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MOV压敏电阻器的基本特性

Main topics:
1. Varistor characteristic and parameters;
(压敏电阻器的基本特性及参数)
2. Microstructure and conduction mechanism
(压敏电阻的显微结构和传导机理)
3. Production flow and process control
(生产工艺流程及工艺控制)
4. Product class and type
(产品种类及型号含义)

1. 压敏电阻器的基本特性及参数
压敏电阻器是一类对电压敏感的敏感元件，是电压超过某一值后其电阻值随所加电压显著变化的电阻器。因此也有人称之为变阻器(Varistor = variable resistor)或非线性电阻器。
压敏电阻器的基本特性──V/I 特性

压敏电阻器的基本参数
Uv──压敏电压：
流过压敏电阻器的电流为1mA时，加在它两端的电压降称为压敏电压。
Is──漏电流：
压敏电阻器在进入击穿区之前正常工作时所流过的电流，称为漏电流。测量时，我们是给压敏电阻器施加一定值的直流电压（大小约等于最大交流工作电压），测量流过压敏电阻器的电流。
Us──漏电流电压：
流过压敏电阻器的电流为Is时，加在它两端的电压降称为漏电流电压。
Is一般为3mA，对于低压产品（最大交流工作电压<50V）Is为9mA。
Uk──钳制电压（保护水平）：
流过压敏电阻器的电流为Ik时，加在它两端的电压降称为钳制电压，钳制电压也称为压敏电阻器的保护水平。
Ik：与压敏电阻器的电极面积及电压等级有关，对于S-VAR，Ik为1~100A。
型号
瓷片直径
[mm]
最大交流工作电压
[V]
最大保护水平
Ik [A]
Uk [V]
S05K11~K40
5
11~40
1.0
36~135
S07K11~K40
7
11~40
2.5
36~135
S10K11~K40
10
11~40
5.0
36~135
S14K11~K40
14
11~40
10.0
36~135
S20K11~K40
20
11~40
20.0
36~135
S05K50~K460
5
50~460
5.0
135~1240
S07K50~K460
7
50~460
10.0
135~1240
S10K50~K680
10
50~680
25.0
135~1815
S14K50~K680
14
50~680
50.0
135~1815
S20K50~K680
20
50~680
100.0
135~1815
S14K1000
14
1000

50.0
2970
S20K1000
20
1000
100.0
2970

压敏电阻的允许偏差
允许偏差： J：±5%
K：±10%
L：±15%
M：±20%
S：特殊偏差
最大交流工作电压-URMS
 在最高工作温度下连续施加1000小时的交流电压，然后在室温和正常湿度下存放1-2小时，压敏电阻器的压敏电压的变化绝对值小于10%所能施加的最大电压，称为最大交流工作电压。
最大直流工作电压-UDC
在最高工作温度下连续施加1000小时的直流电压，然后在室温和正常湿度下存放1-2小时，压敏电阻器的压敏电压的变化绝对值小于10%所能施加的最大电压，称为最大直流工作电压。
通流容量/耐浪涌电流能力-Imax
压敏电阻器经大脉冲电流冲击后，其U/I特性会产生蜕变。蜕变的结果会使漏电流增大，Uv下降，这对许多应用来说是不允许的，因此，必须对经高浪涌电流冲击后，U1mA的下降有所限制。把满足U1mA下降要求的压敏电阻器所承受的最大冲击电流，称为压敏电阻器的通流容量，也称为通流能力或通流量，它是表征压敏电阻器耐受高浪涌电流冲击的能力的一个参量。
通流容量与脉冲幅度，脉冲持续时间及所承受的脉冲次数有关，如下图所示

