压敏基础知识

压敏芯片的基本特性
压敏芯片的基本特性
拐点对应晶界击穿，电流达到mA/cm2量级
常用电性能参数


压敏电压U1mA ：将1mA的直流电流通入样品， 其交流成分不大于1%，在40mS~400mS内读 取的样品两端电压值。 将1mA的直流电流持续流经试品，U1mA 不允许 下降，一定幅度的上升是性能良好的表现，
对于降低工频负载下的荷电率、提高老 化寿命有较明显的益处。
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•漏电流IL：测试电压为（0.75±0.01）U1mA，加上电压后 0.2S~2S内读取样品中的电流，漏电流不应随测试时间的增 加而持续升高，持续降低是良好的表现。它表征了低电场区 晶粒-晶界高阻层的绝缘场强。由三个电场划分可知，在 1μA/cm2 以下是属于低电场安全区，阀片漏流标准可以参照 此确定。UL最新标准：0.88U1mA下小于200。 •电容性漏流Ic和电阻性漏流Ir:Ir的基波相位与 电压u同相，Ic相位超前电压u 90°，全电流基 波相位取决于Ir与Ic分量的大小，可以采用补偿 容性电流的方法直接测量泄漏全电流及阻性电 流的大小。交流系统主要Ic
常用电性能参数
8/20μS脉冲电流波与2mS方波标准波形
100% 90% 50% 10% T1 T2 TD TT 100% 90%
10%
T1 T2
波前时间 半峰值时间
TD TT
峰 值 持 续 时 间( 2mS ) 总持续时间
图1 8 /2 0 μ S 脉冲电流波
图2 2 mS 方波
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由于击穿机理的不同，小电流区 的α系数与大电流区的α系数完 全没有对应关系。通常测量的都 是小电流区的α系数，没ຫໍສະໝຸດ Baidu实用 意义。
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标称放电电流In： MOV能够承受规定次数和规定峰 值的8/20 μS冲击电流。8/20 μS波形如图1规定。 最大放电电流 Imax：MOV的动作负载试验电流，除 非另有规定，电流波形为8/20 μS，Imax大于In。 宽波冲击电流I2mS： 规定波形的等效方波宽度 ≥100 µS的冲击电流。除非另有规定，则为2 mS方波。2 mS方波波形如图2规定。是为了测试最大的能量吸收 能力而采用的较长时间的脉冲电流。
压敏芯片的微观结构

ZnO晶粒本身的电阻率为0.001～0.1Ω•m，而 晶界高阻层的电阻率在108Ω•m以上，所以在施 加的电压较小时，几乎全部由晶界层承担。 低电场区：≤1μA•cm-2 中电场区： 1μA•cm-2～102A•cm-2 高电场区：≥ 102A•cm-2 现在随着配方、工艺的进步，可以在103A•cm-2 数量级上仍保持较好的非线性。4kA•cm-2
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暂时过电压(TOV)耐受能力：在规定温度和试 验条件下MOV耐受规定的暂时过电压（TOV） 而不发生热击穿的能力。TOV以电压比值RTOV = UTOV / Uc，即工频暂时过电压有效值对 MOV最大交流连续电压之比来表示。一定的 试验条件：1A工频电流或1.6Uc下，在规定时 间内压敏芯片不发生热击穿的能力。 最大工频热稳定电压US：MOV能够在45min内 达到热稳定（10min内温升小于2K）所容许施 加的最大工频电压（飞舸提出，IEC已采纳）。



