氧化锌压敏电阻器

氧化锌压敏电阻器脉冲电流试验分析摘要：雷电是一种大自然放电现象，雷电破坏作用和雷电流强度、能量及其波形有密切的关系，ZnO压敏电阻作为现代防雷技术的核心器件，其性能的好坏直接影响着电力系统的过电压水平和设备的绝缘水平，本文描述了氧化锌压敏电阻需要经受的不同测试标准的脉冲电流试验，模拟真实雷电浪涌对氧化锌压敏电阻造成的危害，考量氧化锌压敏电阻器的耐雷击能力。

关键词：氧化锌压敏电阻脉冲电流浪涌模拟雷电1.概述现代防雷技术的发展，主要体现在从直接雷击的防护发展到雷电波侵入及雷电电磁脉冲的防护，这对防雷装置的功能提出了新的要求，总体来说雷电对电路或者线路的影响是过电压或者过电流，防雷电路中将不可或缺的出现过压保护元器件与过电流保护元器件。

雷电浪涌时电力系统的突出问题，氧化锌压敏电阻是抑制浪涌过电压的重要设备，在电力系统保护中应用广泛，主要可用于直流电源、交流电源、低频信号线路、带馈电的天馈线路。

从手持式电子产品到工业设备，其规格与尺寸多种多样。

随着手持式电子产品的广泛使用，尤其是手机、手提电脑、PDA、数字相机、医疗仪器等，其电路系统的速度要求更高，并且要求工作电压更低，这就对压敏电阻器提出了体积更小、性能更高的要求。

因此，表面组装的压敏电阻器元件也就开始大量涌现，而其销售年增长率要高于有引线的压敏电阻器一倍多。

压敏电阻在雷击电涌冲击条件下的性能将直接影响电涌保护效果。

因此在各国不同标准中均对压敏电阻的脉冲电流能力进行了验证。

1.氧化锌压敏电阻防雷工作原理2.1氧化锌压敏电阻器的结构氧化锌压敏电阻器是一种陶瓷工艺制成的化合物半导体元件，以氧化锌为主要成分，另加少量的其他金属氧化物（颗粒），如：钴，锰，铋等压制而成，由于两种不同性质的物体组合在一起，相当于一个PN结（二极管），因此，压敏电阻相当于众多的PN结串、并联组成。

2.2 氧化锌压敏电阻器防雷工作原理ZnO压敏电阻在设计制造过程中就已经确定了它的开关电压或者压敏电压，当压敏电压两端所施加的电压低于开关电压值时，压敏电阻呈高阻值状态，此时即使压敏电阻并联在电源线路上，也像一个断开的开关，当施加在压敏电阻两端的电压高于压敏电阻值时，压敏电阻立即呈导通钳位状态，此时压敏电阻类似于一个稳压二极管。

R 科聚G G Y、G N Y系列氧化锌压敏电阻保护器ZnO VOLT-SENSITIVE PROTECTORS安徽时代科聚电气有限公司ANHUI TIME KEJU Electric Co. Ltd.1.产品概述氧化锌压敏电阻器是一种具有优良限压特性（压敏特性）的非线性电阻器，被国内外广泛用作电气系统过电压抑制元件。

本公司（原中国科学院等离子体物理研究所电器设备厂）从20世纪70年代起从事压敏电阻材料、器件的研究及应用开发，是国际上首先将高能氧化锌压敏电阻用于大型发电机转子灭磁及过电压保护，并实现产品化的单位。

本公司已形成从电子系统到电力系统，从低压到高压全系列的防雷过电压保护产品，所开发的各类压敏电阻阀片均具有独立知识产权，产品曾多次获得国家及省、部级奖励。

根据过电压的特点和不同电器设备保护的需要，多年来我们对上千例各种过电压保护问题进行分析，采用最新的微粉压敏材料制成高能型和高压型氧化锌压敏电阻阀片，开发出GNY、GGY系列压敏电阻器。

该电阻器具有能量容量大、残压低、动作速度快、保护性能稳定、适用范围广、体积小、安装简单、无须维护等特点，是传统过电压保护器的和早期氧化锌压敏电阻器的更新换代产品。

1.1 GNY高能型压敏电阻器系列主要应用于同步电机或直流电机的励磁回路、各类大功率半导体变换装置如整流器、逆变器、变频器、开关电源、UPS等以及电力机车高压变压器、三相电力变压器低压侧、大电感负载换流回路等大能量、宽脉冲过电压保护。

1.2 GGY高压型压敏电阻器系列主要用于抑制电气系统的各类操作过电压、回路谐振过电压和雷电感应过电压，还可用于大电流开关、接触器等的灭弧。

产品品种齐全，型式多样，不仅广泛应用于上述强电系统，还普遍用作电子设备、仪器、家电等过电压保护元件，保护性能稳定可靠。

2. 使用要求使用环境：温度不超过-40°C～+45°C，相对湿度在+40°C时不超过95%；使用场所：户内使用，一般安装于电气柜内。

【集成电路(IC)】氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用【集成电路氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用性能参数】“压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。

