前言

只要产生瞬态过电压的地方  就会有半导体压敏电阻 MOV 的身影！

做为过电压防护元器件 MOV  是唯一个在太空卫星  对空导弹  唯一选用的固体过电压防护的元器件！做为一种瞬态过电压保护元器件，在电路应用中常常会遇到各种工频类的过电压所引发的安全问题，如何考虑选择性价比高的方法提升压敏安全性，是应用中的首要问题，客户需要我们提供安全性更高、环保的产品，而一体化高分子复合材料压敏封装技术， 为解决这一难题提供了很好的解决方案与实现方式。

一体化封装产品，工频耐受能力提升（工频耐受比），在较高的工频过电压情况下，可以实现没有明火、爆炸现象的出现，给整机线路的过流保护装置（保险丝 熔断器 继电器等） 提供足够的时间，实施断开的动作！

该高分子包封复合材料的使用，温度耐受能力强，温升速度慢，耐最高温度提升到   1100-1600 度。即使引线拉弧起火熔断 都不会影响到 芯片本体的包封层出现明火！ 荷电率能力提升（直流老化），提升应用寿命周期。冲击能力提升，（同等条件下）。

一 目前 MOV SPD 市场 碰到的问题

1:市场碰到的问题  着火

无论是在通讯 家电 照明 建筑 铁路等行业 做为半导体 MOV SPD 都会出“火烧机”等现象！

为此 市面上出现了很多解决方案！如 TMOV 脱扣 SPD 间隙放电僻雷器等不同设计产品的出现，在 IEC61643、GB18802 等主流标准中也提出了相应的测试要求，在产品解决方案中有主动型（增加耐受能力）、被动型（脱离、脱扣），并且强调脱离器不是必须的解决方案。从标准分析角度看   GB18802.33、GB/T11032-2000   中明确规定，需要研究工频电压的耐受时间特性。

2）过压保护与过流保护的失衡

【】两种失效模式  两种短路阻抗

【金属性短路】其短路电流的阻抗不很大 其短路电流可以迅速增大  其线路的保护器件采取动作进行切断 另外金属性短路时大电流通过较大的接触电阻，形成离温可使金厲熔化。熔化后的金属，在表面张力的作用下，会收缩成球形，向后收缩拉断短路电流使电路中断。所以金厲性短路，只要按规范要求 安装短路防护电器并保持其防护的有效性，这种短路火灾是可以避免的

【电气性短路】由于压敏电阻在小电流(mA)情况下导通，其建立的回路具有很大的阻抗， 限制了整个线路短路电流的进一步增大 其电气性短路电流根本达不到目前线路中保险丝熔断器 继电器安培级别的启动电流 其电弧产生的高温至少 1600 度 造成整个电器线路的“火烧机”。 由于与金厲性短路不同，这种情况的产生并不需要太大的电流，在 mA 级就可能发生，所以较难防护，十分危险。

3）对 MOV 的“爆炸”和“起火”两种不同机理的认知

【大电流冲击实验-爆炸】引起爆炸的起因有两种：

1）高温引起材料中空气、潮气以及急剧膨胀

2）瞬间高温、引起材料局部的膨胀变形

【工频电压加载实验-起火】

加载工频电压等级和时间的长短 即 U-t 特性的判定

【附  工频耐受比的定义】

即   工频耐受比=加载工频电压/压敏电压交流值

压敏电阻 MOV 工频耐受比一般在 1.13-1.18 SPD  一般在 1.25 左右

4）半导体压敏爆炸、起火的本质

从本质上分析是“能量转换与时间常数匹配的失衡！”

它包含三个关系

1）工频过电压幅值与持续时间----（V-S）特性。

2）工频电流与耐受时间---最大持续工作电压 Ucs  条件下的短路电流值与耐受时间确定（A-S 特性）

3）耐受、失效表面温度与时间关系----V-T/A-T    关系特性。

所以无论是 TMOV 还是脱扣 SPD 的设计 不能只从局部着手解决问题 而是要从整体上解决问题 从电压、电流、温度三者与时间常数的关系上解决问题 进行时间常数的匹配是解决问题的正确之道！

5）【设计理念】

电力电子产品技术发展的根源是半导体技术的快速发展

半导体的开关动作对整个电子电力的安全运行提出了挑战，几乎 70%电子电力系统的失效都是发生在瞬间状态，而不是稳态运行过程中，系统的可靠性取决于不同器件之间的相互作用。能量转换与时间常数的匹配，否则会引起能量的局部集中形成器件整机的失效和破坏！ 系统的能量转换的时间常数

