第三章

電涌保護器中的電子元器件原理分析氧化鋅壓敏電阻器

由于ZnO半導體陶瓷具有許多獨特的物理性能,并且還能有制造工藝簡單,成本低廉的優點,因此它的應用范圍相當廣泛。七十年代以來，在ZnO半導體陶瓷的應用中，以壓敏電阻最為突出。利用以ZnO為基的半導體陶瓷可以制成具有高非線性I-V特性，大電流和高能量承受能力的壓敏電阻器，這種壓敏元件的極優異的電性能是傳統的SiC壓敏電阻器所難于比擬的。

(1).ZnO壓敏電阻器生產工藝(2)伏安特性曲線（3）氧化鋅壓敏電阻器的電參數壓敏電阻器是一種非線性電阻器，因此，它的電參數都是由非線性I-V特性引出的。這些電參數主要是非線性系數α

參考電壓通流容量、漏電流電壓溫度系數隨著溫度的上升，壓敏電壓下降、電壓溫度系數就是衡量這個溫度特性的參數，其定義是：在規定的溫度范圍內，溫度每變化1℃時，零功率條件下測得的壓敏電壓的相對變化率。電壓溫度系數可用下式表示：（4）氧化鋅壓敏電阻的應用

a.分析保護模式

b.參考電壓的選取C.能量吸收問題（1）多片并聯

在大電流沖擊過程中，當ZnO處于大電流工作區時，由于其自身晶界勢壘導通，從而會呈現出較低的電阻值，表現為純電阻的特性。一方面提供了電流泄放入地的低阻通道。另一方面，由于自身電阻減小到歐姆量級，在大的沖擊電流作用下，ZnO壓敏電阻將吸收較大的沖擊能量并轉換成熱能，如果ZnO壓敏電阻的能量耐受能力不足，或者出現局部熱點（hotpot），器件有可能在之后的大電流沖擊作用下熱崩潰，從而導致保護器件的失效甚至系統起火故障在接受電流沖擊時，ZnO壓敏電阻吸收的能量可以表示為

2片并聯的情況（a）A組吸收能量（b）B組吸收能量（c）C組吸收能量

為了更全面地衡量壓敏電阻的能量吸收特性，下面計算各組ZnO壓敏電阻吸收能量同沖擊總能量的比值，即能量吸收比。

（a）A組能量吸收比（b）B組能量吸收比（c）C組能量吸收比能量配合問題兩個ZnO壓敏電阻級間導線為5m能量吸收情況

5.3μH磁芯退耦電感ZnO壓敏電阻級間用10m的導線連接2氣體放電管

氣體放電管是一種間隙型的防雷保護元件，它在通信系統的防雷保護中已獲得了廣泛應用。由于放電管的極間絕緣電阻很大，寄生電容很小，對高頻信號線路的雷電防護有明顯的優勢。放電管保護特性的主要不足之處在于其放電時延較大，動作靈敏度不夠理想，對于波頭上升陡度較大的雷電波難以有效地抑制。在電源系統的雷電防護中存在續流問題。（1）伏安特性（2）技術參數a．直流放電電壓在上升陡度低于100V／s的電壓作用下，放電管開始放電的平均電壓值稱為其直流放電電壓。b．沖擊放電電壓在具有規定上升陡度的暫態電壓脈沖作用下，放電管開始放電的電壓值稱為其沖擊放電電壓。一些制造廠通常是給出在上升陡度為lkV／us的沖擊放電電壓值，實際上，出于一般應用的考慮，還應給出放電管在100V／s、500V／s、lkV／s、5kV／s和l0kV／s等不同上升陡度下的沖擊放電電壓，以盡量包括在各種保護應用環境中可能遇到的暫態過電壓上升陡度范圍。c．工頻耐受電流放電管通過工頻電流5次，使管子的直流放電電壓及絕緣電阻無明顯變化的最大電流稱為其工頻耐受電流。d．沖擊耐受電流將放電管通過規定波形和規定次數的脈沖電流，使其直流放電電壓和絕緣電阻不會發生明顯變化的最大值電流峰值稱為管子的沖擊耐受電流。e．絕緣電阻和極間電容·放電管的絕緣電阻很大，制造廠給出的該參數值一般為絕緣電阻的初始值，約為數千兆歐。放電管的極間寄生電容很小，兩極放電管的極間電容一般在1pP—5pF范圍。

（3）氣體放電管的應用（3）半導體過電壓抑制器件a.齊納二極管與雪崩二極管齊納二極管的額定擊穿電壓(規定為lmA時的擊穿電壓)一般在2.9V-4.7V范圍。雪崩二極管的額定擊穿電壓常在5.6V-200V范圍，一般用于多級保護電路的最末級，保護那些比較脆弱的電子器件。（4）瞬態（暫態）抑制二極管

瞬態電壓抑制器(TransientVoltageSuppressor—TVS。它是一種高效能的保護器件。當TVS的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時,它能以10-12s量級的速度,將其兩極間的高阻抗變為低阻抗,吸收高達數千瓦的浪涌功率,使兩極間的電壓箝位于一個預定值,有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖電壓的沖擊。它具有響應速度快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控制、體積小等優點,從而有效地保護儀器設備和其他設備不被損壞,工作不受干擾,目前已廣泛用于家用電器、電子儀表、通信設備、電源、計算機系統等各個領域的電力電子設備中。分布電容較大。（5）半導體放電管

若A為負電壓,K為正電壓，則J1(P1N1)結、J3(P2N2)結反偏，J2(P1N2)結正偏，由于摻