相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。

压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。

现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。

所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。

在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。

压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。

一、氧化锌压敏电阻器微观结构及特性氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物、经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。

它的微观结构如图1所示。

氧化锌陶瓷是由氧化锌晶粒及晶界物质组成的，其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈N型半导体，晶界物质中含有大量金属氧化物形成大量界面态，这样每一微观单元是一个背靠背肖特基势垒，整个陶瓷就是由许多背靠背肖特基垫垒串并联的组合体。

图2是压敏电阻器的等效电路。

氧化锌压敏电阻器的典型V-I特性曲线如图3所示：预击穿区：在此区域内，施加于压敏电阻器两端的电压小于其压敏电压，其导电属于热激发电子电导机理。

因此，压敏电阻器相当于一个10MΩ以上的绝缘电阻(Rb远大于Rg)，这时通过压敏电阻器的阻性电流仅为微安级，可看作为开路。

该区域是电路正常运行时压敏电阻器所处的状态。

击穿区：压敏电阻器两端施加一大于压敏电压的过电压时，其导电属于隧道击穿电子电导机理(Rb与Rg相当)，其伏安特性呈优异的非线性电导特性，即：I=CVα其中I通过压敏电阻器的电流C与配方和工艺有关的常数V压敏电阻器两端的电压α为非线性系数，一般大于30由上式可见，在击穿区，压敏电阻器端电压的微小变化就可引起电流的急剧变化，压敏电阻器正是用这一特性来抑制过电压幅值和吸收或对地释放过电压引起的浪涌能量。

氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用压敏电阻是由在电子级ZnO 粉末基料中掺入少量的电子级Bi 2O 3、Co 2O 3、MnO 2、Sb 2O 3、TiO 2、Cr 2O 3、Ni 2O 3等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能出现的各种瞬态过电压、吸收浪涌能量。

1 氧化锌压敏电阻电性能参数1.1 压敏电压U 1mA压敏电阻的电流为1mA 时所对应的电压作为I 随U 迅速上升的电压大小的标准，该电压用U 1mA 表示，称为压敏电压。

压敏电压是ZnO 压敏电阻器伏安曲线中预击穿区和击穿区转折点的一个参数，一般情况下是1mA （Φ5产品为0.1mA ）直流电流通过时，产品的两端的电压值，其偏差为±0.1%。

1.2 最大连续工作电压MCOV最大连续工作电压MCOV 指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压U DC 或最大交流电压有效值 U RMS 。

最大直流电压的值为80%~92%U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大直流电压；最大交流电压的值为60%~65% U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大交流电压。

1.3 漏电流 I L漏电流(mA)也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。

IEC 对漏电流 I L 较为普遍的定义是：环境温度25℃时，在压敏电阻上施加其所属规格的最大连续直流工作电压 U DC 时，流过压敏电阻的直流电流。

一般而言，在材料配方和烧结工艺固定的情况下，漏电流适中的压敏电阻具有较好的安全性和较长的寿命。

1.4 非线性指数α非线性指数α指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。

它是一个元件的电阻值是否随电压或电流变化和变化是否敏感的标志。

ZnO 压敏电阻器是一种非线性导电电阻。

氧化锌压敏电阻器的工频过电压（TOV）特性分析发布时间：2021-12-16T02:28:40.820Z 来源：《科技新时代》2021年10期作者：罗致成[导读] 为进一步了解氧化锌压敏电阻器自身工频过电压（TOV）基本特性，便于更好地提升氧化锌压敏电阻器自身耐受性，积极落实此方面细致分析工作现实意义较为突出。

广东南方宏明电子科技股份有限公司广东东莞 523000摘要因低压的供电系统当中工频过电压现象频繁出现，以至于氧化锌压敏电阻器自身耐受性无法得以保证，致使失效情况产生。

故积极分析与了解氧化锌压敏电阻器自身工频过电压（TOV）基本特性较为必要且重要。

关键词：氧化锌；电阻器；压敏；过电压（TOV)；工频；特性；前言为进一步了解氧化锌压敏电阻器自身工频过电压（TOV）基本特性，便于更好地提升氧化锌压敏电阻器自身耐受性，积极落实此方面细致分析工作现实意义较为突出。

1、简述氧化锌压敏电阻器氧化锌压敏式电阻器，属于主体为氧化锌、加入多种不同金属的氧化物质，通过电子陶瓷典型工艺加工制作而成半导体多晶陶瓷元件，所具备优势特点集中表现为大通流容量、低限制电压、快速响应、无续流、无极性、电压低温度系数等[1]。

2、特性分析2.1在特性表征层面氧化锌压敏电阻器TOV基本特性，即TOV施加过程，氧化锌压敏电阻器所表现特性以及可度量各项参数相对较多，包含着TOV幅值、电流变化、温升曲线、TOV耐受时间、耐受最高的温升等。

