導(dǎo)語：金屬氧化鋅閥片使用分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：雷電防護(hù)過程中，由雷擊電磁脈沖引起的干擾破壞，目前通常使用電涌保護(hù)器來實(shí)現(xiàn)對(duì)微電子設(shè)備的保護(hù)。電涌保護(hù)器采用的金屬氧化鋅閥片主要采取兩種連接方法：一個(gè)是以美、英為主的采取多片金屬氧化鋅并聯(lián)使用，使用的標(biāo)準(zhǔn)為UL1449第二版，另一個(gè)是以法、德為主德采取單片金屬氧化鋅技術(shù)，使用的標(biāo)準(zhǔn)為IEC61643-1-2。金屬氧化鋅閥片并聯(lián)使用的優(yōu)點(diǎn)可以得到較大的通流容量，防止單片金屬氧化鋅閥片擊穿后冒煙和爆炸，但歐洲及國內(nèi)一些專家認(rèn)為多片金屬氧化鋅閥片并聯(lián)使用，由于漏流、壓敏電壓等性能不一致，造成能量分配不均勻，產(chǎn)生閥片熱崩潰。作者帶這這些問題在美國JOSLYN公司實(shí)驗(yàn)室做了試驗(yàn)，得出了一些非常有價(jià)值的測(cè)試數(shù)據(jù)。分析認(rèn)為：金屬氧化鋅閥片只要進(jìn)行一定的篩選、配對(duì)、并采取適當(dāng)?shù)拇胧┦强梢圆⒙?lián)使用的。

關(guān)鍵詞：雷電防護(hù)氧化鋅閥片并聯(lián)使用測(cè)試研究

一、前言

大氣中的雷電現(xiàn)象會(huì)給人類的生存和社會(huì)活動(dòng)帶來危害，對(duì)它的防護(hù)問題一直是人們關(guān)心的問題。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，我們不僅耀注意預(yù)防對(duì)影響建筑物或其他物體的直擊雷災(zāi)害，而且對(duì)雷擊電磁脈沖（LEMP）的防護(hù)更給足夠地重視[1][2][3]，目前國內(nèi)外在實(shí)施雷電防護(hù)過程中對(duì)于LEMP的防護(hù)，通常是采用電涌保護(hù)器（SPD）（SURGEPROTECTIVEDEVICES）限制瞬態(tài)過電壓和引導(dǎo)泄放電涌電流來實(shí)現(xiàn)[4][5][6]，現(xiàn)在一般在SPD中使用的主要器件為：金屬氧化鋅（MOV）閥片、放電間隙、氣體或固體放電管、濾波線圈、瞬變二極管（SIDACTOR）等，而使用在低壓線路（220V～/380V～）中的SPD、絕大多數(shù)是使用MOV閥片。在低壓電路中為了達(dá)到25～50ns高速響應(yīng)時(shí)間，國際上MOV閥片的直徑一般控制在14～20mm左右，最大通流容量一般在60～70KA，電流波形為8/20μs。美國在UL1449第二版《瞬時(shí)電壓浪涌保護(hù)器標(biāo)準(zhǔn)》TVSS（TRANSIENTVOLTAGESURGESUPPRESION）中建議[7]，采用多片MOV閥片并聯(lián)使用，以達(dá)到更大的通流容量。由于目前在國內(nèi)外多片MOV閥片并聯(lián)技術(shù)的測(cè)試試驗(yàn)和分析研究工作還不多，所以對(duì)這一技術(shù)在雷電防護(hù)中使用也存在不同看法。本文針對(duì)上述問題，試圖通過在美國JOSLYN公司實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試試驗(yàn)，以及對(duì)樣本和數(shù)據(jù)的分析，對(duì)多片MOV閥片并聯(lián)技術(shù)的使用給出了肯定的答復(fù)。

二、MOV閥片的主要性能

MOV閥片的主要成分為氧化鋅（ZnO），并滲有少量的其它氧化物，外層由兩層鉛和一層塑料涂層組成[8]，在低壓電源系統(tǒng)中，一般采用圓形的直徑為14mm和20mm的MOV閥片。在直流電壓為3KV下，電容量分別為5600PF和22000PF，標(biāo)稱通流容量分別為4KA和6.5KA，電流波形為8/20μs。MOV閥片兩端電壓低于壓敏電壓時(shí)，呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電壓高于壓敏電壓時(shí)，由于閥片內(nèi)的齊納效應(yīng)和雪崩效應(yīng)，迅速呈低阻抗。電壓低于壓敏電壓又回到高阻抗?fàn)顟B(tài)。MOV閥片的好壞主要決定以下一些參數(shù)。

