1 MOV 工作原理
MOV(Metal Oxide Varistors),即金屬氧化物壓敏電阻。目前市場上應用于低壓電器浪涌保護的壓敏電阻多為氧化鋅為主體材料的壓敏電阻,它是以氧化鋅為主體,摻雜多種金屬氧化物,采用典型的電子陶瓷工藝制成的多晶半導體陶瓷元器件。壓敏電阻具有對稱的伏安特性曲線(如圖1),流過MOV 的電流隨MOV 兩端電壓的增大呈指數規律增大。如圖2,應用時,MOV 一般并聯在電路中,當電路正常工作時,它處于高阻狀態,不影響電路正常工作。當電路出現異常瞬時過電壓并達到其導通電壓(壓敏電壓)時,MOV 迅速由高阻狀態變為低阻狀態,泄放由異常瞬時過電壓導致的瞬時過電流,同時把異常瞬態過壓鉗制在一個安全水平之內,從而保護后級電路免遭異常瞬時過電壓的損壞。MOV 具有較高的瞬時脈沖吸收能力,電容量較大,一般應用于AC 交流輸入端防雷保護。由于壓敏電阻的電涌吸收能力取決于它的物理尺寸,可通過制造不同大小的MOV 而獲得不同的瞬態浪涌電流值。
圖1 MOV 伏安特性曲線
2 MOV 特點
具有較強的浪涌吸收能力, MOV 在8/20μs 波形的通流范圍為幾百安培至幾十千安培,我司直徑為53mm 的MOV 單體在8/20μs 波形的單次通流量可達70kA;壓敏電壓范圍為18V~1800V,電壓精度通常為±10%,滿足低壓到高壓的應用需求;MOV 具有雙向對稱的擊穿電壓特性,常用于交變電源線或信號線的保護;MOV 尺寸多樣化,我司可提供直徑尺寸為5mm~53mm 的MOV;MOV 是一種老化型元器件,用于大功率電源端口保護時常與陶瓷氣體放電管(GDT)或玻璃氣體放電管(SPG)串聯使用,以減緩MOV 的老化,延長MOV 使用壽命。
3 MOV 典型應用電路
如圖 2 所示,為了充分提高MOV 的可靠性, MOV 一般會配合陶瓷氣體放電管(GDT)或玻璃氣體放電管(SPG)一起使用,以減緩MOV 的老化。GDT 和SPG 具有較高的脈沖擊穿電壓和絕緣阻抗(100MΩ以上),在正常使用條件下,GDT或SPG 與MOV 串聯再并聯在被保護線路,這樣MOV 不會因為電網的波動或各種操作過電壓誤動作以引起MOV 的老化。
圖2 MOV 應用連接圖
由于壓敏電阻的失效模式大多呈短路失效模式,因而存在燃燒的風險。在一些高可靠性保護場合,不允許有明火的發生,為解決壓敏電阻失效時易短路燃燒的問題,我們有專門帶溫度保險絲的壓敏電阻TMOV。TMOV 是將溫度保險絲與MOV 銀片焊接在一起,外面由環氧樹脂包封而成,在MOV 短路燃燒起火之前,溫度保險絲會先斷開,從而使MOV 的失效模式呈現開路失效。TMOV 的電路連接示意圖如圖3 所示,有雙引線及三引線,可應用于不同的電路設計中,如設定LED 指示電路等隨時監控TMOV 的狀態。
圖3 TMOV 應用連接圖 兩腳器件
圖3 TMOV 應用連接圖 三腳器件
4 MOV 參數說明
表 1 為國巨(君耀)561KD14(561KD14J)的規格參數,下面分別針對各參數做簡單介紹
表1 561KD14(561KD14J)參數表
4.1. V1mA,IR
V1mA ,壓敏電壓,即壓敏電阻通過1mA 電流時,壓敏電阻兩端的電壓。
IR,電流,壓敏電阻的漏電流一般是在83%的壓敏電壓下測得流過壓敏電阻的電流,漏電流測試可參考圖4。
圖4 為壓敏電壓測試電路示意圖,電源應為恒流源,不管負載阻抗大小,電源應保持在一個穩定值。測試結果依據規格書判定。如表1,561KD14 檢測出來壓敏電壓范圍應在504V~616V 之間為合格。為避免壓敏電阻受熱損壞,試驗電流的施加時間應小于400ms,除非另有規定,試驗電流應為1mA。