2.2在影响因素层面1）在自身因素层面氧化锌压敏电阻器形成自身性能，属于配方以及工艺所产生共同作用所致。

针对规格相同的氧化锌压敏电阻器，压敏电压为不同值，有离散分布现象存在，施加同等幅值TOV电压，相比较低压敏电压产品，较高压敏电压产品呈较低负荷[2]。

较高压敏电压产品所表现TOV 耐受为较长时间，也就是，相比较低压敏电压产品，较高压敏电压产品更具TOV耐受性优势。

但压敏电压，其并非属于氧化锌压敏电阻器基本性能当中TOV耐受性在本质上影响因素。

片式氧化锌压敏电阻器与TVS管技术对比QQ:917603226深圳顺络电子有限公司2008.01.22目录一、 片式氧化锌压敏电阻器的微观结构和工作原理二、 TVS管微观结构和工作原理三、 片式氧化锌压敏电阻器和TVS管性能对比四、我公司片式氧化锌压敏电阻器的竞争优势一、 片式氧化锌压敏电阻器微观结构和工作原理片式氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物、经典型的电子陶瓷流延工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。

它的微观结构、等效电路如图1、2所示。

氧化锌陶瓷是由氧化锌晶粒及晶界物质组成的,其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈N型半导体, 晶界物质中含有大量金属氧化物形成大量界面态,这样两个晶粒和一个晶界（即微观单元）形成一个类似背靠背双向PN结, 整个陶瓷就是由许多背靠背双向PN结串并联的组合体。

由于氧化锌压敏陶瓷晶界非常薄，仅有埃数量级，则当施加电压小于其反向PN结击穿电压时，属于肖特基势垒热电子发射电导，其导通电流与PN结势垒及温度有关；当施加电压大于其反向PN结击穿电压（3.2V）时，属于隧道电子击穿导电，其导通电流只与所施加电压有关，隧道电子击穿时间小于几百皮秒。

其中：当施加电压小于其反向PN结击穿电压时，Rb远大于Rg,施加电压几乎全部加在晶界上，Rb ＞10MΩ；当施加电压大于其反向PN结击穿电压时，晶界产生隧道电子击穿导电，Rb远小于Rg,施加电压加在晶粒和晶界上，Rg+Rb阻值只有欧姆级；因此当外施电压小于氧化锌压敏陶瓷晶界击穿电压（即压敏电压）时，压敏电阻呈现绝缘体高阻值，其漏电流仅有微安级；当外施电压大于氧化锌压敏陶瓷晶界击穿电压（即压敏电压）时，压敏电阻呈现导体低阻值，通过电流有几十安培，而且随着外施电压稍微升高，通过电流急速增长。

图1 压敏电阻器微观结构图2 压敏电阻器等效电路氧化锌压敏陶瓷的典型V-I特性曲线如图3所示:图3 压敏电阻器伏安特性曲线由于片式氧化锌压敏电阻器应用于电子电路和数据传输线路中，被保护电路的工作电压很低，同时对其电容有特殊要求，因此通过结构设计和工艺调整，可以得到不同线路保护要求的压敏电阻器。

氧化锌压敏电阻器概述
氧化锌压敏电阻器是一种瞬时过电压保护器件。

它的主要功能是电阻值随着电压的变化而对称地非线性地变化，因而，它是一种对电压敏感性元件。

它具有电压非线性系数a大，残压低，浪涌耐量大，使用电压范围宽（从几伏到几十万伏），伏安特性陡峭且对称，对脉冲响应时间快，而且无续流，漏电流小（uA），电压随温度变化小等特有的优点。

高能氧化锌压敏电阻器还具有低场强、高能容的特点。

近年来的电力系统、电子线路中，吸收大气过电压和操作过电压，在超导移能和发电机组灭磁、电器设备、半导体器件及各种电机过压保护等方面具有广泛的应用前景。

一、主要用途
A、吸收大气过电压（防感应雷或沿着电源线进入系统的侵入波）
在电力系统用作避雷器保护配电变压器、配电盘、电镀表等。

在铁路系统用于铁路信号系统防雷，作为移频自动闭塞设备，小站电源屏等半导体讯号装置的保护。

在广播系统用于广播外线防雷击过电压保护。

B、吸收内部过电压（操作过电压）
用于各种电子设备、电子仪器的电源回路吸收切合闸引过的操作过电压，保护可控硅及硅整流管（如用在龙门刨、轧钢机、数控机床调速柜上，大型可控硅整流装置的交流侧、直流侧和元件侧等）以及高低压开关柜、防暴开关真空开关、高压变压器、高压电机等抑制浪涌过电压。

C、消除接点电火花
用于消除继电器触点火花，消除微型马达上电火花。

抑制显象管内部跳火和自动消磁等，以延长被保护线路的寿命，消除由电火花产生的无线电干扰等。

D、发电机灭磁，超导移能和过电压保护
用于各种发电机绕组灭磁，超导磁体移能和转子过电压保护及大功率整流设备与同步电机的过电压吸收。