压敏电阻IEEE标准.doc

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1、 ANSI/IEEE C62.33-1982 (IEEE 1988年重定) (ANSI 1989年重定)美国国家标准关于浪涌保护器压敏电阻IEEE标准测试规范发起者浪涌保护器委员会IEEE电源工程协会1981年9月17日批准1988年3月10日重定1994年3月17日重定IEEE 标准版1983年7月1日批准1988年3月10日重定美国国家标准机构版权所有1982年条款 页数1. 范围11.111.211.3.11.4.12.在定义压敏电阻里术语和字母符号的描述2.1额定参数值 .22.2 描述.22.3 基本描述.33.工作条件.53.1 正常工作条件.53.2 非正常工作条件.64. 标准

2、设计测试程序.74.1 标准设计测试标准 .74.2 统计程序74.3 测试标准74.4 限制电压测试（Vc）(见 Fig3)74.5 额定峰值单次脉冲瞬时电流测试（Itm）(见图4).84.6 寿命额定脉冲电流测试（见图3）.84.7 额定有效值电压测试（Vm(ac)）(见图5)，额定直流电压测试（Vm(dc)）.104.8 直流功耗电流测试（ID）（见图6）104.9 标称压敏电压测试（VN(dc)）和（VN(ac)）（见图6）.114.10 额定循环峰值电压测试（Vpm）(见图5).124.11 电容测试.124.12 交流功耗功率（Pd）.125. 失效模式.12短路电路失效模式.12

3、降级失效模式.13高限制电压失效模式.13“失效-安全”工作.136. 其他参数.13额定瞬变能量.14额定瞬时平均功率泄放（Pt(A V)m）.14电压过冲击（Vos）(见图8).15响应时间，过冲持续时间（见图8）.157. 参考书目.151. 总则1.1这个标准适用于浪涌保护应用系统的压敏电阻，该系统具有从直流到频率420Hz、电压小于等于1000Vrms，或者1200V dc。此标准包含的定义、工作条件和一系列测试准则用于测定这些压敏电阻的特性参数。假如这些参数随道导通的方向不同而不同时，那么就要在正反两极性条件下测定这些参数。ANSI/IEEE C62.1-1984 里覆盖的避雷器是

4、不在这个标准里的。1.2在这个标准里的测试旨在和ANSI/IEEE Std100-1984（3）定义的设计测试一样，并提供一种在各种浪涌保护装置间比较的方式。1.3压敏电阻浪涌保护装置用于在电气线路里提供瞬时过压保护。ANSI/IEEE Std100-1984（3）中定义的压敏电阻，是具有非线性电压-电流特性的装置。尤其是，这个标准适用于这样的装置，这个装置在电流增加时电压几乎没有什么变化。因为随着电压的增加这个装置的阻抗降低，在浪涌发生的前后，它提供相对低的阻抗通道给浪涌电压和在正常系统电压时相对高的阻抗。在这个标准中的定义和准则提供给用户和生产浪涌保护压敏电阻装置的厂商一种通用的工程受益的

5、语言。1.4由于这里描述的大多数测试采用的电压和能量等级，所有测试都要考虑到危险性和在左试验的时候应特别注意。2. 术语的描述和在定义压敏电阻的字母符号2.1额定参数值此标准的目的是，厂商根据在4.2指出的统计接受准则建立额定的参数值。2.2描述这部分的描述适用于具有有对称的或非对称V-I 特性曲线压敏电阻。假如V-I 特性随着导通的方向不同而不同的话，那么他们就是非对称的并且对每个方向都要核实它的特性值。图1表示了术语之间的关系。一些术语是基于脉冲响应特性的。对于定义脉冲波形的方法见ANSI/IEEE Std 4-1978和这个标准的图2. Vx=压敏电压Ix VN（dc）=标称压敏电压指定

