電子設備因靜電而故障！不易劣化的貼片壓敏電阻的選擇方法

TDK貼片壓敏電阻AVR系列采用獨特材料，因此擁有較強的反復浪涌抗性特點。同時還提供有可對高速頻繁進行ON/OFF動作的小型電磁閥及步進馬達等產品中齊納二極管等進行替換的產品。

電磁閥及步進馬達中亦可替換齊納二極管等進行使用

本報道中針對擁有優異反復浪涌耐量的TDK貼片壓敏電阻AVR系列特點以及替換優點進行介紹。

圖1誘導性負荷反電動勢引起的浪涌以及浪涌保護設備的作用

在馬達、變壓器以及電磁閥等使用線圈的帶誘導性負荷裝置中，在關閉電源時會因線圈自感應作用產生較大的反電動勢，從而發生達到供應電壓數倍～10倍以上的高峰值脈沖性浪涌。該浪涌會引起電路錯誤工作，或導致半導體器件等周邊元件破損，因此會使用浪涌吸收器、浪涌抑制器等各類浪涌保護設備。
在電路電壓較低的系統中會使用貼片壓敏電阻、齊納二極管、TVS二極管等。以上產品均通過抑制產生浪涌的過電壓來保護電路(圖1)。

通過積層工藝制造的貼片壓敏電阻體積小，且擁有優異的浪涌吸收性能，同時在貼裝時可發揮空間及成本優勢，因此其多用于發揮浪涌保護以及ESD(靜電放電)對策等作用的電子設備中。然而，在以往電磁閥、步進馬達等(圖2)頻繁反復進行ON/OFF的誘導性負荷裝置中，傳統上均會選擇齊納二極管或TVS二極管等。這是因為貼片壓敏電阻一般會給人以對于頻繁進行ON/OFF時產生的反復浪涌抗性較弱的印象。
TDK貼片壓敏電阻AVR系列采用獨特材料，因此擁有較強的反復浪涌抗性特點。同時還提供有可對高速頻繁進行ON/OFF動作的小型電磁閥及步進馬達等產品中齊納二極管等進行替換的產品。此外，通過替換齊納二極管等產品后可獲得各種優點。

圖2電磁閥結構示例以及步進電機驅動系統的基本結構

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產品概要

齊納?TVS二極管和壓敏電阻的區別是什么？使用時應進行比較的4個要點

ZnO(氧化鋅)晶粒所處晶界物理特性表現壓敏電阻特性

壓敏電阻器(Varistor)是指變化的電阻器，英文全稱為Variable Resistor。其電壓-電流特性不適用歐姆定律，屬于非線性電阻器件。貼片壓敏電阻內部結構如圖3所示。

貼片壓敏電阻是在主原料ZnO(氧化鋅)中添加各類添加物的壓敏電阻材料片材上印刷內部電極，并將其進行積層加工后按規定的芯片尺寸進行裁切，并通過燒制爐進行燒制后通過對端子電極進行鍍加工后形成的SMD原件。燒制后的壓敏電阻元件體成為由細微ZnO粒子構成的多晶體半導體陶瓷，在燒制過程中，添加物會向晶粒周圍進行偏析，從而形成高電阻晶界。為此，貼片壓敏電阻針對電路電壓及信號電壓等低電壓擁有高電阻特性，但當超過一定值后，其對于過電壓的電阻值會急劇下降，從而過電壓會形成浪涌電流流過。該電壓稱為壓敏電阻電壓，通常定義為端子間流過DC1mA電流時的端子間電壓，因此壓敏電阻電壓以V1mA進行表述。而這一壓敏電阻特性的表現正是源自多個晶粒所處晶界的物體特性。

圖3貼片壓敏電阻內部結構、ZnO粒子多晶體結以及晶界(示意圖)

可在確保壓敏電阻特性不發生劣化的情況下進行處理的電流大小稱為浪涌電流耐量，而可在確保特性不發生劣化的狀態下進行吸收的能量大小則稱為能量耐量。
在反復吸收超過額定的浪涌電流后，壓敏電阻電壓會出現逐漸降低趨勢。這因為反復流過浪涌電流后，每次產生的焦耳熱會使部分晶界層發生破損。