残压 Ur：单只MOV 产品流过8/20 μS冲击电 流时，它两端的电压峰值。 In下的限制电压Un：某批MOV 产品在标称放 电电流In下的最高残压值。 工作电压UDC或UAC：在规定温度下，允许连续 施加在压敏芯片上的最大直流电压UDC或最大 交流电压的有效值UAC 。在规定的工作电压时， 导通电流较小可忽略不计。
图F.4 以8/20µs电流测试压敏电阻器（MOV）限制电压波形
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加速老化寿命：环境温度越高，加在压敏芯片上的荷电率越大， 电阻性漏电流随时间t增大的速度就越快。因此，保证压敏芯片在 规定的环境温度和荷电率下，具有要求的期望寿命。
表.1提供了进行115℃，1000h老化试验所得出的最小期寿命的示例。
http://www.xindianli.com/dianlijishu/201011/13-167814.html
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非线性系数α：其定义是： I= K • Uα或J=K • Eα 常用计算公式：α= 1/lg(U1mA/U0.1mA) 它表征了流过压敏片的电 流在0.1～1mA区间段内 电压的变化。对 34×34mm的防雷阀片而 言，与它对应的特性曲线 区间段为0.01mA •cm2～0.1mA•cm-2。它不 能衡量阀片在大电流区的 表现。
压敏芯片选用中应注意的要点
应用于SPD时应着重考核MOV芯片的哪些性能 参数： 1.TOV过电压耐受能力； 2.加速老化寿命； 3.同等规格芯片的8/20μS通流能力(通流量、 耐受次数、U1mA及IL的变化情况)； 4.同等规格、同等厚度芯片的限制电压水平。 5.对漏电流、α系数等不能表征MOV芯片性能 的小电流参数没有必要苛求。国外如爱普科 斯的MOV泄漏电流IL通常在10～30μA左右、 α系数在15～25左右，并不妨碍它成为业内 的世界名牌。
限制电压测量注意事项


在SPD的限制电压测试中，避免放电电流对测试系统特别是对分压器的干扰，对于 保证测试结果的正确性是非常重要的。判别这种干扰是否严重的一个简单方法， 是用一只合格的MOV代替试品，以要求的放电电流对它放电，用示波器测量MOV两 引线紧挨电阻体部位的限制电压波形，它的峰点应与放电电流的峰点在时间上基 本重合。因为，MOV是电阻性元件，电阻性元件的基本特性是其两端电压波形与流 过它的电流波同相位，即电压波与电流波的峰点时间基本上重合（一般MOV的固有 电容，和2cm长的引线电感，对限制电压的波形不会有明显影响）。如果限制电压 波的峰点明显先于电流的峰点，则说明存在干扰，这种干扰，在多数情况下可通 过调整分压器的空间位置和方向来消除。图F.4对此作了说明。 图F.4.表示了以8/20电流测试MOV限制电压的情况。①是放电电流的波形，②和③ 是正常的限制电压波形，③对应的放电电流比②大，因此限制电压也高，但两者 的峰点位置都与电流波的峰点基本重合。但有时观测到的限制电压波如④，这是 在正常的限制电压波形上叠加了干扰电压⑤的结果。⑤是与放电电流①有磁耦合 的电路中所产生的感应电压（干扰电压），若耦合系数为M，则这个电压为，可见， 干扰电压的特点是在8/20电流的起始时刻最大，因为此刻的di/dt最大，而在8/20 电流的峰点tm时刻，Ui=0。 ③ 说明： ② ① 8/20µ s电流波 ④ ② 8/20µ s电流较小时的限制电压 ① ③ 8/20µ s电流较大时的限制电压 t ④ 叠加有干扰的限制电压 ⑤ 8/20µ s电流波产生的干扰电压分 tm ⑤ 量


图10(a)两个晶粒不结合时，ZnO晶粒是n型半导体，其费米能级EFG高 于非n型的晶界的费米能级EFB。ZnO晶粒中存在一定浓度的自由电子， 晶界层与ZnO晶粒交界的界面上则有大量的表面态。 当两个ZnO晶粒和晶界按实际晶界结构结合时，由于两侧晶粒的 费米能级高，使得ZnO晶粒表面的自由电子流入界面能级，被界面中 的受主表面态俘获，导致能带结构变成图b。流入界面能级被受主表面 态俘获的电子变成带负电的界面电荷，它被在晶界附近正离子化的施 主电荷平衡。而ZnO晶粒表面失去自由电子后将由电中性变成带正电； 晶粒内部的自由电子因热运动输出到表面，然后重复上一过程，直至 EFB=EFG，此过程使宽度为L的晶粒表层的自由电子耗尽，形成一个从 晶粒表面渗入晶粒体内一定深度的电子势垒，这种带正电荷的区域称 为空间电荷层，也称为自由电子耗尽层。它构成了ZnO非线性电阻的 高阻层。由于它的影响，导致能带发生弯曲，形成了图10(b)所示的势 垒结构。
压敏防雷芯片基础知识
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第一部分：基础知识
•基础知识—压敏电阻的微观结构 •基础知识—压敏芯片的基本特性
•基础知识—常用电性能参数
•压敏芯片的微观结构
ZnO压敏电阻的微观形貌
•压敏芯片的微观结构模型
ZnO内部结构模型
压敏效应产生的基本原理
非线性机理模型
压敏效应产生的基本原理