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TDK《SIOV metal oxide varistors — General technical information》全文精译 — SIOV 压敏电阻总技术说明

原文:TDK Electronics AG,《SIOV® metal oxide varistors, General technical information》,2026 年 4 月版,正文 22 页(页脚 Page 2 of 22 ~ Page 22 of 22)。原文 PDF:90_资料源/MOV_TDK-EPCOS_SIOV-GeneralTechnicalInfo.pdf。 本篇为全文忠实精译:覆盖原文 1.1~1.14 全部小节——引言与定义(TVSS/I=K·V^α)、微结构与导电机制(微压敏电阻模型)、构造、等效电路(三工作区)、V/I 特性(式 1~5、α=38 算例、公差带 S14K14 完整核算)、术语与描述(工作电压/8/20 µs 浪涌/2 ms 能量/压敏电压/保护水平/电容/响应时间/温度系数式 7)、降额、过载响应、设计注意事项(熔断器匹配表全录)、命名系统(表 1)、盘状标志(图 22)。公式 (1)~(7) 全录(pdftotext 中公式为嵌入图片,逐式对照原 PDF 页面转录),图 1~22 逐图标注。 文末“开关电源 X 侧选型要点”一节为本库展开(原文无此节),素材取自本篇正文 + 库内 EVM 文档,逐条标注来源。

译注约定:①单位与符号照原文转写(α 非线性指数、RIG 晶界电阻、RB 体电阻、RVAR 理想压敏电阻);②原文笔误/排版噪声保持原样加译注——§1.4 图题印作“Figur 4”(德语式拼写)、SMD 材料印作“termoplast”(应为 thermoplastic)、§1.1 句尾“The principle … is explained in chapter 'Selection procedure' in section 1.2”指称有误(本版无该章,原理实际由 §1.2 定义与 §1.3 机制承担),照录加注;③图逐图标“见原 PDF 图 N(第 X 页)”并附图内可读信息。

1.1 引言(原 PDF 第 2 页)

半导体技术的好处数不胜数,少数缺点之一是固态器件对过电压的脆弱性——能量很低的电压脉冲就能造成干扰与损坏,有时后果深远。随着电子技术渗透到越来越多的应用,最优的过电压/瞬态抑制成为决定性的设计要素。

SIOV®¹⁾ 压敏电阻以其应用灵活性与高可靠性被证明是优异的保护器件。金属氧化物压敏电阻以极具吸引力的性价比,成为限制浪涌电压与电流、吸收能量的理想元件。TDK 产品线包括径向引线圆片型、用于电力配电的 block(方块)型与 strap(带状)型,以及面向汽车电气系统与电信应用的专用类型。SIOV 压敏电阻这类过压保护器件在国际文献中常被称为 TVSS(transient voltage surge suppressor,瞬态电压浪涌抑制器)。

¹⁾ SIOV 为 TDK 金属氧化物压敏电阻的注册商标。

1.2 定义(原 PDF 第 2~3 页)

压敏电阻(varistor,variable resistor)是具有对称 V/I 特性曲线(图 2)的电压依赖电阻器(VDR,voltage dependent resistor),阻值随电压升高而下降。把它并联在被保护的电子器件/电路上,电压升高时它形成低阻分流,从而阻止浪涌过电压进一步抬升。压敏电阻的电压依赖性可近似表征为 $I = K \cdot V^{\alpha}$,其中 α 为“非线性”指数,可理解为 V/I 特性“陡峭度”的量度(详见 1.6 节)。金属氧化物压敏电阻的 α 已可做到大于 30——其保护水平已进入齐纳二极管与抑制二极管的区间;加上出众的电流承受能力与 < 25 ns 的响应时间,堪称近乎完美的保护器件。

见原 PDF 图 1(第 2 页):压敏电阻电路符号(VAR)。 见原 PDF 图 2(第 2 页):金属氧化物压敏电阻线性坐标 V/I 特性(以 SIOV-B60K250 为例,对称曲线;纵轴保护水平标注 200/600/1000/1400 V,横轴浪涌电流 10/30/50 kA;“最大允许工作电压”标注于 ±200 V 区)。

TDK 原版图 2 — 金属氧化物压敏电阻的典型 V/I 特性(线性坐标,SIOV-B60K250):对称曲线,标注保护水平与最大允许工作电压

1.3 微结构与导电机制(原 PDF 第 3~4 页)

