压敏电阻时,有时由于接地不良而使线与地之间电压回升,以是通常给与比线与线间应用处合更高标称电压的压敏电阻器。 3.2 通流量的拔取 通常产品给出的通流量是按产品标准给定的波形、袭击次数和间隙时间举办脉冲试验时产品所能经受的最大电流值。而产品所能经受的袭击数是波形、幅值和间隙时间的函数,当电流波形幅值低落50%时袭击次数可添加一倍,以是无理论运用中,压敏电阻所吸收的电涌电流应小于产品的最大通流量。 3.3 应 用 图1所示是给与压敏电压器举办电路电涌和瞬变防护时的电路衔接图。对付压敏电阻的运用衔接,约略可分为四种类型: 第一种类型是电源线之间或电源线和大地之间的衔接,如图1(a)所示。作为压敏电阻器,最具备代表性的应用处合是在电源线及长距离传输的信号线遇到雷击而使导线存在电涌脉冲等环境下对电子产品起保护作用。一般在线间接入压敏电阻器可对线间的认为脉冲无效,而在线与地间接入压敏电阻则对传输线和大地间的认为脉冲无效。若进一步将线间衔接与线地衔接两种模式组合起来,则可对电涌脉冲有更好的吸收作用。 第二种类型为负荷中的衔接,见图1(b)。它重要用于对感性负载溘然开闭诱发的认为脉冲举办吸收,以胁制元件遭到破碎摧毁。一般来说,只需并联在感性负载上便能够了,但按照电流种类和能量大小的不同,能够思索与R-C勾串吸收电路实用。 第三种类型是接点间的衔接,见图1(c)。这类衔接次如果为了胁制认为电荷开关接点被电弧烧坏的环境产生,一般与接点并联接入压敏电阻器即可。 第四种类型重要用于半导体器件的保护衔接,见图1(d)。这类衔接形势重要用于可控硅、大功率三极管等半导体器件,一般给与与保护器件并联的形势,以限定电压低于被保护器件的耐压等第,这对半导体器件是一种无效的保护。 4 氧化锌压敏电阻存在的题目 现有压敏电阻在配方和机能上分为互相不能接替的两大类: 4.1 高压型压敏电阻 高压型压敏电阻,其益处是电压梯度高(100~250V/mm)、大电流个性好(V10kA/V1mA≤1.4)但仅对窄脉宽(2≤ms)的过压和电涌有志向的防护手段,能量密度较小,(50~300)J/cm3。 4.2 高能型压敏电阻 高能型压敏电阻,其益处是能量密度较大(300J/cm3~750J/cm3),经受长脉宽电涌手段强,但电压梯度较低(20V/mm~500V/mm),大电流个性差(V10kA/V1mA>2.0)。 这两种配方的机能区别形成为了良多运用上的“死区”,譬喻:在10kV电压等第的输配电系统中曾经遍及给与了真空开关,由于它行径速度快、拉弧小,会在利用瞬间形成极高过压和电涌能量,若是选用高压型压敏电阻加以保护(如氧化锌避雷器),虽然它电压梯度高、本钱较低,但能量容量小,容易毁坏;若是选用高能型压敏电阻,虽然它能量容量大,寿命较长,但电压梯度低,本钱过高,是前者的5~13倍。 在中小功率变频电源中,过压保护的工具是功率半导体器件,它对压敏电阻的大电流个性和能量容量的要求都很严峻,并且要同时做到元件的小型化。高能型压敏电阻在能量容量上能够惬心要求,但大电流机能不够志向,小直径元件的残压对照高,通常达不到限压要求;高压型压敏电阻的大电流个性较好,易于小型化,但能量容量不够,达不到吸能要求。现在中小功率变频电源在国内外发展无比迅速,国际贩卖量已近100亿元/年,但压敏电阻在这一范畴的运用简直照旧空缺。 处置上述题目的无效要领是进步高压型压敏电阻的能量密度,或进步高能型压敏电阻的电压梯度和非线性系数(低落残压比),即斥地高压高能型压敏电阻。 5 运用纳米材料改性压敏电阻 氧化锌压敏陶瓷属体型压敏材料,电压、电流个性对称,压敏电压和通流手段能够掌握,具备很高的非线性系数,成为当今压敏材估中的一个重要分支。为了处置高压型压敏电阻与高能型压敏电阻运用上的“死区”,提出添加纳米材料举办压敏电阻改性推行研讨,制得高压高能型压敏电阻,将能大幅度进步电压梯度、非线性系数和能量密度。 到现在为止,在亚微米级前驱粉体基础上举办的各类传统改性研讨(粉体制备要领的改革、配方和烧结工艺调剂等),均没法处置高压高能题目,完成高压高能压敏电阻是公认的难题。压敏行业的专家遍及以为:发展多学科交流研讨,利用新技术、新材料对压敏电阻举办改性是处置题目的关键。在各类新技术、新材料的运用方面,纳米材料已获得遍及珍重,也正在组成一种新的发展趋势。现在国内外有相当一批学者正在入手这方面的研讨,初步研讨问题曾经显示出给与纳米材料是完成高压高能的无效路径。 在国外由前南斯拉夫塞尔维亚科学院Milosevic1994年应用高能球磨法,制成均匀粒径100nm如下的复合ZnO压敏电阻粉末,经高温烧结而成的压敏电阻,非线性系数达到45,烧成密度达到理论密度的99%,并且泄电流对照小。
由此可见,纳米材料能够大幅度进步电压梯度、非线性系数(即低落残压比,改革大电流个性)和能量密度,对完成压敏电阻和高压高能具备重要意义。 可是,以后文献报道所波及的研讨要领仅限于全数应用纳米材料,这类要领工艺烦复、本钱高,未便于出产运用。而在给与纳米添加法范畴内(应用大量或微量的纳米粉与亚微米粉相连络的要领),对压敏电阻举办改性研讨,这类要领的益处在于: 纳米添加法具备决定性,可按照不同的运用需求,有目的地举办单组份纳米添加推行,寻求改性结果最好的纳米材料和添加比例,于是质料本钱不会大幅度添加。 制备要领重大,根本上篡改压敏电阻的现有出产要领,研讨问题便于直接运用到出产理论中去。 6 结 论 综上所述,压敏电阻器运用趋势为:有引线的压敏电阻器近两年来仍有肯定幅度的增长,现在为总需求的55%~60%;由于手持式电子产品的遍及应用,片式无引线压敏电阻器市场增长率将一向进步,将逐渐超过有引线的压敏电阻器产量,成为而后的支流产品。在研讨和产品斥地方面,给与纳米添加改性压敏电阻,研讨斥地一种全新观点的氧化锌压敏电阻,完成压敏电阻的高压高能化,将具备很好的市场前景和理论运用价值。 压敏电阻厂家-华巨电子 www.yamindianzu.com
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