关键问题：能量在生成存储过程中的保持均衡  能量的法则  能量要守恒  能量要连续

而一体化高分析复合材料封装技术，正是从能量转换与时间特性分析，以实现压敏的安全防护的有效性得以大幅提升，结合起火、爆炸的根因分析，而产生的产品，能够真正解决问题的关键所在。更重要的是它的主动防护技术较被动防护技术（脱离）是一种理念上的提升。

二  现阶段行业解决方案特征不同设计产品的优缺点；

1:传统插件 MOV SPD

优点：简单、能够实现冲击电流的有效防护，

缺点：各种工频所产生的瞬态过电压情况下，会造成安全起火、爆炸等安全问题

2:塑封 MOV SPD

优点：环氧封装，较裸片 MOV 工频耐受能力提升， 缺点：不能绝氧、易受潮，

3:TMOV

优点：能够实现一定范围的脱扣，是实现安全的一种手段方式。

缺点：对电气性小电流能力弱，尤其是电弧性短路，对于温度脱扣方式，波峰焊接直接影响产品质量。

实验结果  TMOV  在不同工频耐受比下的表现

4: SPD 脱扣 热脱扣或机械脱扣

优点：能够实现一定范围的脱扣，是实现安全的一种手段方式。

缺点：有一定的脱扣防护盲区，在实际应用中会受到接地电阻、安装环境等多因素的影响。脱扣参数会发生变化，对于温度脱扣方式，波峰焊接直接影响产品质量。另外采用机械脱扣 产品设计必然要留有机械运动的空间 使得后期器件出现局部高温  引发空气  潮气极度的瞬间膨胀  提供了条件！

5:一体化高分子复合封装材料（Integration Polymer composite packaging material） IPCPM

为此  提出我们对传统业界 MOV SPD 的产品设计和封装材料三个关键问题

1:传统封装材料  环氧树脂特性的反比

高分子化合物  环氧树脂的特征  阻燃性等级和吸潮性的好坏  成反比

2:新型封装材料高分子复合材料的特性要求绝缘 耐压 阻燃 防潮 膨胀系数 能量吸收

能量的吸收等级增加  4gx1300J/g=5200J  的热量

3:正确的整体设计观

局部问题的解决 会引发局部其他问题的产生 1）生产工艺的复杂 2）人工成本的提升  3）产能的限制  4）额外材料成本的增加

什么是整体的设计观；即找到产生问题的根本原因，解决根本问题！我们可以从半导体压敏电阻 MOV 在工作当中，电流和电压的变化率来看问题，在同一时间段， 其电流从 1 毫安到十几安培，甚至更高 104 级别，而电压变化率只有 101 级别。这说明，电流变化引发的磁场变化率，远远大于因电压变化引发的电场变化率有 104 的差距，这也就是说，在解决半导体 MOV SPD 遭遇的难题，必须从两个方面来解决问题！

1）延缓磁场的变化时间  即磁感应手段

2）加强高荷电率电场的耐受强度和时间  一体化封装技术

使得能量转换与时间常数的进行合理的匹配 才是解决问题的根本之道 而不是去解决拉弧起火的断开 脱扣的问题上来！试想 一个保镖 子弹来了  脱扣跑了  把总统扔到了一边  这是怎么回事？！我们是不是  正在做一件很傻  而自以为是的事情!

三  一体化封装  创新技术的特征

1:半导体压敏电阻  避雷器防爆的技术特性分析

北京 ABB 高压开关设备有限公司和国家绝缘子避雷器质量监督检验中心早在2011 年 第 5 期 （ 总 第 243  期 ） 电 瓷 避 雷 器 文 章 编 号 ： 1003-8337 （ 2011 ）05-0049-06，上就有明确性的结论：即，

MOV SPD 其芯片本质都压敏电阻器芯片 其生产工艺的一体化 必然会带来MOV SPDDD 大规模生产效率的提升!人工成本的降低！

3:去除二次回路  保险丝以及脱扣的冗余复杂设计

一体化封装技术的出现 使得在二次回路不需要温度保险丝的设置 其工频耐受比和耐受时间 完全可以让一次回路的过流保护装置 实施从容的断开动作！节省了消费者不必要的成本支出！

4、应用前景

纵观 MOV SPD 技术的不断发展 一体化高分子复合材料封装技术  AKHz-MOV 对解决工频起火的问题上 防爆、抗工频、无明火、耐受时间长、以及 AK4M-MOV 低残压等特点 有了长足的进步！ 对未来通讯（灯塔类设备 5G 基站）家电 照明 建筑 铁路 电力行业 以及新能源电动汽车 变频器电源 光伏发电（DC/AC 转换）充电桩（AC/DC 直流）安防类防爆部行业  将带来深远的影响和变革！