MOV（压敏电阻）选型和计算.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑MOV（压敏电阻）选型和计算 压敏电阻器根基学识培训手册 孙丹峰 编著 压敏电阻器根基学识培训手册 （第一版） 孙丹峰 编著 苏州中普电子有限公司 二〇〇五年三月 1 压敏电阻器根基学识培训手册 孙丹峰 编著 第一章 通用型氧化锌压敏电阻器 1.1 什么是“压敏电阻器” “压敏电阻器”是中国大陆通用的名词，在中国台湾地区，它被称为“突波吸收器”；在日本，它被称为“變阻器”；国际电工委员会（IEC）在其标准中称之为“voltage dependent resistor”（简称VDR）；而在业界和学术界最广泛使用的名词那么是“varistor”（即由variable和resistor两个英文单词组成的组合词）从字面上理解，这些名词的含义为“电阻值随着外加电压敏感变化的电阻器” 那么压敏电阻器的电阻值是如何随着外加电压变化敏感的呢？图1-1-1和表1-1-1可以给我们一个对比直观的说明从中我们可以看到，型号为20D201K的压敏电阻器随着外加电压从180V上升到420V，其电阻值从18 MΩ下降为0.42Ω，在这个过程里，电压仅上升了2.33倍，而电阻值下降了4280多万倍。

由此可见压敏电阻器的电阻值对外加电压的变化是分外“敏感”的 1.0E+081.0E+071.0E+061.0E+051.0E+041.0E+031.0E+021.0E+011.0E+001.0E-01100150202250300350400450电阻值(Ω)外加电压(V)图1-1-1 20D201K压敏电阻电阻值与外加电压的关系 表1-1-1 20D201K压敏电阻器的电阻值随外加电压的变化 U（V） 180 192 1.92×106 200 200×103 250 250 310 31 356 3.56 420 0.42 R（Ω） 1.8×107 压敏电阻确实切定义可从材料、特性和用途三个方面综合得出从材料组成上看，压敏电阻是由电子级粉体材料－氧化锌、氧化铋、氧化锑、氧化钛、氧化钴、氧化锰、氧化镍、氧化铬等多种氧化物合成的，其中，氧化锌的含量最高（约90％），是主基料；其他各种过渡金属氧化物的含量相差很大，较多的占百分之几，较小的仅有十万分之几，被称为添加剂；压敏电阻就是由主基料和添加剂按照配方一一称好后，经球磨、喷雾造粒、干压成型、排胶、烧结、外观金属化、插片、包封、打标等一系列标准的精细电子陶瓷和通用元件工艺制造而成的。

从特性或功能上看，压敏电阻器是一种电阻值随着外加电压敏感变化的电阻器，因此它的主要用途是：奇怪过电压的感知、抑制和浪涌能量的吸收 综上所述，我们可以给压敏电阻下这样一个定义： 压敏电阻是由在电子级ZnO粉末基料中掺入少量的电子级Bi2O3、Co2O3、MnO2 、Sb2O3、TiO2、Cr2O3、Ni2O3 等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能展现的各种瞬态 2 压敏电阻器根基学识培训手册 孙丹峰 编著 过电压、吸收浪涌能量 从以上定义我们可以看出：压敏电阻器既是一种过电压的传感器（sensor），同时又是过电压的抑制器；因此我们对压敏电阻器的要求不仅包括它作为传感器的各种技术指标，而且也包括它作为动作元件的特性、寿命和安好要求 由于压敏电阻器具有电阻值随着外加电压敏感变化的特性，所以它属于半导体陶瓷元件大家族中一员，其他的半导体陶瓷元件主要有，对温度敏感的PTC、NTC以及各种气敏、湿敏、光敏、磁敏等元件 在压敏电阻的进展史上，除了氧化锌压敏电阻以外，还曾展现过齐纳二极管、SiC、硒堆、氧化锡等压敏电阻，由于齐纳二极管性价对比低、SiC、硒堆、氧化锡等压敏电阻的特性不能得志应用的需要，现在都已经被氧化锌压敏电阻取代；现在，我们一提到压敏电阻，几乎全部指的是氧化锌压敏电阻。