氧化锌与其他金属氧化物添加剂在特定条件下烧结,得到阻值对电压呈显著依赖的多晶陶瓷——这一现象称为压敏效应(varistor effect)。图 3 以简化形式给出压敏元件内的导电机制:ZnO 晶粒本身高导电,由其他氧化物构成的晶界则高阻;只有在 ZnO 晶粒相遇之处,烧结才产生“微压敏电阻(microvaristor)”——相当于对称齐纳二极管(保护水平约 3.5 V)。整只压敏电阻的电特性就是这些微压敏电阻串并联的结果。由此,电特性由物理尺寸控制:陶瓷厚度加倍 → 串联的微压敏电阻加倍 → 保护水平加倍;面积加倍 → 并联的电流通路加倍 → 电流承受能力加倍;体积加倍 → ZnO 晶粒形式的“吸收体”加倍 → 能量吸收能力接近加倍。

微压敏电阻的串并联也解释了 SIOV 相对半导体的强大电负载能力:半导体的功耗几乎全部集中在一层薄薄的 p-n 结面上,而 SIOV 把功耗均匀分布在整个体积的所有微压敏电阻上——每个微压敏电阻都带着热接触最佳的 ZnO 晶粒作能量吸收体,因此能量吸收与浪涌电流能力异常高。

见原 PDF 图 3(第 3 页):压敏元件导电机制剖面(标注:Microvaristor 微压敏电阻、Zinc oxide 氧化锌晶粒、Intergranular boundary 晶界;插图给出单个微压敏电阻 V/I(3.5 V@100 µA);晶粒直径标注 ⌀ 10~50 µm[译注:正文下节印 10~100 µm,图题与正文不一致,照录——「待核实」以原 PDF 图为准])。

TDK 原版图 3 — 压敏元件导电机制剖面:ZnO 晶粒(高导)之间由高阻晶界分隔,晶粒相遇处构成“微压敏电阻”(插图:单个微压敏电阻 V/I,3.5 V @ 100 µA)

晶粒尺寸:为把差异悬殊的保护水平匹配到可制造的陶瓷厚度上,SIOV 须用不同电压梯度的陶瓷生产。原材料与烧结工艺的调整影响晶粒长大(晶粒直径约 10~100 µm),从而得到所需的比电压(约 30~250 V/mm);单个微压敏电阻自身的 V/I 特性不因此改变。比电压小的陶瓷(低压型 ≤40 V)不能承受与高压型相同的电流密度——这解释了各系列之间浪涌电流、能量吸收与机械尺寸的差异。晶粒尺寸的影响在 K40 与 K50 电压档之间最明显,例如最大允许浪涌电流:SIOV-S07K40 imax = 250 A;SIOV-S07K50 imax = 1200 A。

1.4 构造(原 PDF 第 4~5 页)

烧结金属氧化物陶瓷按不同产线加工。圆片型(Disk):压敏圆片装上镀锡铜线引脚,陶瓷体以流化床环氧树脂包覆。带外壳圆片型:装进外壳用于特殊过电压场合——其中 ThermoFuse(ETFV 或 T)型为异常过压条件下的自保护而设计。Block 型:处理 10~100 kA 电流的巨大电磁力要求特殊电极的实体接触并灌封于塑料外壳,经螺钉端子电气/机械连接。Strap 型:压敏陶瓷与带螺栓孔的专用电极接触后,以流化床环氧树脂包覆。SMD 型:单片陶瓷体(图 4);SMD 圆片系列(CU)为 UL 94 V-0 阻燃热塑材料¹⁾包封的圆片压敏单元,适用 SMD 焊接工艺,镀锡铜合金端子适用 SnPb 与无铅波峰/回流焊,标志见相应 datasheet。¹⁾ 原文印作“termoplast”,应为 thermoplastic,照录。各构造形式的照片见“Overview of types”章。

见原 PDF 图 4(第 5 页):SMD 元件构造图(单片陶瓷体结构)[译注:原文图题印作“Figur 4 Construction of SMD components”(德语式拼写),照录]。

TDK 原版图 4 — SMD 元件构造:单片陶瓷体(Monolithic ceramic body)内嵌圆片压敏单元(Disk varistor),镀锡铜合金端子与阻燃热塑外壳(Plastic housing)

1.5 等效电路(原 PDF 第 6~7 页)

