金屬氧化物壓敏電阻的組成-特性及操作

壓敏電阻電流與氧化鋅（ZnO）和碳化硅（SiC）器件的電壓曲線圖

最常見的現代型壓敏電阻是金屬氧化物壓敏電阻（MOV）。這種類型含有氧化鋅顆粒的陶瓷塊，在其它金屬氧化物的基質中，例如少量的鉍，鈷，錳氧化物，夾在兩個金屬板之間，構成器件的電極。每個晶粒和相鄰元件之間的邊界形成二極管結，這允許電流僅在一個方向上流動。隨機取向的晶粒的累積在電學上等效于背對背二極管對的網絡，每對與許多其他對并聯。

當在電極上施加小電壓時，僅通過二極管結的反向泄漏引起微小電流流動。當施加大電壓時，二極管結由于熱電子發射和電子隧穿的組合而破壞，導致大電流流動。這種行為的結果是非線性電流 - 電壓特性，其中MOV在低電壓時具有高電阻而在高電壓時具有低電阻。

電氣特性

壓敏電阻在正常工作期間保持不導電作為分流模式器件，當其上的電壓保持遠低于其“鉗位電壓”時，變阻器通常用于抑制線電壓浪涌。壓敏電阻可能由于兩個原因而失敗。

由于沒有成功地限制雷擊等事件引起的非常大的浪涌，所以發生災難性故障，其中所涉及的能量比壓敏電阻能夠處理的能量高許多個數量級。由撞擊產生的后續電流可能使壓敏電阻熔化，燃燒甚至蒸發。這種熱失控是由于單個晶界連接處缺乏一致性，當瞬態脈沖中的能量（通常以焦耳為單位測量）時，導致熱應力下主導電流路徑的失效）太高（即顯著超過制造商的“絕對最大額定值”）。通過提高額定值或并行使用特別選擇的MOV，可以降低災難性故障的可能性。

隨著更多浪涌發生，累積降級發生。由于歷史原因，許多MOV被錯誤地指定，允許頻繁的膨脹也降低容量。在這種情況下，壓敏電阻沒有明顯損壞，并且向外看起來功能正常（沒有災難性故障），但它不再提供保護。最終，它進入短路狀態，因為能量放電通過氧化物產生導電通道。

影響壓敏電阻器壽命的主要參數是其能量（焦耳）等級。增加能量等級可以提高它可以指數地容納的（定義的最大尺寸）瞬態脈沖的數量以及來自鉗位較小脈沖的累積能量總和。當這些脈沖發生時，它在每次事件期間提供的“鉗位電壓”降低，并且當其“鉗位電壓”改變10％時，通常認為變阻器在功能上降級。制造商的預期壽命圖表涉及電流，嚴重程度和瞬態數量，以根據零件壽命期間消耗的總能量進行故障預測。

在消費電子產品中，特別是電涌保護器中，采用的MOV壓敏電阻尺寸足夠小，最終會出現故障。其他應用，例如電力傳輸，在多個配置中使用不同結構的VDR，設計用于長壽命。

高壓壓敏電阻圖

額定電壓

MOV根據它們可以承受的電壓范圍指定而不會損壞。其他影響壓敏電阻的重要參數是能量等級，單位為焦耳，工作電壓，響應時間，最大電流和擊穿（鉗位）電壓。能量等級通常使用標準化瞬態來定義，例如8/20微秒或10/1000微秒，其中8微秒是瞬態的正面時間，20微秒是到半值的時間。

電容

消費者大小（直徑7-20毫米）壓敏電阻的典型電容范圍為100-2,500 pF。較小的低電容壓敏電阻可提供~1 pF的電容，用于微電子保護，例如蜂窩電話。然而，這些低電容壓敏電阻器由于其緊湊的PCB安裝尺寸而無法承受大的浪涌電流。

響應時間

MOV的響應時間未標準化。亞納秒MOV響應聲明基于材料的固有響應時間，但會因其他因素（如元件引線的電感和安裝方法）而減慢。與具有8μs上升時間的瞬態相比，響應時間也被認定為無關緊要，從而允許設備有足夠的時間緩慢開啟。當受到非常快的<1 ns上升時間瞬變時，MOV的響應時間在40-60 ns范圍內。

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