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多层压敏电阻:紧凑经用型过压维护

过压及相关联的高浪涌电流能损害甚至损坏电气和电子设备,因此,可靠的 过压保护必不可少。目前TDK集团基于一种新型陶瓷材料开发了一款高浪涌 系列多层

过压及相关联的高浪涌电流能危害乃至损坏电气和电子设备,因而,牢靠的 过压维护必不可少。现在TDK集团依据一种新式陶瓷资料开发了一款高浪涌 系列多层压敏电阻,该系列电阻不只尺度紧凑,且具有杰出的维护功能。

影响电气设备的过压其发生有多种原因,能量等级也不同,并可经过不同的 途径引进。比方,依据IEC 61000-4-2丈量的ESD脉冲首要影响通讯设备的输入/输出,其间,测验等级为8 kV (触摸放电)或15 kV(空气放电)。相关脉冲波形的特征是以纳秒为单位的电压上升,但是该脉冲的能量含量相对较低,仅为几个毫焦耳。

为了避免ESD事情发生,TDK集团供给了多种用于不同电压的小型CeraDiode?压敏电阻(SMD封装),最小封装尺度仅 为0.4 mm x 0.2 mm,其刺进高度极低,仅为0.1 mm。也就是说,这些压敏电阻十分合适智能手机、平板电脑和可穿戴设备等移动以及尺度日益紧凑的各种运用。

另一种过压首要经过电源线引进,或许因为邻近的雷击或负载掉落引起。这些事情能引起长达几个纳秒的几千安的浪涌 电流。状况最坏时,这些脉冲的能量能到达几千焦耳,比ESD事情还要高几倍。依据IEC 61000-4-5,对组件接受这些高 能量脉冲的才能进行了测验,短路电流波形为8/20 μs,开路电压波形为1.2/50 μs(图1)。

图1:契合IEC 61000-4-5规范的脉冲波形

短路电流测验(8/20 μs)

开路电压测验(1.2/50 μs)

为了充沛避免这些事情发生,维护设备的规划有必要考虑或许发生的漏地电流和相应的能量等级。从这方面来说,传统压 敏电阻的尺度相对更大。

新式陶瓷资料使得规划更紧凑 为了改善多层压敏电阻的功能和紧凑性,TDK集团为新式高浪涌系列多层压敏电阻开发了一种新式陶瓷资料。该新式资料改善后的功能依据ZnO压敏电阻掺杂了更多的一种特别的金属氧化物,然后发生了细粒状结构的陶瓷资料,每个单位体积发生的晶界也显着增多。因而,相同的组件有用体积内电流密度或许添加三倍多。与此同时,相对介电常数添加了几倍,使得电场强度 (E ) 也明显添加(相同体积,看图2)。

图2:传统和新式陶瓷资料的比较

因为ZnO压敏电阻陶瓷掺杂了特别的金属氧化物然后构成细粒状结构,新式爱普科斯 (EPCOS) 多层压敏电阻具有更高的电场 强度。其优点是两层的:一方面,相同组件体积内可集成更多的内部电极,因而可改善高浪涌功能;另一方面,相同功能可在 更小组件上完成,使得压敏电阻的进一步小型化成为或许。

凭借改善的电气功能,现在可经过添加内电极的数量来规划具有更高电压等级的压敏电阻,并明显添加组件的浪涌电流 才能或在尺度大幅度减小的组件上完成所需功能。浪涌电流才能为1200 A (8/20 μs) 的规范压敏电阻是依照EIA外壳尺度 为2220进行出产。经过运用新式陶瓷资料,TDK集团现已经过EIA外壳尺度为1210的高浪涌系列组件成功取得相同功能,其体积相应削减了三倍多。因为小型化在这些运用中扮演着日益重要的人物,新式压敏电阻十分合适物联网 (IoT)或 工 业4.0运用。

钳位电压越低,功能越好 因为TDK集团新式陶瓷资料答应的电场强度更高,内电极数更多,还有或许下降组件的钳位电压。组件上发生特别浪涌电流时,假如过压事情发生就会发生钳位电压。关于相同电流,压敏电阻上的钳位电压越高,电气功率也越高,终究压敏电阻有必要吸收的能量也越高。反过来说,钳位电压越低,吸收相同能量所需的电流才能越强。

比方,电流为10 A时,爱普科斯 (EPCOS) 现有浪涌维护系列CN2220K50E2GK2多层压敏电阻的钳位电压为135 V。与 之比较,钳位电压相同(图3)时,运用改善型陶瓷资料的爱普科斯 (EPCOS) 高浪涌低钳位型CT2220S50E3G的浪涌电流 才能能够到达400 A。因而,新式压敏电阻的防护等级明显进步。

图3:相同钳位电压时浪涌电流才能更强

新式爱普科斯 (EPCOS) 高浪涌/低钳位型压敏电阻钳位电压为135V时经过的浪涌电流能够到达400 A.

元件越少,维护越强

在实践运用中,为了凭借SMD多层压敏电阻取得尽或许高的浪涌电流才能, 通常将几个组件并联。但是,因为压敏电阻 的电压容差高达±20%,关于这些运用很有必要运用互相准确匹配的组件。反过来说,这也是一个相当大的本钱要素。另 外一个缺点是虽然容差规模很窄,不同元件在电气特征方面仍是略有不同。因而,发生过压时,各组件接受的电流不同,偶然因为负载过大引起压敏电阻毛病。

凭借新式TDK陶瓷资料,现在或许出产具有高浪涌电流才能的压敏电阻,该压敏电阻能针对单个组件供给必要的维护。 因而,除了改善牢靠性,还或许大幅削减组件数,这样不只可节约印刷电路板的名贵空间,还能下降资料和拼装本钱。

表:爱普科斯 (EPCOS) 高浪涌系列多层压敏电阻的要害数据

外形尺度 EIA 1210 至 2220

最大作业电压 [V DC] 高达 65

1 mA时压敏电阻的电压 [V DC] 高达 85

浪涌电流才能 [A, 8/20 μs] 高达1 x 5000和10 x 3500

200 A时的钳位电压 [V] 最大为135(新式陶瓷资料)

最大能量吸收 [mJ, 2 ms] 高达 15,000

最大作业温度 [°C] 125

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