最大浪涌电流Imax是用8/20ms的脉冲冲击后压敏电压变化的绝对值小于10%且样品无机械破损所能通过的最大电流。
最大能量吸收能力-Wmax
 施加能量为某一定值的规定波形（持续时间相对较长）的冲击电流，冲击后压敏电压变化的绝对值小于10%且样品无机械破损所能通过的最大能量称为压敏电阻器的最大能量吸收能力。
最大能量吸收能力wmax是用2ms的波形冲击后压敏电压变化的绝对值小于10%且样品无机械破损所能吸收的最大能量。
2.   压敏电阻的显微结构和传导机理
ZnO 压敏电阻是由ZnO与金属氧化物添加剂经过充分混合、研磨、成型后，经高温烧结而形成的一种多晶氧化物半导体陶瓷元件。
  从微观结构上看，这种多晶半导体陶瓷主要由晶粒和晶界两部分组成。
  晶粒：主要成分¾ZnO；电阻率较低：0.1~10W.cm。
  晶界：添加剂的富集区；电阻率很高：>106W.cm。
每个晶粒交界处(晶界)可以看成是一个微压敏电阻，其保护水平约为3.5V，压敏电阻器的电学性能可以看成是由这样无数个微压敏电阻相互串并联而成。因此，压敏电阻器的电学性能与几何尺寸有密切的联系，对于相同的材料体系，其电学参数与几何尺寸有如下关系：
l 陶瓷体的厚度增加一倍，其保护水平将随之增加一倍；
l 电极面积增大一倍，其通流容量将增大一倍；
l 陶瓷体的体积增大一倍，其能量吸收能力也将近增大一倍。
ZnO压敏电阻器的材料与最大交流工作电压：
N20 ：11~20V
N40 ：25~40V
H100：50~75V
H200：95~1100V
E200：E-VAR
3.   生产流程及工艺控制 (S-VAR, Front-end)

4.   产品种类及型号含义
A．    产品种类
S-VAR ：Disk varistor (leaded, coated)
圆片形压敏电阻（有引线，有包封；f3~20） 355

N-VAR ：Uncoated disk varistor (leaded, no coating)
圆片形压敏电阻（有引线，无包封） 1
A-VAR ：Disk varistor (leaded, Uncoated between leads)
圆片形压敏电阻有引线，部分包封） 3
Q-VAR： Q-varistor (leaded disk varistor with square body)
方片型压敏电阻（有引线，有包封, Q14/Q20）   22
D-VAR ：Metallized disk (without leads and without coating)
片式压敏电阻（已金属化，无引线，无包封；f5~32, D40）   54
B-VAR ：Block varistor (plastic case, resin potted)
模块式压敏电阻（塑胶外壳，树脂罐装; f25~80,B40） 78

L-VAR ：Strap varistor (strap type termination, solder termination)
接片式压敏电阻（端点焊接型；L40） 2
LS-VAR：Strap varistor (screw terminal)
接片式压敏电阻（端点螺旋型，LS50） 7

E-VAR：Arrester block (glass coated, without glass coating)
能量型压敏电阻¾避雷器

压敏电阻的使用原则是在其接入被保护设备后，不能影响设备的正常运行，又能有效地对设备实施瞬时过压保护。为此，除了压敏电阻的技术参数外，在实际选择时还要考虑以下几个问题：
⑴ 压敏电压选择
考虑到压敏电阻实际的压敏电压与标称电压之间的偏差（应考虑为标称电压的1.1～1.2倍）、交流电路中电源电压可能的波动范围（应考虑为额定电压的1.4～1.5倍）、交流电压峰值和有效值之间的关系（应考虑1.4倍），所以，应选用压敏电压为额定电压2.2～2.5倍的压敏电阻。在直流电路中，常选用压敏电压为直流电压额定值1.8～2倍的压敏电阻。
⑵ 通流容量选择
原则上应按可能遭受的最大暂态浪涌电流来选择，但要做到这一点是困难的。实用中无非是按照使用场合，或是按照产品试验标准上规定的试验等级来选择压敏电阻。
按前者，1kA（8/20μs电流波）的压敏电阻可用在可控硅整流器的保护上；3kA的用在电器设备的浪涌吸收上；5kA的用在对雷击及电子设备的过电压吸收上；10kA的用在对雷击的保护上。按后者，常用综合波（发生器开路输出时产生1.2/50μs的电压波；短路输出时产生8/20μs的电流波；发生器的内阻为2Ω）来在线考核设备对抗雷击浪涌干扰的能力。在4kV试验时，保护器吸收的最大电流可达2kA；对6kV的试验，吸收电流的最大值为3kA。但在实际选择时，还应当适当加大所选压敏电阻的通流容量。因为通流能力大的压敏电阻，在吸收同样大小的浪涌电流时，应当有相对较小的残余压降；同时，对选用的压敏电阻来说，也有较大的保护裕度。
⑶ 固有寄生电容
压敏电阻有一个固有电容问题，根据外形尺寸和标称电压的不同，其值在数百至数千pF之间。压敏电阻的固有电容决定了它不适合在高频场合下使用，否则会影响系统的正常运行；适合在工频系统里使用，如用作电源进线的保护、可控硅整流器的保护等。

