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电涌保护器(SPD)中ZnO压敏电阻器的组合性能

发布时间:2015-08-26 18:41   类型:专业论文   人浏览

1  引言
    电涌保护器(SPD)中ZnO压敏电阻多片并联要比仅采用单片压敏电阻可靠,还可以增大SPD的通流容量。综述文献[1]的研究成果,对并联实验结果作了分析,利用压敏电压U1mA这一参数进行选片,提出了更有效的选片方法。
    在低压电气系统中安装两个或两个以上SPD,综述介绍了SPD之间的能量配合。对于全部电涌电流而言,任何一个SPD所承受的能量低于或等于该SPD所能承受的能量,则达到了能量配合。

2  ZnO 压敏电阻并联性能
    ZnO压敏电阻的通流容量与其自身尺寸有着直接联系,但由于其制作工艺复杂,内部结构的均匀性差,很难制作出尺寸较大的ZnO压敏电阻片(简称MOV),故单片的通流容量均较小。电源系统过电压保护的B级和C级浪涌保护器(SPD),其通流容量一般应在10kA~100 kA的范围内(冲击电流波形为8/20 µS ),要达到这样的要求,通常采用两片MOV并联的方法。
    并联使用时必须选用电气性能基本相同的MOV,目前,主要采用限制电压和动态电阻2个参数进行选片,但这两个参数都不易测量,而且动态电阻值随冲击电流的变化有一定的改变,故研究一个衡量MOV并联特性的电气参数尤为重要。文献[1]利用压敏电压 U1mA这一参数进行选片,并进行了并联冲击试验,测量出了各支路的通流值和残压值,综合提出了更有效的选片方法[1-4]。
(1)ZnO压敏电阻的性质
    ZnO压敏电阻(MOV)是电压限制型元件。当无电涌时,MOV处于小电流密度区,它的电阻可达到几100MΩ以上,近似于绝缘体;当有电涌时,MOV处于饱和区,电阻区急剧下降,可减小到Ω、甚至mΩ级,具有泄放大电流、箝位高电压的作用。因此,ZnO压敏电阻被广泛地用于电涌保护器(SPD)中。
(2)多个MOV并联
    从保护的可靠性角度分析,采用多个压敏电阻并联要比仅采用单个压敏电阻可靠得多。因为如果采用单个压敏电阻进行保护,一旦该压敏电阻受到损坏,则被保护的设备将失去保护;而当采用多个压敏电阻并联保护后,如果其中一个被损坏,其他完好的仍可负担起保护任务。同时,多片并联还可以增大SPD的通流容量。
(3)并联使用出现分流不均现象
    MOV优异的伏安特性来源于晶界处形成的双肖特基垫垒,而势垒起源于晶界处缺陷的非均匀分布。单独的ZnO瓷体,晶界势垒高度很低,只有掺杂Bi2O3、MnO2及其他过渡金属氧化物后才能形成高势垒。但由于在掺杂微量元素过程中,很难保证各个MOV的均一性相同,所以,导致并联使用时会出现分流不均的现象。

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