不宜單獨用電流保險絲來應對壓敏電阻的失效

1 .引言

隨著科技的不斷發(fā)展，物質(zhì)生活的不斷豐富，各式各樣的家用電器已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚慕M成部分。我們在享受各種功能繁多的家用電器給生活帶來方便的同時，也存在著家用電器巨大的安全隱患，我們經(jīng)?？梢栽诿襟w上看到關(guān)于各種家用電器的安全問題引發(fā)的事故，主要有：火災事故、爆炸事故及廢舊電池等對環(huán)境造成污染事故等。引起火災事故的發(fā)生又多與壓敏電阻失效后未能及時脫離電路，造成系統(tǒng)電源不同程度的短路有關(guān)，本文主要淺述單獨采用過電流保護方式應對壓敏電阻失效的弊端，并提出了壓敏電阻失效的最佳保護方式為過溫保護。

2 .壓敏電阻的工作原理及失效機理

氧化鋅壓敏電阻器MOV 是一種以氧化鋅為主體、添加多種金屬氧化物，典型的電子陶瓷工藝制成的多晶半導體陶瓷元件。MOV 具有獨特的晶界結(jié)構(gòu)，在一定電場下，晶界導電由熱電子發(fā)射傳導瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮铀淼纻鲗В潆娮柚惦S著電壓的增大而急劇減小，具有優(yōu)異的非線性伏安特性，那么，當家用電器所接的電源中存在過電壓時，MOV 晶界電子隧道效應抑制過電壓峰值增長，吸收部分過電壓能量，從而起到防護作用，MOV 具有高通流容量，低殘壓，無續(xù)流且成本較低等優(yōu)點，已被首選使用在家用電器的電源入口作為過電壓保護元件。

MOV 具有很高的瞬時(納秒級或微妙級)過電壓抑制能力，但在暫時(毫秒級或秒級)過電壓、過電流或頻繁的浪涌電流沖擊下，MOV 較容易出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

MOV 的失效主要有兩種模式，一種為開路模式，該模式主要發(fā)生在MOV 流過遠遠超出自身能夠承受的浪涌電流時，表征為MOV 本體炸裂，但這種模式不會引起燃燒現(xiàn)象，且出現(xiàn)在家用電器中概率是很低的;另一種為短路模式，大體上可分為老化失效和暫態(tài)過電壓破壞兩種類型：

a、老化失效，這是指電阻體的低阻線性化逐步加劇，漏電流惡性增加且集中流入薄弱點，薄弱點材料融化，形成1kΩ 左右的短路孔后，電源繼續(xù)推動一個較大的電流灌入短路點，形成高熱而起火。研究結(jié)果表明， 若壓敏電阻存在著制造缺陷，易發(fā)生早期失效， 強度不大的電沖擊的多次作用，也會加速老化過程，使老化失效提早出現(xiàn);

b、暫態(tài)過電壓破壞，這是指較強的暫態(tài)過電壓使電阻體穿孔，導致更大的電流而高熱起火，整個過程在較短時間內(nèi)發(fā)生。

短路失效是引起壓敏電阻起火燃燒的主要原因，從而導致家用電器發(fā)生火災事故，以下是MOV在不同過電流試驗后失效圖片(參照UL1449 3rd 39.4 條款測試)：

圖1:MOV14D471 在600V*320mA 電流試驗后圖

圖2:MOV14D471 在600V*500mA 電流試驗后圖

圖3:MOV14D471 在600V*1A 電流試驗后圖片

圖4:MOV14D471 在600V*2A 電流試驗后圖片

圖5:MOV14D471 在600V*5A 電流試驗后圖片

圖6:MOV14D471 在600V*10A 電流試驗后圖片

圖7:MOV14D471 在600V*15A 電流試驗后圖片

圖8:MOV14D471 在600V*20A 電流試驗后圖片

說明：圖4、圖6 為人為切斷電路后的照片;圖1~3、圖5、圖7~8 為未人為切斷電路前的照片。

3 單獨采用過流保護方式應對壓敏電阻失效的現(xiàn)狀分析

3.1 壓敏電阻MOV 與電流保險絲FUSE 的浪涌電流承受能力對比，見表1