图 5 给出金属氧化物压敏电阻的简化等效电路,据此可解读不同电流区间的行为(元件参数:L 引线电感约 1 nH/mm;C 电容;RIG 晶界电阻,ρ 约 10¹²~10¹³ Ω·cm;RVAR 理想压敏电阻(0~∞ Ω);RB ZnO 体电阻,ρ 约 1~10 Ω·cm):

见原 PDF 图 5~8(第 7 页):四张等效电路——图 5 全参数电路(L、C、RIG、RVAR、RB);图 6 漏电流区等效(RIG 主导);图 7 正常区等效(RVAR 主导);图 8 大电流区等效(RB 主导)。

TDK 原版图 5~8 — 四个工作区的等效电路:图 5 全参数(L/C/RIG/RVAR/RB);图 6 漏电流区(RIG 主导);图 7 正常工作区(RVAR 主导);图 8 大电流区(RB 主导)

1.6 V/I 特性(原 PDF 第 8~12 页)

1.6.1 表现形式(原 PDF 第 8~9 页)

金属氧化物压敏电阻的 V/I 特性类似奇次幂函数,自然用幂律描述;曲线对称,通常只画一个象限(图 9):

$$I = K \cdot V^{\alpha} \qquad \text{(式 1),}\ \alpha > 1$$

同一物理原理的另一种解读是“电压依赖的阻值在预定电压处的快速变化”——这就是 CTVS 保护原理的基础(图 10):$R = \dfrac{V}{I} = \dfrac{V}{K V^{\alpha}} = \dfrac{1}{K} \cdot V^{1-\alpha}$(式 2)。式 1、2 在对数-对数坐标上表达最清晰(幂函数此时为直线):

$$\log I = \log K + \alpha \cdot \log V \qquad \text{(式 3)} \qquad \log R = \log\left(\tfrac{1}{K}\right) + (1-\alpha) \cdot \log V \qquad \text{(式 4,原 PDF 第 8 页)}$$

这是 CTVS 特性几乎唯一使用的呈现形式(图 11、12);对数坐标还能覆盖 V/I 曲线十个数量级以上的跨度。显然,简化式 1~4 覆盖不了 1.5 节所述的下弯区与上翘区——那里需要“应用笔记”章式 (21) 那样的数学描述。

非线性指数 α 的确定:从 V/I 特性上读两组电压/电流值(V₁/I₁ 与 V₂/I₂),代入式 (3) 解出:

$$\alpha = \frac{\log I_2 - \log I_1}{\log V_2 - \log V_1} \qquad \text{(式 5,原 PDF 第 8 页)}$$

见原 PDF 图 9~12(第 9 页):图 9 V–I 特性(单象限);图 10 R–V 特性;图 11 log V–log I 直线;图 12 log R–log V 直线。

TDK 原版图 9~12 — V/I 特性的四种表现形式:图 9 V–I;图 10 R–V;图 11 log V–log I(α 即直线斜率);图 12 log R–log V

1.6.2 实际 V/I 特性与欧姆电阻(原 PDF 第 9~10 页)

图 13 以 SIOV-B60K250 为例给出典型 V/I 特性——下弯区与上翘区清晰可辨。α 的计算通常取 1 A 与 1 mA 两点:

$$\alpha = \frac{\log I_2 - \log I_1}{\log V_2 - \log V_1} = \frac{\log 1 - \log 10^{-3}}{\log 470 - \log 390} = \frac{0-(-3)}{2.67-2.59} = \frac{3}{0.08} \approx 38$$

[代入核对:V(1 mA) = 390 V、V(1 A) = 470 V 读自图 13;lg470 = 2.672、lg390 = 2.591,3/0.081 = 37≈38 ✓。]图 13 的 V/I 曲线在 10⁻⁴~10³ A 之间几乎是一根直线,故在宽范围内可用式 (3) 很好近似;下弯区/上翘区可在式 (3) 中插入修正项适配(另一种曲线近似法见“应用笔记”章 1.9.1)。由图 13 导出的图 14 给出 SIOV-B60K250 静态电阻 R = V/I 的变化:允许工作电压范围内 R > 1 MΩ,过电压时最多可下降 10 个数量级。

见原 PDF 图 13(第 10 页):SIOV-B60K250 实际 V/I 特性(对数坐标,标出 390 V@1 mA、470 V@1 A 读点)。 见原 PDF 图 14(第 10 页):静态电阻–保护水平关系(SIOV-B60K250,>1 MΩ 至下降 10 个数量级)。