6、电流IN（dc） Vc=压敏电阻的限制电压峰值电流Ip Vpm =对于指定波形的峰值电压最大值 Vm（dc）=施加的直流电压的最大值 图1- 图表说明符号和定义 （a）线性坐标（没有缩放） （b）对数坐标（典型）O1=波形实际原点 t=从峰值的10%到90%的时间 t1=实际的波前时间=1.25*t t2=实际时间到半波峰值时间（脉冲持续时间）例如：对于8/20s电流波形：8s= t1=实际波前时间20s= t2=实际时间到半波峰值时间注意：（1）这个波形时针对电流波形的。在ANSI/IEEE Std 4-1978（2）中定义的电压波形时不同的。 （2）对于详细的波形误差和失真见ANSI/IE

7、EE Std 4-1978（2）. 图2 冲击电流波形2.3基本描述2.3.1部分到2.3.6给出了术语的描述和用来定义压敏电阻的字母符号，和最少的必需用来表征这个装置的描述。术语和描述 符号 参考2.3.1限制电压.：指定波形和冲击电流跨接在 Vc 看4.4 和图3 压敏电阻上测量得到的峰值电压2.3.2额定峰值单次脉冲瞬时电流（压敏电阻）施加8/20波形脉冲，也施加额定线电压，没有促使 Itm 看4.5和图4装置失效的最大峰值电流2.3.3寿命额定脉冲电流（压敏电阻）对于脉冲持续时间超过8/20波形时间，Itm的降级 - 看4.6和图3值且对于应用多重脉冲可能超过该装置的额定寿命2.3.4

8、额定有效电压（压敏电阻） Vm（ac） 看4.7和图5施加的最大持续正旋有效电压2.3.5额定直流电压（压敏电阻） Vm（dc） 看4.7和图5施加的最大持续直流电压2.3.6直流功耗电流（压敏电阻）在额定电压Vm（dc）下的压敏电阻的电流 ID 看4.8和图62.4附加描述. 对于某种应用，下列术语可能有用.2.4.1标称压敏电压. 在指定脉冲直流电流，IN（dc）和指定耐受时间下测量压敏电阻两端的电压。IN（dc） VN（dc） 看4.9，5.2和图6IN（dc）由压敏电阻厂商指定 . 2.4.2峰值标称压敏电压在. 在指定峰值交流电流， VN（ac）和指定耐受时间下测量压敏电阻两端的电压

9、。VN（ac） VN（ac） 看4.9和图6IN（dc）由压敏电阻厂商指定 . 2.4.3 额定循环峰值电压（压敏电阻）.对于一个指定的负载周期和波形，施加的最大循环峰 Vpm 看4.10和图5值电压. 2.4.4 额定单次脉冲瞬时能量（压敏电阻）.对于一个单次最大脉冲额定电流在指定波形和施加额定 Wtm 通过评价，看图6.2 有效电压或额定直流电压没有促使装置失效的能量功率. 2.4.5 额定瞬时平均功率泻放（压敏电阻）对于一个单次最大脉冲额定电流在指定波形和施加额定 Pt（av）m 通过评价，看图6.2 有效电压或额定直流电压没有促使装置失效的最大平均泻放功率.2.4.6压敏电阻的电压.

10、在给定电流Ix下测量 Vx 看图1压敏电阻的电压. 术语和描述 符号 参考2.4.7电压限制比率（压敏电阻）.测量压敏电阻限制的 Vc/Vpm 由计算得出效果的一个品质特征，由符号Vc/Vm（dc），Vc/Vm（dc）定义2.4.8 非线性指数.在两个给定的工作电流I1和I2之间测量压敏电阻的非线性，由I=KV，这里的K是常数， 由计算得出I1II2,并且=（LogI2/I1）/（LogV2/V1）2.4.9 动态阻抗（压敏电阻）在指定的工作点上测量一个 Zx 由计算得出小的信号阻抗，由下定义:Zx=(dVx)/(dIx)2.4.10电阻值（压敏电阻）压敏电阻在给定工作点的静态 Rx 由计算得