氧化锌压敏电阻起源于日本1967年7月，日本松下电器公司无线电测验室（Wireless Research Laboratory, Matsushita Electric Industry Co., Ltd）的松冈道雄在研究金属电极—氧化锌陶瓷界面时，无意中察觉ZnO+Bi2O3复合陶瓷具有压敏特性进一步的测验又察觉，假设在以上二元系陶瓷中再参与微量的氧化锰、氧化钴、氧化铬、氧化锑等多种氧化物，这种复合陶瓷的非线性系数可以达成50左右，其外特性类似两支反并联在一起的齐纳二极管，通流才能不亚于SiC材料，临界击穿电压可以通过变更元件的尺寸便当地加以调理，而且这种性能优异的压敏元件通过简朴的陶瓷工艺就能制造出来，因而性能—价格比极高 1972年美国通用电气公司（GE）添置了松下有关氧化锌压敏材料的大片面专利和技术诀窍自从美国掌管了氧化锌压敏材料的制造技术以后，有关这种材料的根基研究工作得以大规模地举行自1980年头起，对氧化锌压敏材料的研究逐步走出了企业在根基研究的指导和推动下，压敏电阻的性能得到不断的提升，应用领域不断扩大；产品的形状已从“阀片式”、“圆片引线式”进展到了“外观贴装式”和“阵列式”，使用电压等级已扩展到从5伏到50万伏的全系列，目前已经到了“有电必有压敏电阻”的程度。

1.2 压敏电阻器的伏安特性和电性能参数 与其他元件相比，压敏电阻器的电性能参数较多，若要很好地理解这些参数的意义，就要首先了解压敏电阻器的外加电压与流过压敏电阻器本体电流之间的关系，这个关系被称为伏安特性（V/I特性） 压敏电阻的典型伏安特性如图 拐点 1-2-1所示由该图看出，V/I曲线可 明显地分为三个区域：预击穿区(J=0~10-5A/cm2)、击穿区（J= 10-5~10A/cm2）、上升区（J >10A/cm2） 预击穿区的V/I特性呈现lgJ∝E1/2的关系，如图1-2-2所示 电流密度 J ( A/cm2 ) 击穿区的特性呈观lgJ∝lgE的关 图1-2-1 压敏电阻的伏安特性（24℃） 系，且可表示为： (V1/2) 外加电压 E ( V/mm) J??EK?? 或 I??UK? ?（1.2.1） 式中，K为常数、α表示击穿区的非线性系数 图1-2-2 预击穿区的伏安特性 3 压敏电阻器根基学识培训手册 孙丹峰 编著 上升区的特性呈现J∝E的欧姆关系。

压敏电阻的伏安特性随温度的变化如图1-2-3所示由该图可见预击穿区的V/I特性随温度变化很大，即在外加电压一致的处境下，流过压敏电阻的电流会随着环境温度的提高而大幅度增加；击穿区的V/I特性几乎不受温度的影响 虽然每只压敏电阻都有它特定的V/I特性曲线，但是同规格压敏电阻的V/I特性曲线又是对比近似的，我们在产品说明书中只要给出每个规格产品的最典型V/I特性曲线，一般就可以得志用户的需要 从压敏电阻的典型伏安特性曲线（图1-2-1）我们可以很直观地理解压敏电阻的功能和大多数电性能参数的实际意义，及其它们的在应用中作用下面，我们细致介绍压敏电阻的电性能参数 图1-2-3 不同温度下的伏安特性 1.2.1 压敏电压UN（varistor voltage）和直流参考电流I0 从压敏电阻的典型伏安特性曲线（图1-2-1）我们可以明显地看出：压敏电阻在其V/I特性曲线的预击穿区内有一个拐点，这个拐点对应着一个特定的拐点电压和一个特定的拐点电流；当外加电压高于这个拐点电压，压敏电阻就进入“导通”状态（电阻值变小）；当外加电压低于这个拐点电压，压敏电阻就进入了“截止”状态（电阻值变大）。

