1  前言
 随着信息技术的迅猛发展，电子设备的体积越来越小、工作电压越来越低，这对供电电压的稳定性提出了更高的要求，由于ZnO压敏电阻具有优良的非线性和通流能力大等优点，作为雷电浪涌保护元件在电子电路和电力系统中得到广泛的应用，保证了设备的安全运行。但是压敏电阻在使用的过程中因为着火引发火灾时有报道[1]，事故造成的损失巨大，在不少的生产厂商及用户均为此付出了昂贵的代价后，人们越来越重视压敏电阻在使用过程中自身的安全性。本文就工频过电压耐受对8/20μs通流能力的影响和8/20μs冲击后对工频过电压耐受能力的影响两方面进行了探讨。
 2  试验
 选取灌封的压敏电阻产品（34mm×34mm）80只，U1mA＝642±1V，分10组进行试验，A样为对比样，直接测试其8/20μs通流能力，B样、C样、D样是分别经过0.75U1mA×15min，0.78U1mA×15min，0.81U1mA×15min工频过电压耐受后测试其8/20μs通流能力；E、F、G、H、I、J样是分别经过8/20μs电流峰值20kA冲击0次、5次、10次、15次、50次、55次后测试其工频过电压耐受能力。用CJ1001型压敏电阻直流参数仪测量样品的压敏电压、漏电流，用FGL-40型雷电流冲击试验台测试8/20μs大电流特性，用JJW-2000VA型精密净化交流稳压电源、FGT-TOV型老化试验台测试工频过电压耐受特性，用JSM-6360LV型扫描电镜分析样品显微结构。
2.1 工频过电压耐受对8/20μs通流能力的影响
B、C、D样在经过工频过电压耐受前后压敏U1mA平均值如表1所示；经过工频过电压耐受后在进行8/20μs电流峰值20kA冲击，其通流能力如图1所示。
从表1中可以看出，B样经过0.75U1mA×15min老化，其压敏电压升高27V；C样经过0.78U1mA×15min老化，其压敏电压升幅最高，为33V；而D样经过0.81U1mA×15min老化，其压敏电压升幅经过一个峰值后开始下降，升高为26V。以上试样再经过8/20μs电流峰值20kA冲击测试，从图1中可以看出，未经老化的A样性能最好，当冲击次数在30次左右的时候，其压敏电压升幅达到一个峰值，继续进行8/20μs冲击时压敏电压开始下跌，冲击到60次时其U1mA变化率没有跌过-10％。B、C、D样经8/20μs冲击后，其压敏电压不在工频过电压老化后的压敏电压基础上继续升高，冲击20次后U1mA迅速下降，D样的压敏电压下降最快，在40次时U1mA变化率为-7.2％。而B样、C样在经8/20μs冲击50时U1mA变化率跌过-10％。
2.2  8/20μs冲击后对工频过电压耐受能力的影响
F、G、H、I、J样是分别经过8/20μs电流峰值为20kA冲击5次、10次、15次、50次、55次U1mA平均值如表2所示； 经过8/20μs电流峰值20kA冲击后再进行工频过电压耐受试验，其结果如图2所示。
从表2、图2中可以看出，E样未经过8/20μs雷电流的冲击，其热平衡电压为513V；F、G样分别是在8/20μs电流峰值为20kA下冲击5次、10次，冲击后压敏电阻的压敏电压开始升高，同时热平衡电压也升高，约为516V；H样是冲击25次，压敏电压达到峰值，其热平衡电压为522V；继续冲击后压敏电压缓慢下跌，在冲击55次时压敏电压下降17V，其热平衡电压降为495V。
3. 分析与讨论
图3分别是0.80U1mA×15min老化、20kA×50次冲击和未经老化、冲击的三种样品的SEM照片。从压敏陶瓷的显微结构中可以看出，（a）样的断面规整，而在（b）样、（c）样的断面出现直径约为1μm的小坑。这说明在工频过电压或者雷电流冲击作用下，大部分电流是从晶界最薄的地方通过，电流的集中造成局部的温升过高，温度梯度导致内应力，在观察陶瓷的显微结构时就能看到小坑。
一般认为，在工频电压或者雷电流的冲击作用下，压敏电阻耗尽层内的填隙锌离子向晶界移动，导致肖特基势垒的降低[2]，但这不能解释上面压敏电压升高的现象。作者认为，由于耗尽层内的填隙锌离子未与其它离子形成化学键，在电场力的作用下，很容易迁移到晶界。但是晶粒内的填隙锌离子会补充到耗尽层，同时，迁移到晶界上的锌离子也有可能穿过晶界，进入到肖特基势垒的另一侧耗尽层。这样作用的结果仅仅是极性现象的产生，而不能导致压敏电压的升高。作者初步分析认为，由于晶界局部的温升比晶粒内部高，Co、Mn等阳离子的热振动能超过了邻近离子对他的束缚能时，在电场力的作用下，迁移到耗尽层，增加了耗尽层的厚度，导致肖特基势垒的增高，宏观表现为压敏电压的升高。当冲击次数继续增加压敏电压开始下跌，作者认为最主要的原因是某些晶界层在电流作用下形成永久性导通，肖特基势垒数量的减少导致压敏电压的降低。
工频过电压老化，使微量的Co、Mn等阳离子迁移到耗尽层，压敏电压升高，消耗了压敏电阻一定的寿命资源，再经过雷电流冲击时，其通流能力会下降也就是必然的了。8/20μs雷电流冲击后，压敏电压升高，与未进行雷电流冲击的压敏电阻对比，以相同的电压下测试工频过电压耐受特性，由于U1mA高的压敏电阻荷电率低。对压敏电阻的破坏也就小。所以8/20μs雷电流冲击后，压敏电阻U1mA升高，工频过电压耐受特性也提高。
4. 结论
（1）工频过电压老化和8/20μs雷电流冲击后，压敏电压升高，是因为晶界中微量的Co、Mn等阳离子迁移到耗尽层，肖特基势垒的增高，宏观表现为压敏电压的升高。
（2）工频过电压老化，消耗了压敏电阻一定的寿命资源，使得通流能力下降。
（3）在8/20μs峰值电流20kA×25次冲击后，压敏电压升幅最高，其工频过电压耐受特性也最好。

参考文献（略）