11、出 电阻，由下定义：Rx=(dVx)/(dIx)2.4.11电容（压敏电阻）在指定频率和偏置电压下压敏电 C 见4.11阻两端测得的电容.2.4.11交流耗散功率（压敏电阻）在额定有效值电压Vm（ac） Pd 见4.12和图7下压敏电阻功率泻放的测量。2.4.13 电压过冲击（压敏电阻）.当施加波前持续时间低于8s的电流波形时超出装置的限制电压的那部分电压。这个电压可以 Vos 见6.3和图8定义用限制电压Vc的a%来表示。（对于8/20s波形）2.4.14响应时间（压敏电阻）.在波形超出限制电压水平和电压过冲击峰值之间的点的时间。这个定义的目的是， 用同样峰值电流幅值的8/20波形定义限制电

12、压作为这个响应时间 - - 见6.4和图8定义的使用波形。 2.4.15过冲击持续时间（压敏电阻）.在波形超出限制电压水平（Vc）点和电压过冲击下降到峰值的50%点之间的时间。对于定义的目的是，用同样峰值电流幅值的8/20波形定义限制电压作为过 - -冲击持续时间的使用波形。3. 工作条件3.1正常工作条件没有特别要求，下列项目应该由厂家指定。3.1.1环境条件（1） 工作和存储温度范围（2） 海拔或空气压力（3） 湿度（4） 机械振动和冲击3.1.2 压敏电阻无力特性（1）耐溶解性（2）焊接性能（3）可燃性（4）过载时包装破裂3.1.3 系统条件（1） 标称系统频率（2） 最大持续系统电压3

13、.1.4 在系统条件下的浪涌值（1） 峰值单次瞬时电流（Itm）(2 ) 寿命额定冲击电流（3） 额定单次冲击瞬时能量（Wtm）（4） 额定瞬时平均功率泻放（Pt(AV)m）3.2非正常工作条件下列工作条件在设计上或者压敏电阻应用上可能需要特别考虑，应该引起厂商的注意。3.2.1环境条件1） 环境温度超过标准工作条件2） 海拔超过厂商规定3） 暴露于下列情况a) 有害烟雾或水汽b) 过量灰尘或水流传到累积；过分漕湿，水汽和滴水，水流或者盐喷；爆炸性气体；不正常振动或冲击c) 辐射4） 非正常运输或储存条件5） 严重可燃3.2.2物理条件在空间或重量上的限制，包括传导物体的清晰，尤其是海拔超过厂

14、商指定的。3.2.3系统条件1） 系统电压，电流或工频条件超过装置的值（看section 5 失效模式）2） 系统浪涌电流超过装置的值（看section 5 失效模式）3） 任何其他用户已知的非正常条件4. 标准设计测试程序4.1标准设计测试准则在4.4到4.12 描述的设计测试为简单观察压敏电阻装置的特定属性提供标准化的方法。装置和装置的不同，这些属性可能不同，因此有必要提供统计的属性描述以便比较产品。4.2统计程序应使用下列程序来描述任何属性，这些测定的属性有重要的统计方面。选择产品样品应采用和设计的测试定义一致，测试时由ANSI/IEEE Std 100-1977（3）提供。测试足够多数

15、量装置，并且按照在适用的设计测试中的描述测量有疑问的特性参数值，直到测定下面的统计分布参数在厂家指定的信心限度内。相关的产品样品值（没有限定）诸如意思，中值，最大最小值和标准偏差能被陈述出。4.3测试条件4.4到4.12的测试应该按要求在装置上进行。没有特别指定，环境测试条件应该如下：温度255相对湿度：小于85%海拔：低于2000m（6562）4.4限制电压测试4.4.1这个测试的目的是在通过浪涌电流时测定压敏电阻提供的电压保护。限制电压应该是在脉冲波形8/20us电流，指定峰值下测量的。线路在功能上等效于图3。没有特别指定这个装置在两极上都要测试。 R3 =电流传感电阻CRO=观察电流和电