压敏电阻的最重要的特性就是电阻值随外加电压敏感变化，V/I特性曲线中的拐点电压最能回响压敏电阻的这一重要特性，因此我们可以将拐点电压理解为压敏电阻的压敏电压UN（导通和截止两种状态之间的临界电压） 由于压敏电阻是一种内部不完全平匀的陶瓷元件，即使是同一规格的压敏电阻，每只元件的拐点电流都不尽一致为了标准化的需要，国际电工委员会（IEC）人为规定了两个测量压敏电阻拐点的直流参考电流I0－1mA和0.1mA（1mA用于瓷片直径7mm及其以上的压敏电阻器，0.1mA用于瓷片直径5mm及其以下的压敏电阻器）目前欧美国家已有只规定1mA为唯一的直流参考电流的进展趋势，但日本、中国大陆和中国台湾依旧普遍保持使用两种直流参考电流的方法 由于拐点电流已被人为地规定了下来，因此压敏电压UN一般用更直观的符号－U1mA或U0.1mA－表示，就更加便当，目前几乎全体的压敏电阻生产商都使用U1mA或U0.1mA来表示压敏电压 从上面对压敏电压的定义上看，“压敏电压”一词已完全失去了其原有的拐点的含义这是电子测量学和标准化与压敏电压的真实含义之间相互妥协的结果多年的实践阅历说明：IEC定义的压敏电压与实际拐点电压虽然在数值上不相等，但在大多数处境下也对比相近，IEC定义的压敏电压可视为拐点电压的近似值。

在判定产品的压敏电压是否合格时，我们只能使用IEC的规定的方法，而不能使用测量实际拐点电压的方法（如晶体管图示仪测量法） 通用压敏电阻器的瓷片直径有5mm、7mm、10mm、14mm和20mm五种，根据瓷片的 － 截面积可知：IEC规定的压敏电压所对应的电流密度J在103A/cm2的数量级上，因此处于压敏电阻器V/I特性曲线的击穿区 压敏电压还有不同的称谓，如规定电流下的电压（IEC的标准名词）、breakdown voltage（国际学术界的说法）、击穿电压（中国大陆学术界对breakdown voltage的中译），崩溃电压（台湾学术界对breakdown voltage的中译）、阈值电压（世界物理学界的说法）、直流参 4 压敏电阻器根基学识培训手册 孙丹峰 编著 考电压、导通电压等等 1.2.2 最大连续工作电压MCOV（maximum continuous operating voltage） 由于压敏电阻具有正反向对称的伏安特性，因此它既可以应用于直流电路，也可以用于交流电路，最大连续工作电压MCOV指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压UDC或最大交流电压有效值URMS。

压敏电阻有一个分外特殊的特性：长期的静态功率很小，而瞬间的动态功率很大，如瓷片直径20mm、U1mA为200V的压敏电阻，其长期的静态功率仅有1W，而在操作过电压下的瞬间动态功率却能达成50,000W，在雷击过电压作用下的瞬间动态功率那么高达9,000,000W以上由于压敏电阻的静态功率很小，因此施加在压敏电阻两端的长期工作电压十足要小于其压敏电压UN，否那么压敏电阻将因不堪重负而烧毁 如压敏电阻用于交流电路，确定URMS的原那么是：最大连续交流工作电压的峰值（2URMS）不大于压敏电压UN的容差（±10％）下限值，用公式表达那么为： URMS?UN?90%2?0.64UN （1.2.2） 如压敏电阻用于直流电路，确定UDC的原那么是：压敏电阻在UDC作用下的功耗与其在 URMS作用。