压敏电阻的瞬时功率比较大，但平均持续功率却很小，故不能长时间工作于导通状态
压敏电阻器

压敏电阻器VSR

MOV       金属氧化压敏电阻(metal-oxide varistor )
Varistor     压敏电阻   简称VSR

压敏电阻器简称VSR，是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体元件。它在电路中用文字符号“RV”或“R”表示，图1-21是其电路图形符号。

（一）压敏电阻器的种类
压敏电阻器可以按结构、制造过程、使用材料和伏安特性分类。
1．按结构分类 压敏电阻器按其结构可分为结型压敏电阻器、体型压敏电阻器、单颗粒层压敏电阻器和薄膜压敏电阻器等。
结型压敏电阻器是因为电阻体与金属电极之间的特殊接触，才具有了非线性特性，而体型压敏电阻器的非线性是由电阻体本身的半导体性质决定的。
2．按使用材料分类 压敏电阻器按其使用材料的不同可分为氧化锌压敏电阻器、碳化硅压敏电阻器、金属氧化物压敏电阻器、锗（硅）压敏电阻器、钛酸钡压敏电阻器等多种。
3．按其伏安特性分类 压敏电阻器按其伏安特性可分为对称型压敏电阻器（无极性）和非对称型压敏电阻器（有极性）。

（二）压敏电阻器的结构特性与作用
1．压敏电阻器的结构特性 压敏电阻器与普通电阻器不同，它是根据半导体材料的非线性特性制成的。
图1-22是压敏电阻器忍气吞声外形，其内部结构如图1-23所示。

普通电阻器遵守欧姆定律，而压敏电阻器的电压与电流则呈特殊的非线性关系。当压敏电阻器两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器的电阻值接近无穷大，内部几乎无电流流过。当压敏电阻器两端电压略高于标称额定电压时，压敏电阻器将迅速击穿导通，并由高阻状态变为低阻状态，工作电流也急剧增大。当其两端电压低于标称额定电压时，压敏电阻器又能恢复为高阻状态。当压敏电阻器两端电压超过其最限制电压时，压敏电阻器将完全击穿损坏，无法再自行恢复。

2．压敏电阻器的作用与应用 压敏电阻器广泛地应用在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。
图1-24是压敏电阻器的典型应用电路。

（三）压敏电阻器的主要参数
压敏电阻器的主要参数有标称电压、电压比、最大控制电压、残压比、通流容量、漏电流、电压温度系数、电流温度系数、电压非线性系数、绝缘电阻、静态电容等。
1．标称电压 标称电压是指通过1mA直流电流时，压敏电阻器两端的电压值。
2．电压比 电压比是指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA时产生的电压值之比。
3．最大限制电压 最大限制电压是指压敏电阻器两端所能承受的最高电压值。
4．残压比 流过压敏电阻器的电流为某一值时，在它两端所产生的电压称为这一电流值为残压。残压比则的残压与标称电压之比。
5．通流容量 通流容量也称通流量，是指在规定的条件（以规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流）下，允许通过压敏电阻器上的最大脉冲（峰值）电流值。
6．漏电流 漏电流与称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器的电流。
7．电压温度系数 电压温度系数是指在规定的温度范围（温度为20~70℃）内，压敏电阻器标称电压的变化率，即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时，温度改变1℃时压敏电阻两端的相对变化。
8．电流温度系数 电流温度系数是指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时，温度改变1℃时，流过压敏电阻器电流的相对变化。
9．电压非线性系数 电压非线性系数是指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
10．绝缘电阻 绝缘电阻是指压敏电阻器的引出线（引脚）与电阻体绝缘表面之间的电阻值。
11．静态电容 静态电容是指压敏电阻器本身固有的电容容量。