16、压的示波镜VUT=测试下的压敏电阻注意：对于大电流高频率测试中测量技术应该注意到，诸如卡尔文连接（四点探头）和短引脚.P1 =充电网络或电源S1 =充电开关S2 =冲击放电开关 L =冲击整形电感 C =冲击发生器电容 R1=冲击整形电阻 R2=冲击整形和限流电阻 图3-限制电压的测试电路4.4.2为了建立电压-电流特性曲线图，限制电压应该在两个电流等级下测量。这两等级应该一个中间值和一个是很高值，参照额定浪涌电流容量。（4.9每段中的标称压敏电压的测量提供一个低电流观察点）没有指定要求对于中间等级测试，使用的峰值电流测试建议的范围为5A-300A。对于高等级测试限制电压的测量，在寿命额定冲击

17、电流测试期间限制电压的测量建议使用表1中的对应两种脉冲条件的电流 ，和8/20us测试波形的这种脉冲在正负两级性上都要施加。对于特别的应用，可以指定其他测试波形。4.5 额定峰值单次脉冲瞬时电流测试（Itm）(见图4)4.5.1这个测试的目的是证实压敏电阻在额定通流量下当受到单次浪涌，它的设计符合可靠性的统计表达水平。采用失效准则章节5。4.5.2对于每种极性在额定峰值幅度下压敏电阻受到一个8/20s电流脉冲冲击。合适的额定电压Vm(ac)或Vm(dc) 应该在冲击前持续施加最少两秒和冲击后最少30秒后。4.6寿命额定脉冲电流测试（见图3）4.6.1这个测试的目的是为了证实，当受到复合脉冲或不

18、同波形，或两者，相对应于厂家指定的任何寿命额定冲击电流，一个压敏电阻的设计满足可靠性的统计表达水平。没有特殊要求，测试采用推荐的表1 列举的冲击次数和波形。章节5失效准则应该在每组多次冲击测试的总结下应用。4.6.2对于每种电流水平和测试的波形都应该采用新的样品来完成表1。没有特殊要求，应该施加正反极性方向交互式的浪涌。在脉冲之间的时间段应该选择以便不超过在2.4.5 定义下装置的瞬时平均功率泻放值。这些测试（不包括Itm）不要求应用线电压。P1 =充电网络或电源S1 =充电开关S2 =冲击放电开关 L =冲击整形电感 C =冲击发生器电容 R1=冲击整形电阻 R2=冲击整形和限流电阻 R3=

19、电流感应分流CRO=观察电流和电压的示波镜VUT=测试下的压敏电阻P2= Vm（ac）或Vm（dc）独立源L2=低通滤波电感（见注2和3）注：（1）对于大电流高频率测试中测量技术应该注意到，诸如卡尔文连接（四点探头）和短引脚.（2）短路时P2和L2 串联应能传送最小0.5A.（3）L2的值有很高的阻抗能够使浪涌和电源P2分开.图4 确定额定峰值单次脉冲瞬时电流（Itm）的测试电路 P1=已整流的ac，dc，Vpm电源 FU=熔断丝 VUT=测试下的压敏电压图5-确定额定有效值，DC和峰值电压（Vm（ac），Vm（dc），Vpm）的测试电路4.7额定有效电压测试（Vm(ac)）见图5，额定直流电

20、压测试（Vm(ac)）见图5压敏电阻的额定有效电压或直流电压是建立在装置的有限寿命基础上，如章5定义。对于最大的环境温度，期望在这个温度下这个装置工作的失效模式，实际的考虑规定通过在更高的温度下施加全部的额定电压以加速这个测试。没有简单的测试能够测定电压值，考虑装置的期望寿命，期望环境温度，高能量脉冲冲击和寿命终结（失效）准则的选择。这些考虑在厂家和用户应用工程功能领域内。为了说明这个评估的过程，下列程序典型的描述参考图5. 电源（交流和直流取决于应用）必须接近整流（2%最大值），同时测试箱的温度（3）。在测试期间假如升高温度以加速测试到发生崩溃（失效）时，建议给压敏电阻使用熔断装置。压敏电阻

