壓敏電阻在IEC 62368-1中的試驗(yàn)要求

胡華軍

（中檢集團(tuán)南方測(cè)試股份有限公司，廣東 深圳 518055）

0 引言

隨著電子信息科技的發(fā)展，各種電子電器設(shè)備給我們的生活帶來(lái)便利，同時(shí)也存在無(wú)形的安全隱患。壓敏電阻是指MOV或VDR。壓敏電阻在電子電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)上是一個(gè)非常重要的元器件。安全標(biāo)準(zhǔn)IEC62368-1《音頻/視頻、信息和通信設(shè)備 第1部分：安全要求》針對(duì)壓敏電阻提出了新的要求，本文分析并介紹相關(guān)測(cè)試要求。

1 壓敏電阻定義和介紹

“壓敏電阻”是一種限壓型保護(hù)器件，具有非線性伏安特性的電阻器件，主要用于在電路承受過(guò)壓時(shí)進(jìn)行電壓鉗位，吸收多余的電流以保護(hù)敏感器件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。英文名稱叫“Voltage Dependent Resistor”，簡(jiǎn)寫為“VDR”，或者叫作“Varistor”。現(xiàn)在大量使用的“氧化鋅”（ZnO）壓敏電阻，具有殘壓低、響應(yīng)時(shí)間快、無(wú)續(xù)流等優(yōu)點(diǎn)，目前在電子技術(shù)、通信領(lǐng)域大量使用。但是它同時(shí)也存在泄露和寄生電流較大等弊端，不利于對(duì)高頻電子的保護(hù)[1]。

1.1 氣體放電管

氣體放電管是一種間隙式的防雷保護(hù)元件，放電管內(nèi)充入電氣性能穩(wěn)定的惰性氣體，外殼材料多為陶瓷，又稱陶瓷放電管。氣體放電管它的極間絕緣電阻大、寄生電容小，但是它的通流能力比壓敏電阻大，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。而且，氣體放電管用于電網(wǎng)電源電路時(shí)，存在續(xù)流問(wèn)題：即當(dāng)氣體放電管兩端的浪涌電壓消失后，電網(wǎng)電源電壓仍然大于氣體放電管的維持放電電壓，使其持續(xù)放電，無(wú)法恢復(fù)到初始的高阻抗?fàn)顟B(tài)。所以氣體放電管一般不單獨(dú)用在電網(wǎng)電源電路中，多應(yīng)用于次級(jí)通信電路中，或者壓敏電阻與氣體放電管串聯(lián)電路中。

1.2 壓敏電阻與氣體放電管串聯(lián)

由于壓敏電阻和氣體放電管本身材料特性，在單獨(dú)使用時(shí)都存在一定弊端。在需要更高可靠性和安全性的服務(wù)器和交換機(jī)等設(shè)備上使用的開關(guān)電源[2]，我們經(jīng)常見到將一個(gè)壓敏電阻與氣體放電管串聯(lián)后使用在相線與地之間。在壓敏電阻的前級(jí)加入氣體放電管進(jìn)行能量配合使用，可以降低輸出殘壓，提高流通量，減緩元件老化，延長(zhǎng)壽命[3]。

1.3 針對(duì)使用串聯(lián)電路時(shí)IEC62368-1標(biāo)準(zhǔn)

第5.5.7條款規(guī)定了需滿足如下條件。

如在電網(wǎng)電源和保護(hù)地之間使用SPD，則SPD應(yīng)當(dāng)由壓敏電阻（MOV）和GDT（氣體放電管）串聯(lián)組成，并符合以下兩個(gè)條件要求：

（1）壓敏電阻（MOV）應(yīng)當(dāng)符合G.8.2.2；

（2）GDT（氣體放電管）應(yīng)當(dāng)符合以下兩個(gè)條件要求：

GDT（氣體放電管）應(yīng)該滿足基本的絕緣抗電強(qiáng)度試驗(yàn)；

GDT（氣體放電管）應(yīng)該滿足基本的絕緣外部電氣間隙和爬電距離的要求（中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)差異，若適用于高海拔5000m以上，則電氣間隙需要乘1.48倍的系數(shù)）。