1、壓敏電壓

當(dāng)溫度為20℃，一般認(rèn)為在MOV閥片上有1mA電流流過的時(shí)候，相應(yīng)加在該閥片上的電壓叫做壓敏電壓。應(yīng)按如下公式計(jì)算：

Vn≥（VNII×√2/0.7）1.2

式中：VN――MOV閥片壓敏電壓值

VNH――電源額定電壓值（有效值）

壓敏電壓沖擊前后的變化率應(yīng)小于±10％

2、漏電流

MOV閥片在標(biāo)稱持續(xù)工作電壓下流過閥片的電流稱為漏電流。按國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)小于30μA。沖擊前后的變化率應(yīng)小于200％。

3、殘壓及殘壓比

在規(guī)定波形、標(biāo)稱放電電流沖擊氧化鋅閥片，閥片兩端測(cè)到的電壓峰值，稱為殘壓。

殘壓與壓敏電壓的比值，稱為殘壓比。

一般情況下殘壓比應(yīng)≤3。

三、MOV閥片的并聯(lián)使用

在保證高速響應(yīng)的前提下，要提高TVSS或SPD的通流容量，一般采取多片并聯(lián)使用。歐洲及國內(nèi)一些專家認(rèn)為多片MOV閥片并聯(lián)使用，由于閥片性能不一致，可能產(chǎn)生雷電能量分配不均勻，造成MOV閥片的溫度升高，性能下降，導(dǎo)致熱崩潰，或提早老化、失效，因此不主張采取多片氧化鋅閥片并聯(lián)使用。但目前國際上使用在低壓電源配電系統(tǒng)上的單片MOV閥片的最大通流容量只能達(dá)到60-70KA（8/20μs）滿足不了實(shí)際工程的需要，所以對(duì)于MOV閥片并聯(lián)使用的研究具有十分重要的意義。

四、在美國JOSLYN實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)分析

美國JOSLYN公司是雷電浪涌防護(hù)的專業(yè)公司，從1950年就開始專門研究雷電和瞬間過電壓保護(hù)。JOSLYN公司從1979年以來一直生產(chǎn)并行MOV的TVSS、產(chǎn)品遍布世界130多個(gè)國家的通信、電力、交通、航空、金融、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。美國總統(tǒng)座機(jī)空軍一號(hào)就采用了該公司的產(chǎn)品。

作者與美國JOSLYN公司實(shí)驗(yàn)室的HansSteinhaff博士進(jìn)行了以下的測(cè)試。

（一）測(cè)試儀器

1、Keytek587型8/20μs波形標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)儀。

2、KeytekS1/S3、S4/S5/S6及S7的浪涌網(wǎng)絡(luò)單元。

3、Peason301x型電子寬帶電流變換器。

4、7A26雙蹤放大器。

5、Tekronix7835存儲(chǔ)式示波器。

（二）樣本的抽取

本次試驗(yàn)一共抽取三組樣本，A組是隨機(jī)從一批產(chǎn)品中抽取50片MOV閥片；B組從一批閥片中選取1mA壓敏電壓最高和最低的MOV閥片各25片；C組是從一批MOV閥片產(chǎn)品中抽出壓敏電壓最高的25片，從另一批產(chǎn)品中抽出壓敏電壓最低的25片樣品。所有的MOV閥片在同一等級(jí)通流容量下沖擊兩次，表1顯示了通過每組MOV閥片受沖擊后電流的平均值及占總電流的百分比。表中A1、A2是從A組中選出每兩片MOV閥片配為一對(duì)（共25對(duì)），并聯(lián)后經(jīng)同一電流沖擊兩次測(cè)得得平均數(shù)值。B1、B2是從B組中選出壓敏電壓最高和最低得MOV閥片各片配為一對(duì)（共25對(duì)），并聯(lián)后經(jīng)同一電流沖擊兩次測(cè)得平均數(shù)值。C1、C2是從C組中選出壓敏電壓最高和最低的MOV閥片各片配為一對(duì)（共25對(duì)），并聯(lián)后經(jīng)同一電流沖擊兩次測(cè)得的平均數(shù)值。