圖4所示為貼片壓敏電阻的普通劣化示例。當劣化越來越嚴重時，內部電極會因發熱而溶解，壓敏電阻元件體會發生熔融。
最終可能導致貼片壓敏電阻變為短路模式。

圖4反復浪涌導致的貼片壓敏電阻劣化示例

通過采用獨特材料確保擁有優異反復浪涌耐量的TDK貼片壓敏電阻

壓敏電阻的反復浪涌耐量會受到主成分ZnO中添加的添加物種類、成分等材料因素較大影響。
TDK貼片壓敏電阻采用了運用材料技術開發的獨特材料。其擁有優異的反復浪涌耐量特點，此外還提供有可對高速頻繁進行ON/OFF動作的電磁閥及步進馬達等產品中齊納二極管等進行替代的產品。

圖5所示為普通貼片壓敏電阻與TDK貼片壓敏電阻(車載等級AVR系列)的反復浪涌耐量特性的比較圖表。橫軸為IEC6100-4-2的HBM(人體模型)試驗中施加15kV電壓的次數，縱軸為壓敏電阻電壓(V@1mA)的變化率。均針對10個器件進行測量。
在普通貼片壓敏電阻中，在施加10次后的大約下降了5%，施加10000次后則下降了將近10%。而TDK的貼片壓敏電阻在施加10000次后仍未發生下降，可以發現其具備極其優異的反復浪涌耐量。

圖5普通貼片壓敏電阻與采用TDK獨特材料的貼片壓敏電阻的比較：反復浪涌耐量特性

圖6所示為在28Vdc下反復施加電壓后的漏電流變化情況圖表。在普通貼片壓敏電阻中，施加10次后漏電流增加了大約100倍。而TDK的貼片壓敏電阻在施加10000次后仍未發生變化。

圖6普通貼片壓敏電阻與采用TDK獨特材料的貼片壓敏電阻的比較：漏電流的變化

圖7所示為齊納二極管與TDK貼片壓敏電阻(車載等級AVR系列)的反復浪涌耐量的比較示例。其為采用與圖5所示比較試驗相同條件的結果。從中可以發現，TDK貼片壓敏電阻擁有優異的特點，并且毫不遜色于齊納二極管。

圖7普通齊納二極管與采用TDK獨特材料的貼片壓敏電阻的比較：施加反復浪涌時對于壓敏電阻電壓的影響

將TVS二極管與電容器的組合替換為貼片壓敏電阻單體的優點

貼片壓敏電阻不僅擁有浪涌吸收性能，同時還具備噪音抑制效果。
圖8所示為貼片壓敏電阻的等效電路。貼片壓敏電阻與反向連接的2個齊納二極管和電容器并列連接時的情況相同。電流-電壓特性對稱，不具備極性。在高電阻晶界作用下通常會發揮電容器功能，但在大頻帶下則會發揮噪音吸收效果。

圖8 貼片壓敏電阻的等效電路

通過TVS二極管進行ESD對策，并通過電容器進行EMI對策的電路中，可使用貼片壓敏電阻單體進行替換。

圖9將TVS二極管+電容器替換為貼片壓敏電阻單體

空間優點、成本優點、噪音對策方面也具備優勢

壓敏電阻作為浪涌保護設備，其擁有多樣類型，而其特性則會因材料因素而大有不同。
大型電磁閥及馬達不易受反電動勢影響，電子閥自身對于過電壓也擁有較強抗性，因此通常使用普通盤壓敏變阻器等進行保護以免受浪涌影響。此外，在過電壓施加次數不多的情況下，普通壓敏電阻即可發揮充分保護作用。
而在高速且頻繁反復進行ON/OFF的電磁閥及步進馬達等產品中，長時間使用后，壓敏電阻上施加的過電壓次數可能超過1000萬次、甚至1億次以上，因此選擇不會因施加過電壓而發生劣化的材料極為重要。

采用材料技術開發的TDK貼片壓敏電阻擁有優異的反復浪涌耐量特點，同時還會提供毫不遜色于齊納二極管特性的車載等級AVR系列產品。同時還可對高速反復頻繁進行ON/OFF動作的小型電磁閥及步進馬達等產品中齊納二極管等進行替換。不僅如此，1005尺寸的小型貼片壓敏電阻也具備穩定特性，因此在空間優點、成本優點、噪音抑制以及ESD對策等方面也極具優勢。

作為車載等級AVR系列提供的TDK貼片壓敏電阻中特性尤為優異的推薦產品如下所示(表1)。其均在IEC61000-4-2的HBM試驗中擁有施加電壓達到25kV的耐量，不僅在要求高可靠性及長壽命的車載用途中，同時還在上述所示要求對反復施加電壓擁有高耐量的產業設備中也顯示出穩定特性。其中按尺寸記載了12V電路系統、24V電路系統中可使用的推薦產品。

表1擁有優異反復耐量的車載等級推薦產品

審核編輯：湯梓紅