圖4 V1mA 測試電路圖
元件說明:P—脈沖電流源 V—數字電壓表 A—電流表
4.2. VAC,VDC
VAC,規定溫度下可連續施加在壓敏電阻兩端的交流有效值。
VDC,規定溫度下可連續施加在壓敏電阻兩端的直流電壓。
4.3. IP ,VC,ITM
IP,某一波形沖擊電流的峰值,MOV 一般采用如圖5 所示8/20μs 電流波形進行測量。
VC,鉗位電壓,即在沖擊電流IP 下MOV 兩端的電壓。
ITM,即對應表1 中的Withstanding Surge Current,不引起MOV 失效,可單次施加規定波形脈沖的額定最大值。
圖5 8/20μs 電流波形
VC 是衡量MOV 電壓限制能力的參數,對于同一型號MOV,在相同IP 下的VC 值越小說明MOV 的鉗位特性越好。ITM是衡量MOV 耐浪涌沖擊能力的參數,對同型號的MOV,ITM 越大,耐沖擊電流能力越強。
圖6 為MOV 沖擊電流(IP),鉗位電壓(VC)測量試驗回路示意圖,對壓敏電阻施加一定峰值IP 的8/20μs 電流波,從示波器中讀出壓敏兩端的最大電壓值即為壓敏電阻的VC。測量時應考慮MOV 的散熱問題,兩次測試時間間隔不能太短,以免造成MOV 受損。
ITM 與IP 測試方法一樣,但ITM 為破壞性測試,測試過ITM 的MOV 不建議在電路中使用。
圖6 MOV 鉗位電壓(VC),脈沖電流(IP)試驗回路
元件:
PS—DC充電電源; S1—充電開關;S2—放電開關; R1—充電電阻
C—儲能電容器; L—調波電感;R3—調波電阻;; R2—調波限流電阻;
R4—電流傳感電阻(同軸)或者可采用適當額定值的電流互感器探頭;
DUT—試品(MOV);CRO—用于觀察電流和電壓的示波器。
注:所示回路僅為示意圖,應采用大電流及高頻試驗的測量技術
5 MOV 選型注意事項
5.1. 壓敏電壓V1mA
壓敏電壓選擇時要考慮電源電壓波動、壓敏電阻電壓精度、壓敏電阻的老化系數等因素,如下為壓敏電阻經驗選型公式:V
a:電源波動系數(0.1~0.3)
b:壓敏電壓公差(0.1~0.2)
c:壓敏電阻老化系數,一般取0.1
VP:電源輸入電壓峰值
如對110VAC 輸入保護,MOV 電壓按照上述公式計算如下,壓敏電壓應選取范圍為211V~249V。壓敏電阻電壓選的越低,MOV 越容易誤動作,使用壽命也越短。
a 的取值取決于電網的穩定程度,如電網波動較小可選取的小一些,如偏遠地區或工業應用環境電網波動較大,a 可選取的大一些。
5.2. 峰值脈沖電流 IP,鉗位電壓VC
MOV 是一種老化型的元器件,在實際應用中,需要考慮應用環境及測試標準的沖擊次數及測試方法,多次沖擊需要選取更高通流量的器件,具體可參考MOV 的降額曲線。
MOV 的鉗位電壓應小于后級被保護電路最大可承受的瞬態安全電壓,VC 與MOV 的壓敏電壓及IP 都成正比。對于同一尺寸的MOV,其擊穿電壓越高VC 也越高。
5.3. 漏電流IR
對于一些通信電路及低功耗電路,要特別關注IR,IR 不能影響系統的效率及正常工作。
5.4. 結電容
MOV 的結電容一般在幾百皮法到幾十納法。對于相同電壓的MOV,其尺寸越大電容值也越大。在一些通信線路中,要關注MOV 的結電容,不能影響線路正常工作。
5.5. 封裝形式
我司MOV 均為插件器件,尺寸越大通流量也越大,即MOV 的耐沖擊電流越大,對電路的保護也越可靠。
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