TDK 原版图 13 — 实际 V/I 特性(SIOV-B60K250,双对数坐标):10⁻⁴~10³ A 区间近似直线、α ≈ 38,两端可见下弯区与上翘区

TDK 原版图 14 — 静态电阻 R = V/I 与保护水平的关系(SIOV-B60K250):允许工作电压范围内 R > 1 MΩ,过电压时最多下降 10 个数量级

1.6.3 公差带(原 PDF 第 11~12 页)

单只压敏电阻的实际 V/I 特性因制造/装配参数的微小波动而有所偏离;同一型号的各只压敏电阻,其 V/I 曲线必须全部落在规定的公差带内。图 15 以 SIOV-S14K14 为例。压敏电阻工作在两种状态之一:正常工作电压下高阻;过电压事件中低阻——对应 V/I 曲线的两段:左段(< 1 mA)“高阻”模式——设计者关心给定工作电压下的最大可能漏电流,故画出公差带下限;右段(> 1 mA)“低阻”模式(过压事件)——设计者关心压敏电阻上最坏情况的电压降,故画出公差带上限。1 mA 这条“分界线”并无电物理意义,只是通用的标准参考点(即压敏电压,见 1.7.5)。同分支以相同的最大 AC 工作电压标识(此处“14”→18 VDC 档)。图 15 曲线 1 为公差带均值(虚线为上、下限);1 mA 处的均值即压敏电压,此处 22 V;公差 K ±10% 以此为基准——该点公差带为 19.8~24.2 V。

工作电压下的漏电流:SIOV-S14K14 的最大允许工作电压为 18 VDC。按压敏电阻在公差带中的位置,漏电流介于 6×10⁻⁶~2×10⁻⁴ A(区域 2);工作电压更低则最大可能漏电流也下降(如 10 VDC 时降至最大 2×10⁻⁶ A)。最坏情况下,最大允许 AC 工作电压的峰值将产生 1 mA 的欧姆性峰值漏电流(图 15 点 3)。保护水平:设浪涌电流 100 A,SIOV-S14K14 上的电压将升至 35~60 V(区域 4,取决于其在公差带中的位置)。

见原 PDF 图 15(第 12 页):SIOV-S14K14 公差带(1 mA 处 22 V±10%,区域 1~4 标注)。 见原 PDF 图 16(第 12 页):SIOV-S14K14 公差带(图题与图 15 相同[译注:原文两图图题重复,具体差异以原 PDF 页面为准——「待核实」])。

TDK 原版图 15 — SIOV-S14K14 的 V/I 公差带:虚线为上/下限,1 mA 处均值 22 V±10%(19.8~24.2 V),区域 1~4 为设计关注点

1.6.4 V/I 特性的重叠(原 PDF 第 12 页)

如 1.3 节所述,K40 及以下与 K50 及以上电压档的非线性差异导致 V/I 曲线族相互重叠。对 SIOV 圆片压敏电阻,选 K40 档之前务必先核对 K50 是否更优:一是更高浪涌电流下保护水平更低;二是同直径下 K50 的负载能力显著更高。

1.7 术语与描述(原 PDF 第 13~17 页)

1.7.1 工作电压:产品表给出最大 AC 与 DC 工作电压,只允许被瞬态超越。汽车型按可承受异常电压(jump start 搭电)最长 5 min 标定。规定工作电压下的漏电流可忽略。最大允许 AC 工作电压用于划分各型号系列的电压档位;多数应用中工作电压是给定参数,故产品表按最大允许工作电压排列、便于比较不同尺寸。

1.7.2 浪涌电流、瞬态:短时电流——尤其由过电压引起者——称浪涌电流(surge current)或瞬态(transient)。压敏电阻能承受的最大浪涌电流取决于幅值、脉冲时长与全寿命内的脉冲次数;承受单个规定形状脉冲的能力以产品表的最大非重复浪涌电流表征(单脉冲,tr ≤ 20 µs);更长的脉冲或多次脉冲须按 1.8 节降额。最大浪涌电流按 8/20 µs 波形定义(IEC 60060:上升时间 8 µs/半值衰减时间 20 µs,图 17);该波形近似 20 µs 矩形波——按矩形波定义的浪涌电流降额曲线,在水平段与斜坡段之间的拐点因此落在 20 µs。