表1每組MOV閥片電流平均值（A）及百分比

沖擊電流（A）A組電流百分比％B組電流百分比％C組電流百分比％

A1A2A1A2B1B2B1B2C1C2C1C2

12571665248114228416120168812

500250245514937013074263901008020

750380375505053022570305601807624

3000150014905050175012005941180012006040

10000475047505050525042005644540040005743

表2顯示了MOV閥片沖擊前后，1mA壓敏電壓變化情況，并且給出了沖擊前后正負(fù)極1mA壓敏電壓的變化。

表2沖擊前后正負(fù)極壓敏電壓平均值（V）

樣品沖擊前沖擊后

正負(fù)正負(fù)

A1238239240243

A2237238239242

B1225224224224

B2251251251255

C1227227226229

C2254254248257

（三）數(shù)據(jù)分析

從表1不難看出，A組同一批發(fā)貨樣品中抽出的MOV閥片，即使沒有經(jīng)過嚴(yán)格篩選、配對(duì)，不管在小電流還是大電流沖擊情況下，并聯(lián)兩片MOV閥片上吸收的能量基本平衡，但在B組同一批產(chǎn)品中，抽出MOV閥片壓敏電壓最高和最低配對(duì)。在小電流（125－750A）沖擊下，兩片并聯(lián)MOV閥片上吸收的能量是不平衡的，最大誤差在84％和16％。在大電流（3000～10000A）沖擊下，兩片并聯(lián)MOV閥片吸收的能量基本平衡，最大誤差在59％和41％。C組為不同批次中抽取的最高和最低壓敏電壓MOV閥片配對(duì)，在小電流（125～750A）沖擊下，兩片并聯(lián)MOV閥片上吸收能量更不平衡，最大誤差在88%和12％，比B組還要大，但在大電流（3000～10000A）沖擊下，兩片并聯(lián)MOV閥片上電流也還基本平衡。

五、JOSLYN實(shí)驗(yàn)室做的其它輔助測(cè)試

（一）、近來JOSLYN公司從一批產(chǎn)品中任意抽取6各使用3片20mmMOV閥片并聯(lián)的TVSS，沖擊電流為1500A，波形為8/20μs，經(jīng)過10000次沖擊試驗(yàn)（記錄了2500次的測(cè)試），其中5各TVSS經(jīng)過10000次沖擊后，1mA下的壓敏電壓變化率≤±10％，另一個(gè)在8500次沖擊測(cè)試后，1mA下壓敏電壓變化率＞10％。

（二）、另一個(gè)測(cè)試將4片MOV閥片并聯(lián)，不用刻意去匹配，沖擊電流為10000A，波形8/20μs，一共沖擊220次，然后分別在測(cè)試前、中、后4片并聯(lián)MOV閥片的1mA壓敏電壓變化率為+7.3～7.5％，每一片MOV閥片的1mA壓敏電壓變化率為+5.3～6.7％。

（三）、另一個(gè)制造商生產(chǎn)的TVSS，也使用上述同樣的方法測(cè)試，在220次沖擊后，總的1mA壓敏電壓變化率為12.4～20.9％，在10000A沖擊電流下，40~60次沖擊后，1mA壓敏電壓產(chǎn)生了大于10％的變化。

六、結(jié)論

（一）、由于MOV閥片性能不一致，特別是1mA下壓敏電壓不一致，會(huì)造成在小電流（125～750A）沖擊下多片MOV閥片并聯(lián)時(shí)，每個(gè)閥片吸收雷電能量不一致。

（二）、在大電流（3000～10000A）沖擊下，即使MOV閥片性能不太一致，多片并聯(lián)使用時(shí)每片MOV閥片吸收雷電能量基本一致。

（三）、因此，只要對(duì)MOV閥片略加挑選配對(duì)，且利用保險(xiǎn)絲阻抗幫助平衡電流，多片MOV閥片是可以并聯(lián)使用的，不會(huì)因吸收能量不一致而產(chǎn)生熱崩潰或提早老化。

參考文獻(xiàn)：

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⑷IEC61643-11998《連接至低配電系統(tǒng)電涌保護(hù)器》第一部分性能要求和試驗(yàn)方法

⑸IEC61643-2/Ed1.02000《連接電信網(wǎng)絡(luò)及信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的電涌保護(hù)器》第一部分性能要求和試驗(yàn)方法

⑹IEEE《低壓防浪涌裝置性能》

⑺UL1449第二版《瞬時(shí)電壓浪涌保護(hù)器標(biāo)準(zhǔn)》TVSS

⑻彭濟(jì)南、葉德平等“氧化鋅線性電阻中性電接地電阻器”《電瓷避雷器》2001.6。