1 .引言
火災事故的發生又多與壓敏電阻失效后未能及時脫離電路,造成系統電源不同程度的短路有關,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 具有獨特的晶界結構,在一定電場下,晶界導電由熱電子發射傳導瞬間轉變為電子隧道傳導,其電阻值隨著電壓的增大而急劇減小,具有優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,無續流且成本較低等優點,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 較容易出現老化現象。
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象,且出現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,電源繼續推動一個較大的電流灌入短路點,形成高熱而起火。研究結果表明, 若壓敏電阻存在著制造缺陷,易發生早期失效, 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;
b、暫態過電壓破壞,這是指較強的暫態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發生。
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):
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圖1:MOV14D471 在600V*320mA 電流試驗后圖
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圖2:MOV14D471 在600V*500mA 電流試驗后圖
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圖3:MOV14D471 在600V*1A 電流試驗后圖片
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圖4:MOV14D471 在600V*2A 電流試驗后圖片
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圖5:MOV14D471 在600V*5A 電流試驗后圖片
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圖6:MOV14D471 在600V*10A 電流試驗后圖片
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圖7:MOV14D471 在600V*15A 電流試驗后圖片
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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。