1.7.3 能量吸收:压敏电阻的能量吸收与浪涌电流的关系为式 (6),其中 v(t) 为电流流过期间压敏电阻上的电压降:

$$W = \int_{t_0}^{t_1} v(t)\, i(t)\, \mathrm{d}t \qquad \text{(式 6,原 PDF 第 13 页)}$$

“应用笔记”章图 13 给出 SIOV-S20K14AUTO 吸收 100 J 的电气性能示例。最大能量吸收的测试需要较长时长的浪涌电流,常用 IEC 60060 的 2 ms 矩形波(图 18);产品表中的最大能量吸收因此按 2 ms 浪涌电流定义。

见原 PDF 图 17(第 14 页):IEC 60060 标准波形(leading edge/trailing edge、90%/50%/10% 刻度;TS 上升时间、TR 半值衰减时间、O1 名义起点、Im 峰值;常用 TS/TR 比——浪涌电流:4/10、8/20、10/350、10/1000 µs;浪涌电压:1.2/50、10/700 µs)。 见原 PDF 图 18(第 14 页):IEC 60060 矩形波(TD 峰值持续(≈2 ms)、TT 总时长、B 段、可能出现的极性反转)。

TDK 原版图 17 — IEC 60060 标准浪涌波形定义:上升沿(Leading edge)/下降沿(Trailing edge)、90%/50%/10% 刻度、峰值、Ts 上升时间与 Tr 半值衰减时间

TDK 原版图 18 — IEC 60060 矩形波(最大能量吸收的测试波形):TD 峰值持续时间 ≈ 2 ms、TT 总时长、B/B' 段与可能的极性反转

1.7.4 平均功耗:按最大允许工作电压选型时,压敏电阻的功耗可忽略。但若在规定的隔离时间周期内发生多次脉冲、压敏电阻来不及冷却,则必须考虑额定最大功耗——“计算示例”章给出了周期能量应用下最小时间间隔的计算。

1.7.5 压敏电压:压敏电压(varistor voltage)是施加 1 mA 电流时压敏电阻上的电压降。它没有特别的电物理意义,只是规定压敏电阻时常用的实用参考点。

1.7.6 公差:公差数字指 25 ℃ 下的压敏电压;其他电流值下的公差带可以更大(见图 15)。注意:测公差时 1 mA 电流只能短时施加,以免压敏电阻发热歪曲结果(见温度系数)——通电 0.2~2.0 s,典型 1 s。

1.7.7 保护水平(钳位电压,clamping voltage):保护水平是浪涌电流 > 1 mA 时压敏电阻上的电压降。V/I 特性曲线给出的是随浪涌电流(8/20 µs 波形)变化的最大保护水平;产品表另按 R10 系列(ISO 497)浪涌电流给出保护水平——也称钳位电压。

1.7.8 电容:产品表给出 1 kHz 下典型电容值。表值表明:金属氧化物压敏电阻 behaves 像以 ZnO 为介电质的电容器。电容正比于圆片面积(因而正比于电流承受能力),反比于电极间距(即随保护水平升高而下降)。电容值不做出厂检验(outgoing inspection)。

1.7.9 响应行为、响应时间:金属氧化物压敏陶瓷对瞬态的响应时间在亚纳秒级——足以处理电流上升率达 50 A/ns 的极端陡峭 ESD 瞬态,与抑制二极管等半导体保护器件中硅芯片的实测结果相当。但芯片装入封装后,因封装串联电感,响应时间增至 > 1 ns;本数据册规定的压敏电阻响应时间 < 25 ns。把压敏电阻与半导体比较时,压敏电阻的保护水平数字偏高——这不能用“压敏电阻响应更慢”解释(事实并非如此),而是V/I 特性非线性略低所致。本数据册的 V/I 特性在 > 1 mA 电流下按标准 8/20 µs 波形测量,已包含该 di/dt 下压敏电阻引线电感的电压降。要处理陡边沿浪涌电流,电路布局始终应按尽量低电感设计。

1.7.10 温度系数:金属氧化物压敏电阻呈负电压温度系数。典型行为见图 19;温度系数值随电流上升明显下降,约 1 mA 以上完全可忽略。

见原 PDF 图 19(第 16 页):V/I 特性的典型温度依赖(以 SIOV-S20K275 为例;曲线参数 −10/25/50/85/125/150 ℃[译注:首条曲线标“10 ℃”,按图位于最低温侧、对照式 (7) 的负系数应为 −10 ℃——「待核实」以原 PDF 图为准];纵轴 VV 为以 +25 ℃ 压敏电压为基准的百分比)。