2 壓敏電阻電擊防護(hù)要求

壓敏電阻應(yīng)符合IEC 61051-2或IEC61643-331標(biāo)準(zhǔn)，不論其是否具有防火防護(hù)外殼都要考慮下列所有要求：

（1）優(yōu)先氣候類別

下限類別溫度：－10℃；

上限類別溫度：＋85℃；

穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間：21d。

（2）最大連續(xù)電壓

至少為設(shè)備額定電壓的1.25倍，或至少為設(shè)備額定電壓范圍的上限電壓的1.25倍。

（3）組合脈沖

（IEC61051-2:1991+修訂1:2009的表I，組別1或IEC61643-331：對(duì)該項(xiàng)試驗(yàn)，按照IEC61051-2:1991修訂1:2009的2.3.6或IEC61643-331選擇組合脈沖。（試驗(yàn)由10個(gè)正極性脈沖或10個(gè)負(fù)極性脈沖組成，每個(gè)脈沖的電壓波形為1.2/50s，電流波形為8/20s。同時(shí)還需要滿足IEC62368附錄G.8.2.2、G.8.2.3相關(guān)試驗(yàn)要求，選擇組合脈沖時(shí)，電網(wǎng)電源電壓低于300V時(shí)，過(guò)電壓類別Ⅳ，必須通過(guò)6kV/3kA電壓電流組合脈沖（電壓脈沖波形為1.2/50μs，電流脈沖波形為8/20μs）。判定要求：試驗(yàn)后，壓敏電阻采用制造商規(guī)定的電流測(cè)量，其電壓與試驗(yàn)前相比變化不應(yīng)大于10%。

3 壓敏電阻著火的安全防護(hù)

用作防火安全防護(hù)的壓敏電阻，壓敏電阻應(yīng)被認(rèn)為是PIS。壓敏電阻過(guò)載試驗(yàn)和暫態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)應(yīng)按照表1根據(jù)最大連續(xù)交流電壓進(jìn)行。

表1 G.10 壓敏電阻器的過(guò)載和瞬時(shí)過(guò)電壓試驗(yàn)

Vr為設(shè)備額定電壓或者額定電壓范圍的上限值。

3.1 壓敏電阻過(guò)載試驗(yàn)（G.8.2.2）

過(guò)載測(cè)試條件：外殼由可燃性材料制成且距離壓敏電阻小于13mm時(shí)。

對(duì)于跨接在電網(wǎng)電源間（L到L或L到N）、相線到保護(hù)地（L到PE）、中線到保護(hù)地（N到PE）的壓敏電阻或者包含壓敏電阻的浪涌抑制電路，按照表1進(jìn)行以下試驗(yàn)：

（1）施加兩倍的額定輸入電壓2×Vr；

（2）串聯(lián)可調(diào)電阻，電流按串聯(lián)到交流電源的試驗(yàn)電阻Rx計(jì)算；

（3）Vr為設(shè)備額定電壓或者額定電壓范圍的上限值。

對(duì)于L線到N線，設(shè)備中裝有不超過(guò)10A的保險(xiǎn)絲與壓敏電阻串聯(lián)，可以使用初始測(cè)試電阻器（R1）產(chǎn)生相同的結(jié)果電流作為保險(xiǎn)絲或短路。如果沒(méi)有串聯(lián)保險(xiǎn)絲，則進(jìn)行如下試驗(yàn)：

第一步，測(cè)試應(yīng)使用初始測(cè)試電阻R1=16×Vr進(jìn)行（如果開始施加試驗(yàn)電流時(shí)電路沒(méi)有立即斷開，試驗(yàn)應(yīng)該持續(xù)到溫度穩(wěn)定）；

