氧化锌压敏电阻8/20μS脉冲电流下的伏安特性曲线分析

2017-09-04 温州创捷防雷电器有限公司 132

30

    氧化锌压敏电阻器在8/20μS脉冲电流下的伏安个性,在以往有许多研讨[1-4],宽泛以为:压敏电阻器在8/20μS脉冲电流下,电流峰值和电压峰值不同时达到,电压峰值早于电流峰值,回升沿的伏安个性曲线和升高沿的伏安个性曲线不相重合且组成回线特点;有的以为是脉冲电流激起的空穴滞后效应[3],有的以为是电致伸缩或热效应诱发的滞后效应[4],有的以为是受袭击电流和电流变化率影响[2]

-76.8

    真实,因为压敏陶瓷体不也许给与零引出,减短序线长度、给与中空阀片和给与凯文接线法等只能尽也许减小电感,在压敏电阻器袭击丈量时电感是没法彻底消除的。即使给与零长度引出线将电疏通入压敏陶瓷体表面电极,电流也须在表面电极上从新调配到每一点,表面电极的电疏通道组成为了等效电感。压敏电阻电极等效电感和测试点间的引线电感希奇组成压敏电阻器引出电感。引出电感不可消除。引出电感必定对回线特点有进献。

    本文等于试图对压敏电阻器在8/20μS脉冲电流下伏安个性曲线的回线特点举办半定量的阐发,确认回线特点能否压敏陶瓷休的本征个性。

2 创立模型

95.5

 凭证等效电路图1,勾串电感不能为零,电感的存在必定会在袭击测试时产生伏安个性的回线,回升段电压高于升高段,这和压敏电阻器回线特点很同等。由此提出假若,回线是等效电感诱发的,将等效电感作常量看待,压敏陶瓷体的电阻是一个纯可变电阻,引出电阻和压敏陶瓷体的电阻上的电压降只与电流大小有关而与电流时间变化率有关。能够得出:

5cm导线处升高沿电压V

浪涌保护器,防雷器,压敏电阻

在8/20μS脉冲电流升高沿,压敏电阻器上的电压能够示意成式(2)

浪涌保护器,防雷器,压敏电阻 (2)

    在8/20μS脉冲电流升高沿,对应于同一电流值,压敏电阻器陶瓷体上的压降类似,如式(3a); 同时,引出电阻上的电压降类似,如式(3b)。

浪涌保护器,防雷器,压敏电阻     (3a)

浪涌保护器,防雷器,压敏电阻       (3b)

    在8/20μS脉冲电流升高沿,对应于同一电流值,将式(1)和式(2)相减得式(4),回升沿和升高沿对应于同一电流值的等效电感上的回升下降沿电压差,是回升沿和升高沿电流时间变化率差值的函数。在已知等效电感上的回升下降沿电压差与回升沿和升高沿电流时间变化率差值时,便能够打算等效电感值。

Vi)- Vi)=L (di/ dt - di/dt )= f (di/dt )            ( 4 )

2.9

 

3 推行条件

试验样品为20D101(中压料)、20D620(低压料)、32D560(低压料)和32D101(低压料)各1只,20D产品引线间距10mm、测试点为引线根部和引线约50mm处,32D产品引线间距15mm、 测试点为引线根部;间距10mm、长度125mm平行引线电压降丈量。

178

4 试验成就及阐发

4.1 测试数据显示引线上电阻效应不可忽略

 图2为测试的压敏电阻器在8/20uS袭击下的伏安个性回线特点图的示例,曲线显见泛起分明的回线特点,回升沿电压大于升高沿。图3和图4为示波器捕获的电流和电压波形,电压峰值先于电流峰值,不像重大的电感,在电流峰值处电流时间变化率为零,但显示此时平行引线首尾测试点间的电压不相等,过了峰值电流后才达到相等的电压值,将各测试中电流峰值点与电引线上电压为零的时间差、零电压时的电流值列于表1,能够很确定地说,引线上的电阻效应不可忽略。

浪涌保护器,防雷器,压敏电阻

图2  产品在3.1KA的8/20μS脉冲电流下的伏安个性局部曲线

浪涌保护器,防雷器,压敏电阻

导线零电压点电流值
kA

 

试品

袭击电流峰值
kA

表1  8/20μS脉冲电流下产品引线及纯引线首尾处电压相等点与电流峰值的区别

电流峰值点与导线
电压零值点时间差
μS

125mm导线

2

1.84

25.6

3

20120515165440331.jpg

2.8

20D101

2

1.9

3

3

2.88

3.2

20D620

2

85.2

3.4

3

2.95

1.6

表2为理论打算的直径1mm的平行双铜导线电阻以及对应袭击电流时的电压降,从数据显示,引出电阻的影响险些不可忽略。

表2 直径1mm的平行双铜导线电阻的理论打算成就

 

 

电流

  mA

电阻

电压降V

@0.9kA

@2kA

@3kA

10

回升下降沿电压差V

0.401

0.892

1.338

235

2.23

157

4.460

6.69

125

5.575

5.018

11.150

16.725

4.2 测试数据中打算出等效电感值

凭证测试获得对应电流的回升沿和升高沿电流变化率和电压差值,凭证式(4)打算出125mm平行双铜导线、20D101的引线及被银陶瓷体、20D620的引线及被银陶瓷体的等效电感值,分袂列于表三、表4和表5。

表3 125mm平行双铜导线的试验推导电感值

2kA

电流A

900

1200

1500

-5.6

2000

回升沿电流变化率A/μS

被银瓷片电感nH

272

192

100

-12.8

升高沿电流变化率A/μS

-65.6

-73.6

    回线特点天然遐想到电感效应。虽然以往的试验给与各类要领缩小或消除压敏电阻器在8/20μS脉冲电流测试中的电感,但压敏电阻器的伏安个性回线特点如故不能被消除。这理想是因为电感没法消除照旧回线特点等于压敏陶瓷体的本征个性呢?