TDK 原版图 19 — V/I 特性的典型温度依赖(SIOV-S20K275):−10/25/50/85/125/150 ℃ 六条曲线,高温下 µA 区漏电流显著增大

高温下漏电流的增大因此可见,尤其 µA 区。压敏电压(1 mA 处)的温度系数由式 (7) 描述,图 20 给出 SIOV-S20K275 的实测结果:

$$ \vert TC \vert < 0.5 \cdot 10^{-3}/K = 0.05\%/K = 1\%/\Delta 20K \qquad \text{(式 7,原 PDF 第 17 页)}$$

见原 PDF 图 20(第 17 页):SIOV-S20K275 在 1 mA 处的电压温度系数(横轴 −40~140 ℃,纵轴 ΔV/V₂₀ −5%~+3%;图面叠 −0.5·10⁻³/K 参考直线)。

1.8 降额(Derating,原 PDF 第 17~18 页)

降额指应用中有意削减最大额定值。金属氧化物压敏电阻的降额在两种条件下特别重要:重复浪涌电流与能量吸收的降额;工作温度升高时的降额。

1.8.1 重复浪涌电流的降额:金属氧化物压敏电阻的典型特征是浪涌电流(进而能量吸收)的最大允许额定值取决于脉冲形状、脉冲时长,以及全寿命内该负载的重复次数。某型号系列按 10 倍分档(graded 10x)给出重复次数下的浪涌降额曲线,可导出特定最大允许浪涌电流的降额;降额曲线主要取决于压敏电阻尺寸,也与电压档有关。本数据册为每只压敏电阻都给出这种降额曲线。最大允许能量吸收也可由降额曲线计算:$W_{max} = v_{max} \cdot i_{max} \cdot t_{r\,max}$。

1.8.2 工作温度升高时的降额:工作温度超过 85 ℃ 或 125 ℃ 时,压敏电阻的电压、浪涌电流、能量吸收、平均功耗须按图 21 降额。

1.9 工作与储存温度 / 1.10 气候类别(原 PDF 第 18 页)

各型号系列工作/储存温度范围的上限可由图 21 的 100% 与 0% 值分别导出;更低额定值见产品表。按 IEC 60068 的极限温度在产品表中以 **LCT(下限类别温度)与 UCT(上限类别温度)**给出。

见原 PDF 图 21(第 18 页):工作电压/浪涌电流/能量吸收/平均功耗的温度降额曲线——降额曲线 1:SIOV-B、LS;曲线 2:SIOV-T 或 ETFV 型;曲线 3:SIOV-CU 或 S…(AUTO)、Q;曲线 4:SIOV-S…(E2)(E3)(E4)、S…AUTOD1、SNF。

TDK 原版图 21 — 工作温度降额曲线:工作电压/浪涌电流/能量吸收/平均功耗随环境温度 TA 的允许百分比(曲线 1~4 对应不同系列,见下方系列对照表)

1.11 过载响应(原 PDF 第 19 页)

1.11.1 中度过载:浪涌电流或持续过载达到规定值的约 1.5 倍以内,可使压敏电压变化超过 ±10%——多数情况下压敏电阻不会损毁,但电特性可能发生不可逆变化;此时 TDK ETFV 内的热保险丝(thermal fuse)可能断开。

1.11.2 严重过载:远超额定值的浪涌电流会击穿(puncture)压敏元件;极端情况下压敏电阻爆裂。过度的稳态过载会把 ZnO 晶粒熔合,形成以 ZnO 体电阻(远低于原压敏电阻阻值)导电的通路。过载还可能使压敏陶瓷过热,导致其从电极上脱焊。

1.12 设计注意事项(原 PDF 第 19~20 页)

若预计出现陡峭浪涌电流边沿,设计必须保证尽量低的电感(见 1.7.9)。

1.12.1 物理防护、熔断器:瞬态的性质不可预测——即使仔细选型,压敏电阻仍可能过载。过载可能导致封装破裂、喷出炽热材料,因此压敏电阻应与相邻元件物理隔离(如加合适金属壳)。用熔断器防止压敏电阻过浪涌电流通常不可行——标准熔断器无法分断浪涌电流;但熔断器可以防止**后续电流(follow-on current)**造成的损坏:压敏电阻损坏进入低阻态仍接在电源上时流过的电流就是后续电流。压敏电阻工作在标准线路阻抗下时,标称熔断器电流与压敏电阻型号系列按下表匹配(全录):