第二步，試驗(yàn)應(yīng)換用新的Rx（R2，R3，R4等）重復(fù)試驗(yàn)直到電路斷開。

（1）R2=8×VrΩ；

（2）R3=4×VrΩ；

（3）R4=2×VrΩ；

（4）Rx=0.5×（Rx-1）×VrΩ。

判斷依據(jù)：試驗(yàn)期間，電路可以由于保護(hù)裝置（如熱熔斷體或GDT）的動(dòng)作而開路。

試驗(yàn)期間和試驗(yàn)后，應(yīng)無(wú)著火的危險(xiǎn)。

注意：MOV的“Maximum continuous AC voltage”不能直接選擇實(shí)物上面標(biāo)出的額定電壓值，而是需要核對(duì)產(chǎn)品的UL或者VDE證書。

例如：MOV的型號(hào)為05D561K（UL File No.E330837），最大的Maximum continuous AC voltage電壓為350V。

3.2 測(cè)試舉例

額定輸入電壓：100～240V，MOV跨接L/N為例進(jìn)行模擬測(cè)試。

選用以下三種規(guī)格的MOV進(jìn)行過(guò)載測(cè)試。

（1）示例1，選擇MOV(561K)壓敏電阻，起初認(rèn)為如果MOV發(fā)熱，必有電流通過(guò)，在回路中串聯(lián)一個(gè)電流表監(jiān)控電流，開始測(cè)試：

第一步，當(dāng)R1=3840Ω時(shí)，觀察到電流表未有電流通過(guò)；

第二步，接著選擇R2=1920Ω繼續(xù)測(cè)試，電流表依然沒(méi)有電流通過(guò)；

第三步，繼續(xù)更換阻值，選擇R3=960Ω，電流表依然沒(méi)有電流通過(guò)；

第四步，電阻和電流表移除，MOV瞬間爆裂，金屬熔融物濺出，保險(xiǎn)絲隨后動(dòng)作（開路）；

測(cè)試結(jié)果：壓敏電阻爆裂，試驗(yàn)不合格。

（2）示例2，選擇MOV(471K)型壓敏電阻，R1=3840Ω，模擬塑料外殼靠著MOV上的情況，然后開始進(jìn)行測(cè)試，MOV本體溫度迅速上升達(dá)到最大值310℃，隨后趨于平穩(wěn)[4]。

測(cè)試結(jié)果：由于MOV本體溫度過(guò)高，導(dǎo)致塑料外殼碳化穿孔，有著火和電擊危險(xiǎn)，試驗(yàn)不合格。

（3）示例3，選擇MOV(681K)型壓敏電阻，R1=3840Ω，本體上布置溫升熱電偶，塑料外殼靠著MOV上的情況，然后按照Rx的順序進(jìn)行測(cè)試，最后用導(dǎo)線直接替換電阻，MOV本體無(wú)任何異常溫升，塑料外殼無(wú)碳化和變形。

測(cè)試結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果為合格。MOV的發(fā)熱與其”Maximum continuous AC voltage”有關(guān)。

4 壓敏電阻暫態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)（G.8.2.3）

對(duì)于連接在電網(wǎng)電源導(dǎo)體和地之間包含壓敏電阻器的浪涌抑制電路，按照IEC61643-11的8.3.8.1在低壓系統(tǒng)故障引起的TOV下試驗(yàn)和8.3.8.2在高中壓系統(tǒng)的故障引起的暫時(shí)過(guò)電壓TOV下試驗(yàn)，試驗(yàn)之后產(chǎn)品的絕緣不能發(fā)生擊穿和崩潰[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了壓敏電阻在IEC62368-1標(biāo)準(zhǔn)下的檢測(cè)試驗(yàn)要求，進(jìn)行了相關(guān)總結(jié)和歸納，補(bǔ)充了MOV過(guò)載試驗(yàn)的測(cè)試方法，提高了標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于此類產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)的可操作性。同時(shí)通過(guò)舉實(shí)例來(lái)說(shuō)明，希望能夠幫助設(shè)計(jì)開發(fā)和相關(guān)測(cè)試人員提高對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的條款理解，選擇合適的安全元器件，從而達(dá)到減少火災(zāi)和電擊風(fēng)險(xiǎn)的目的。