21、特性的初始读出数值，特别是压敏电阻标称电压，应和在设置间隔测试后相比较，例如，168，500和1000小时。装置在控制室温（255）下，做出初始的和中间的读出数值。没有特殊要求，这些测试推荐环境温度85，持续时间1000小时。4.8 直流功耗电流测试（ID）压敏电阻应该用电路在功能上等效于图6的电路。一个好的整流直流电源是有必要的。在施加电压（Vm(dc)）最大10ms后电流应该测量。这个时间延迟允许导通稳定以后的接近长时间直流值。没有个别指定这个装置应该使用正反两极性测试。4.9 标称压敏电压测试（VN（dc） 和 VN（ac）见图64.9.1压敏电阻测试应该使用已知或测量过的直流或交流源。

22、施加的时间在10ms和10s之间，或者足够的持续时间和上升时间以致压敏电压在10s 值的2%。采用在功能上线路等效于图6. 没有个别指定这个装置应该使用正反两极性测试.4.9.2假如需要交流测试，峰值标称压敏电压，VN（ac），应使用频率50-60HZ的正弦电压源测量。采用电路在功能上等效于图6.4.10 额定循环峰值电压测试（Vpm）（见图5）压敏循环峰值电压值和非正弦应用电压有关。4.7描述的评估过程是可适用的，除此以外正弦电源将应该用指定的波形来代替。 P1=可调整地DC电源（如果是ac测试则采用ac电源） R1=模拟电流源达到足够大的值（例如，100K IN（dc）=1.0mA） R2

23、=模拟电压源达到足够大的值（例如，10K ID=10A） 图6-DC功耗电流和标称电流和标称压敏电阻电压测试（ID，VN（dc）, VN（dc）的测试电路 P1=60Hz电源可变电压 注：有关功率表参数信息看4.12 VUT=测试下的压敏电阻 图7-交流功耗功率（Pd）的测试电路4.11 电容测试在指定的频率和偏置电压下测试电容。注意没有相关特殊应用的要求，这个测试建议用1.0 MHz的频率和偏置电压为零。信号水平应该是这样，加倍幅值变化不要多于5%。4.12 交流功耗功率（Pd）（见图7）压敏电阻测试应该使用在功能上电路等效于图7. 压敏电阻在它的额定有效电压Vm(ac)下测试。Vm(ac)

24、的精度应该在2%。使用的瓦特计应该随非正弦电流的平方准确的工作。压敏电阻必须保持在测试下直到它达到稳定状态。测试结果取决于环境温度和在压敏电阻周围的空气循环。必须注意对于这测试要创造相同的期望的条件。5 失效模式没有特殊要求，建议使用下列准则。在此装置温度回到255后，测定失效的测试应该进行.5.1 短路失效模式在这个模式里，此装置电阻在1V dc下永久减少并低于100.5.2 降级失效模式在这个模式里，装置的压敏电压低于测试前的90%。 注意因为使用标称压敏电压作为失效的准则，选择电流密度在这个电流密度下进行的这个测试会影响失效评估的结果。另外，对于选择的电流密度减少，降级失效模式准则的灵敏

25、度也增加。对于电流密度推荐典型的值是1mA/cm2.5.3 高的限制电压失效模式在这个模式里，装置的限制电压高于测试前的限制电压的120%（在中等电流值）.5.4 “失效-安全”工作使用“失效-安全”来描述压敏电阻的失效模式因为下列原因令人气馁的：装置的失效会发生在以上描述的任何模式下。一些用户可能考虑对于此装置大部分期望的模式是仍具有保护功能；例如，在短路失效模式失败后。然后，其他用户的系统目标能要求单个装置应该在高限制失效模式下失效以便获得系统描述的性能。这样，当很多用户考虑“失效-安全”时，短路模式失效实际可能和其他用户的期望（安全）模式相反。因而，这个推荐的实验是来描述5.1到5.3定