型号系列 S05 S/SNF07 S/SNF10 S/SNF14 S/SNF20/Q14 S25/Q20 T14 T20 ETFV25 B32 B40/LS40/LS41 B60/LS50 B80
标称熔断器电流 [A] ≤1 ≤3 ≤6 ≤10 ≤16 ≤25 ≤10 ≤16 ≤25 ≤50 ≤80 ≤125 ≤160

线路阻抗条件偏离标准电力线路的应用,用热熔断器(thermo-fuse)可获得对压敏电阻更好的保护——热熔断器应与压敏电阻直接热接触;更优的是热耦合与压敏电阻匹配设计的 TDK ThermoFuse 压敏电阻系列 ETFV/T。

1.12.2 灌封与密封、粘接:灌封、密封或粘接材料可能与压敏陶瓷发生化学反应、使其电特性劣化。相关信息可垂询。

1.12.3 先前损伤:所列数值仅适用于未受过电气/机械/热损伤的压敏电阻。

1.12.4 环境条件:SIOV 压敏电阻为室内应用设计。务必避免:阳光直射;雨淋或凝露;蒸汽、盐雾;腐蚀性气体;缺氧气氛。

1.12.5 圆片型压敏电阻引线的机械强度:引线符合 IEC 60068-2-2 要求;只允许在距包覆端最小 4 mm 处弯折;弯折成形时必须支撑引线与元件的连接处;最小弯曲半径 0.75 mm。

1.13 命名系统(原 PDF 第 20~21 页)

Varistor = variable resistor;SIOV® = TDK 压敏电阻注册商标。表 1(命名要素全录):

要素 代码 含义
设计 B Block 型(HighE 系列)
ETFV/T 带外壳圆片型(ThermoFuse)
LS…P / LS…PK2 Strap 型圆形环氧包覆,折弯/直引带(HighE 系列)
LS…QP / LS…QPK2 Strap 型方形环氧包覆,折弯/直引带(HighE 系列)
Q 方形引线圆片型(EnergetiQ 系列)
S/SNF 圆形引线圆片型
CU 包封芯片型
公差(1 mA 压敏电压) K / L / M ±10% / ±15% / ±20%
S…A/B/C 特殊公差 A、B 或 C
最大允许 AC 工作电压 11…1100 VRMS 数值
编带 G / GA / G.S. 编带/卷;编带/Ammo 包装;编带/卷,压接式 S~S5

圆片压敏电阻的额定直径/长度:5~80 mm。附录后缀:AUTO=附加 load dump 与 jump start 规范;AUTO…D1=另加高温规范;E2=AdvanceD 系列;E3/E4=SuperioR 系列;K1=多脉冲(MP)系列;K2=修改定义后缀;M=客户定制引线长度(mm);P=标准环氧包覆;Q=方形;R5/R7=5.0/7.5 mm 非标准引线间距。生产代码:全部包覆压敏电阻印有年/周码,例:17 29 = 2017 年第 29 周。缩写:MOV=metal oxide varistor;ZnO=zinc oxide varistor;VDR=voltage-dependent resistor;过压保护元件总称:TVSS=transient voltage surge suppressor。

1.14 圆片压敏电阻的标志(原 PDF 第 22 页)

圆片型压敏电阻的印刷标志如图 22 所示,按下划线区分系列:S/SNF 下方无下划线=StandarD 标准型;S/SNF 下方有下划线=AdvanceD(E2)型;S/SNF 上方有横线=SuperioR(E3)型;上、下均有线=SuperioR(E4)型。标志区下部为日期码 yy ww。S/SNF05、S/SNF07 不印 UL/CSA 标志。

见原 PDF 图 22(第 22 页):StandarD/AdvanceD/SuperioR 系列的印刷标志形态(以 S14K275、S20K275、S25K275 为例;日期码 17 29 = 2017 年第 29 周)。

