壓敏電阻在IEC 62368-1中的試驗要求

胡華軍

（中檢集團南方測試股份有限公司，廣東 深圳 518055）

0 引言

隨著電子信息科技的發展，各種電子電器設備給我們的生活帶來便利，同時也存在無形的安全隱患。壓敏電阻是指MOV或VDR。壓敏電阻在電子電器產品設計上是一個非常重要的元器件。安全標準IEC62368-1《音頻/視頻、信息和通信設備 第1部分：安全要求》針對壓敏電阻提出了新的要求，本文分析并介紹相關測試要求。

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壓時進行電壓鉗位，吸收多余的電流以保護敏感器件，從而實現對后級電路的保護。英文名稱叫“Voltage Dependent Resistor”，簡寫為“VDR”，或者叫作“Varistor”。現在大量使用的“氧化鋅”（ZnO）壓敏電阻，具有殘壓低、響應時間快、無續流等優點，目前在電子技術、通信領域大量使用。但是它同時也存在泄露和寄生電流較大等弊端，不利于對高頻電子的保護[1]。

1.1 氣體放電管

氣體放電管是一種間隙式的防雷保護元件，放電管內充入電氣性能穩定的惰性氣體，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，響應時間較長。而且，氣體放電管用于電網電源電路時，存在續流問題：即當氣體放電管兩端的浪涌電壓消失后，電網電源電壓仍然大于氣體放電管的維持放電電壓，使其持續放電，無法恢復到初始的高阻抗狀態。所以氣體放電管一般不單獨用在電網電源電路中，多應用于次級通信電路中，或者壓敏電阻與氣體放電管串聯電路中。

1.2 壓敏電阻與氣體放電管串聯

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

1.3 針對使用串聯電路時IEC62368-1標準

第5.5.7條款規定了需滿足如下條件。

如在電網電源和保護地之間使用SPD，則SPD應當由壓敏電阻（MOV）和GDT（氣體放電管）串聯組成，并符合以下兩個條件要求：

（1）壓敏電阻（MOV）應當符合G.8.2.2；

（2）GDT（氣體放電管）應當符合以下兩個條件要求：

GDT（氣體放電管）應該滿足基本的絕緣抗電強度試驗；

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

2 壓敏電阻電擊防護要求

壓敏電阻應符合IEC 61051-2或IEC61643-331標準，不論其是否具有防火防護外殼都要考慮下列所有要求：

（1）優先氣候類別

下限類別溫度：－10℃；

上限類別溫度：＋85℃；

穩態濕熱試驗的持續時間：21d。

（2）最大連續電壓

至少為設備額定電壓的1.25倍，或至少為設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：對該項試驗，按照IEC61051-2:1991修訂1:2009的2.3.6或IEC61643-331選擇組合脈沖。（試驗由10個正極性脈沖或10個負極性脈沖組成，每個脈沖的電壓波形為1.2/50s，電流波形為8/20s。同時還需要滿足IEC62368附錄G.8.2.2、G.8.2.3相關試驗要求，選擇組合脈沖時，電網電源電壓低于300V時，過電壓類別Ⅳ，必須通過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：試驗后，壓敏電阻采用制造商規定的電流測量，其電壓與試驗前相比變化不應大于10%。

3 壓敏電阻著火的安全防護

用作防火安全防護的壓敏電阻，壓敏電阻應被認為是PIS。壓敏電阻過載試驗和暫態過電壓試驗應按照表1根據最大連續交流電壓進行。

表1 G.10 壓敏電阻器的過載和瞬時過電壓試驗

Vr為設備額定電壓或者額定電壓范圍的上限值。

3.1 壓敏電阻過載試驗（G.8.2.2）

過載測試條件：外殼由可燃性材料制成且距離壓敏電阻小于13mm時。

對于跨接在電網電源間（L到L或L到N）、相線到保護地（L到PE）、中線到保護地（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進行以下試驗：

（1）施加兩倍的額定輸入電壓2×Vr；

（2）串聯可調電阻，電流按串聯到交流電源的試驗電阻Rx計算；

（3）Vr為設備額定電壓或者額定電壓范圍的上限值。

對于L線到N線，設備中裝有不超過10A的保險絲與壓敏電阻串聯，可以使用初始測試電阻器（R1）產生相同的結果電流作為保險絲或短路。如果沒有串聯保險絲，則進行如下試驗：

第一步，測試應使用初始測試電阻R1=16×Vr進行（如果開始施加試驗電流時電路沒有立即斷開，試驗應該持續到溫度穩定）；

第二步，試驗應換用新的Rx（R2，R3，R4等）重復試驗直到電路斷開。

（1）R2=8×VrΩ；

（2）R3=4×VrΩ；

（3）R4=2×VrΩ；

（4）Rx=0.5×（Rx-1）×VrΩ。

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

試驗期間和試驗后，應無著火的危險。

注意：MOV的“Maximum continuous AC voltage”不能直接選擇實物上面標出的額定電壓值，而是需要核對產品的UL或者VDE證書。

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

3.2 測試舉例

額定輸入電壓：100～240V，MOV跨接L/N為例進行模擬測試。

選用以下三種規格的MOV進行過載測試。

（1）示例1，選擇MOV(561K)壓敏電阻，起初認為如果MOV發熱，必有電流通過，在回路中串聯一個電流表監控電流，開始測試：

第一步，當R1=3840Ω時，觀察到電流表未有電流通過；

第二步，接著選擇R2=1920Ω繼續測試，電流表依然沒有電流通過；

第三步，繼續更換阻值，選擇R3=960Ω，電流表依然沒有電流通過；

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

測試結果：壓敏電阻爆裂，試驗不合格。

（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，然后開始進行測試，MOV本體溫度迅速上升達到最大值310℃，隨后趨于平穩[4]。

測試結果：由于MOV本體溫度過高，導致塑料外殼碳化穿孔，有著火和電擊危險，試驗不合格。

（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的順序進行測試，最后用導線直接替換電阻，MOV本體無任何異常溫升，塑料外殼無碳化和變形。

測試結果：試驗結果為合格。MOV的發熱與其”Maximum continuous AC voltage”有關。

4 壓敏電阻暫態過電壓試驗（G.8.2.3）

對于連接在電網電源導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在低壓系統故障引起的TOV下試驗和8.3.8.2在高中壓系統的故障引起的暫時過電壓TOV下試驗，試驗之后產品的絕緣不能發生擊穿和崩潰[5]。

5 結語

本文研究了壓敏電阻在IEC62368-1標準下的檢測試驗要求，進行了相關總結和歸納，補充了MOV過載試驗的測試方法，提高了標準應用于此類產品檢測時的可操作性。同時通過舉實例來說明，希望能夠幫助設計開發和相關測試人員提高對標準的條款理解，選擇合適的安全元器件，從而達到減少火災和電擊風險的目的。