26、义的失效模式其中之一。6. 其他参数 6.1 额定瞬时能量当产品实时处理或波形的连续数字化或加倍时，在一个脉冲期间能量泻放的测定需要同时记录电流和电压。这些工作是耗时的或要求特殊使用仪器，这些仪器是不容易获得的。通过一个简单波一个非常好的总的大概的能量泻放可以从峰值估算出来。例如，在电流脉冲（下降时间与波前持续时间相比具有长的时间）的情况下，能量接近1.4 VcIpt ，这里Vc是限制电压，Ip是峰值电流，t是Ip/2电流波形的时间，这三个参数通过传统的使用仪器都可以测量得到。进一步而言，这些数据就可以从寿命额定脉冲测试（4.6）的结果中获得。对于一个8/20us电流波，通过冲击泻放的能量等于

27、0.91.4 VcIpt。对于其他的波形，这些估算值可能不是很准确，用户仅仅要进行峰值电流估算，除非有严格要求才使用特殊的测试程序。用户应该意识到，用能量作为比较不同的压敏电阻设计的品质的标志是容易让人误解的。通过瞬时电流积累的能量取决于压敏电阻的限制电压。因而，较低的能量值不是意味着在瞬变环境里耐受能力也较低。相反，单次和寿命冲击电流值是压敏电阻浪涌耐受能力的合适的测试。没有特殊要求，能量值推荐作为主要考虑的电流值的补充，并且对于应用问题在能量方面更方便处理。设立的单次脉冲能量值是来自额定峰值电流测试的数据。对于批次接受，使用相同的统计方法。对于多次脉冲，这里压敏电阻的老化是要考虑的一个参数

28、，冲击寿命因素可以得到。对于实际目的，当在原理上能量不等效时，在电流值中使用的相同的因素可以应用在单次脉冲能量值上.6.2 额定瞬时平均功率泻放（Pt（A V）压敏电阻的额定瞬时浪涌平均功泻放率由厂家指定，为了限制装置的温度以获得可靠的长寿命，应考虑三个参数：1） 通过重复瞬变在材料中的输入的平均积累的能量2） 在工作温度下与功耗电流相关的输入功率泻放（正常是总能量输入的一个小因素）3） 输出能量通过引脚或热装配槽或两者同时转移到环境中，由厂家推荐对于压敏电阻的稳定工作，两个输入1和2，必须低于3输出的容量。后者受用户应用的指定装配很大的影响.6.3 过冲电压在波前电流脉冲条件在（高海拔），引

29、脚装配型的压敏电阻的限制电压的测量表明超过用标准8/20波形观察的水平的值。更高的电压参考作为过冲击。虽然一些小的固有的差异在相应得电流冲击( 或 交流)的压敏电阻材料中被发现，但是这个过冲击基本有助于在流有电流的装置上的引脚周围的磁场的建立，通过装置的引脚或被保护的电路或者用于模拟它的电压探头在环路里感应一个电压。在典型的应用中，一些引脚的长度是不能避免的，并且这个相关的电压也被施加在压敏电阻下端的被保护线路里。这样，当以陡的波前和搞电流来测量限制电压时必须认识到电压冲击取决于引脚长度和回路耦合，并且过冲击不应该作为固有的装置的特性。 V2=（V1 + Vc）/ 2 Vc= 对于8/20s的

30、限制电压 Vos=V1-Vc=Vc=电压过冲击 T2-tc = 过冲击持续时间 Tc=达到限制电压的时间 T2=装置上的电压下降到过冲击电压的50%的时间 T1=装置上的电压达到过冲击电压的时间 T1-tc=响应时间图8- 图型说明过冲击电压，响应时间，和过冲击持续时间6.4 响应时间，过冲击持续时间（图8）因为高频影响与陡的波前时间有关，响应时间和过冲击持续的测量需要特殊的装置器和特别快的使用仪器。响应时间和过冲击持续可能是用来测量波形的函数。除了特殊应用，单独得响应时间和过冲击持续时间的测试不是必须的设计测试8. 参考书目（1） ANSI/IEEE C62.1-1984， 对于交流电路的浪涌保护器的IEEE标准（2） ANSI/IEEE Std 4-1978， IEEE高压测试的技术标准（3） ANSI/IEEE Std100-1984，IEEE电气和电子数与的标准字典