开关电源 X 侧选型要点——本库展开,非原文内容

以下为本库视角的归纳,事实底稿来自本篇正文(标注节号)与库内 EVM 文档;具体型号选型以 TDK 产品表与雷击测试标准为准。

  1. AC 输入侧的档位逻辑:压敏电阻按最大允许 AC 工作电压分档(§1.7.1)。230 V 电网(峰值 325 V)常规选 K275(275 VRMS)档——本库 EVM 例:EVBUM2886 精译 用 V430CH8SM(275 V AC,250 A,80 pF,SMD 3220);120 V 电网用 K130~K150 档(本库推断,按 §1.7.1 档位规则与公差带上限推算)。
  2. “470 V”与“275 V”口径差异:EVBUM2822 精译 的 RT3 = V300LA20AP(Littelfuse,BOM 描述“470 V 压敏电阻,4.5 kA”)——470 V 为压敏电压口径(V1mA)、300 为 300 VRMS 工作电压档,两者不矛盾(该篇 BOM 存疑点⑥已释);本篇口径下对应 §1.7.5(1 mA 压敏电压)与 §1.7.1(AC 工作电压分档)两条参数。
  3. 降额三件事(§1.8):重复浪涌按“10 倍分档降额曲线”查;>85/125 ℃ 时电压/浪涌电流/能量/平均功耗四项一起降;周期性多次脉冲要算冷却间隔(§1.7.4)。压敏电阻吸收的是“多次事件”不是“无限事件”——Wmax = vmax·imax·trmax 只对定义波形成立。
  4. 失效与善后(§1.11/§1.12.1):中度过载 = 压敏电压漂移 >±10%(不可逆);严重过载 = 击穿/爆裂、低阻通路 + 后续电流。熔断器不能分断浪涌、只能防后续电流,标称熔断器电流按 §1.12.1 匹配表选;要求自保护时用热耦合的 ETFV/ThermoFuse 型。压敏电阻短路与开路失效模式的讨论另见 Littelfuse 瞬态抑制篇 §失效模式。
  5. EVM 的边界声明要当真:EVBUM2886 明言“本演示板未针对浪涌、雷电等优化”——EVM 上的压敏电阻是常规工况配置;要过 IEC 61000-4-5/IEC 62305 类雷击等级(波接口径 1.2/50 µs、8/20 µs,见本篇图 17 常用波形表),须按目标等级重新核算能量与多级配合(防雷等级语境的展开见 Littelfuse 瞬态抑制篇译注)。

译者附注(全库视角)

  1. 关键数字速查:α > 30(B60K250 算例 α≈38,V1mA=390 V/V1A=470 V);响应时间 <25 ns(陶瓷亚纳秒、封装后 >1 ns、ESD 50 A/ns 可处理);单微压敏电阻 3.5 V@100 µA;晶粒 ⌀10~100 µm(图 3 标 10~50 µm);比电压 30~250 V/mm;8/20 µs 定义最大非重复浪涌电流、2 ms 矩形波定义最大能量吸收;S14K14 示例核算(22 V±10% → 19.8~24.2 V;18 VDC 下漏电流 6 µA~200 µA;100 A → 35~60 V);K40 vs K50:S07K40 250 A vs S07K50 1200 A;TC<0.05%/K(1 mA 以上可忽略);S07 即直径 7 mm、盘径 5~80 mm;引线电感 1 nH/mm。
  2. “尺寸定性能”三行口诀(§1.3):厚度→保护水平(串联)、面积→电流(并联)、体积→能量(吸收体)——选型先定这三个自由度,再按 §1.6.4 检查 K 档重叠。
  3. 与 Littelfuse 篇的分工:本篇给“器件怎么做出来、参数怎么定义、怎么降额”;02_Littelfuse瞬态抑制精译给“抑制器为什么必须非线性、MOV vs TVS 怎么选、失效模式怎么权衡”——两篇互为表里。
  4. OCR/转写存疑点汇总:①图 3 晶粒直径 10~50 µm vs 正文 10~100 µm(照录,「待核实」);②图 19 首条温度曲线“10 ℃”疑为 −10 ℃(「待核实」);③§1.1 末句指向不存在的“Selection procedure”章(本版章节编号 1.1~1.14,无该章)——疑旧版残留;④“Figur 4”“termoplast”类拼写笔误照录;⑤图 16 与图 15 图题相同(具体差异以原 PDF 为准);⑥§1.7.3 引用的“应用笔记章图 13”(S20K14AUTO 100 J)在本 22 页节选版中不存在,指全册另章——「待核实」。

上一级:MOV