-60.8

-12.8

回升下降沿电流变化率差A/μS

433.6

345.6

268.8

160.8

-12.8

回升沿电压V

63.6

48.8

35.6

24.8

8.8

升高沿电压V

1800

-6

-4

-0.8

8.8

0.446

69.2

54.8

39.6

4.2

-12.8

等效电感nH

159.6

158.6

147.3

281

 

212

电流A

900

1500

2000

2500

3000

回升沿电流变化率A/μS

580

420

328

220

-12.8

升高沿电流变化率A/μS

-88

156.1

69.9

-108

-12.8

回升下降沿电流变化率差A/μS

668

540

454

328

-12.8

回升沿电压V

93.8

71

58

42.8

9.6

升高沿电压V

205

-12

0

-8.4

9.6

0.446

103.8

83

70.8

51.2

-12.8

等效电感nH

155.4

80

155.9

-120

 

表4 20D101的引线及被银陶瓷体的试验推导电感值

2kA

电流A

900

1200

1500

-5.6

2000

回升沿电流变化率A/μS

被银瓷片电感nH

272

192

153.7

-12.8

回升沿电流变化率A/μS

-65.6

-73.6

    回线特点天然遐想到电感效应。虽然以往的试验给与各类要领缩小或消除压敏电阻器在8/20μS脉冲电流测试中的电感,但压敏电阻器的伏安个性回线特点如故不能被消除。这理想是因为电感没法消除照旧回线特点等于压敏陶瓷体的本征个性呢?

-60.8

-12.8

回升下降沿电流变化率差A/μS

433.6

345.6

268.8

140.8

-12.8

根部回升沿电压V

220

227

230

50

234

根部升高沿电压V

181

194

207

223

234

5cm导线处回升沿电压V

249

250

249

244

237

 在8/20μS脉冲电流回升沿,压敏电阻器上的电压能够示意成式(1)

袭击产生器为SK-20KA,用设备的分流器举办电流取样,直接在压敏电阻器的两引线根部取样电压信号,用TDS102示波器按次显示和丈量电流和电压信号。袭击电流波形为8/20μS,峰值为2.0kA和3.0kA。

192

-10

222

237

5cm导线的回升沿电压V

29

23

19

9

3

5cm导线的升高沿电压V

-3

-2

-2

-1

3

被银瓷片回升下降沿电压差V

39

33

23

12

-12.8

5cm导线回升下降沿电压差V

32

表5 20D620的引线及被银陶瓷体的试验推导电感值

21

10

-12.8

368

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89.9

 如图1氧化锌压敏电阻在8/20μS脉冲电流下击穿当前的电流区下的等效电路。个中L为压敏电阻的引出电感和陶瓷体等效电感,RV为压敏电阻陶瓷体敏感电阻(含非线性晶界和晶粒),Rs为引出电阻,i为流过压敏电阻器的电流,Vi)为压敏电阻器上的总压降,VVi)为压敏电阻陶瓷体敏感电阻压降,Vr (i)为引出电阻上的电压降,di/dt为电流随时间的变化率,脉冲电流时di/dt为电流的函数,则电感上的电压降为L di / dt

85.6

1.96

 

5cm导线电感nH

73.8

72.3

78.1

71.0

 

212

电流A

900

1500

2000

2500

3000

回升沿电流变化率A/μS

580

424

328

220

-12.8

回升沿电流变化率A/μS

-88

156.1

69.9

-108

-12.8

回升下降沿电流变化率差A/μS

668

544

454

328

-12.8

根部回升沿电压V

232

250

260

268

268

根部升高沿电压V

174

198

218

238

268

5cm导线处回升沿电压V

275

159.2

285

288

272

 在8/20μS脉冲电流回升沿,压敏电阻器上的电压能够示意成式(1)

170

191

3kA

234

272

5cm导线的回升沿电压V

43

31

表5 20D620的引线及被银陶瓷体的试验推导电感值

20

4

5cm导线的升高沿电压V

-4

-7

-6

-4

4

被银瓷片回升下降沿电压差V

58

73.2

42

    1 小序

-12.8

5cm导线回升下降沿电压差V

47

38

31

24

-12.8

368

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86.8

95.6

92.5

91.5

 

5cm导线电感nH

70.4

-126

186

52

 

25

2kA

电流A

900

1200

1500

-5.6

2000

回升沿电流变化率A/μS

被银瓷片电感nH

272

192

153.7

-12.8

回升沿电流变化率A/μS

-65.6

-73.6

    回线特点天然遐想到电感效应。虽然以往的试验给与各类要领缩小或消除压敏电阻器在8/20μS脉冲电流测试中的电感,但压敏电阻器的伏安个性回线特点如故不能被消除。这理想是因为电感没法消除照旧回线特点等于压敏陶瓷体的本征个性呢?

-60.8

-12.8

回升下降沿电流变化率差A/μS

433.6

345.6

268.8

140.8

-12.8

根部回升沿电压V

68.3

197

-10

211

214

根部升高沿电压V

2.007

172

185

201

214

5cm导线处回升沿电压V

3kA

218

220

220

168

 在8/20μS脉冲电流回升沿,压敏电阻器上的电压能够示意成式(1)

155

217

182

200

168

5

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