本實(shí)用新型公開一種壓敏電阻器，特別是一種電介質(zhì)絕緣磁極螺旋抗弧MOA壓敏電阻器。

背景技術(shù)：

MOV拉弧起火一直是壓敏制造行業(yè)頭疼的問(wèn)題，其拉弧起火主要原因是：

壓敏電阻的啟動(dòng)電流都是在毫安mA級(jí)別下就可以啟動(dòng)工作/拉弧，而電器路中里面所有的保險(xiǎn)絲斷開熔斷器的斷開時(shí)的工作電流都是在安培A級(jí)別下才啟動(dòng)斷開保護(hù)，故而在電路自身產(chǎn)生的操作過(guò)電壓(尤其電路中感性電路真空開斷的電路如變頻電路使其更容易產(chǎn)生)形成持續(xù)的諧振電壓，它就可以使壓敏電阻啟動(dòng)工作后，電路的工頻電流持續(xù)加在壓敏電阻上，當(dāng)超過(guò)壓敏電阻的工頻耐受的承受范圍，會(huì)引起毫安級(jí)別下壓敏電阻開始拉弧起火，其弧外溫度在1500-1600℃，弧中心溫度達(dá)2500-3500℃，電路中的其它保護(hù)器件根本來(lái)不及反應(yīng)，從而帶來(lái)巨大的財(cái)產(chǎn)損失甚至危及生命，這種拉弧起火還不包括整體電器外部環(huán)境的電力系統(tǒng)里的過(guò)電壓過(guò)電流(雷電直擊感應(yīng))的影響部分。

在浪涌脈沖下，由于趨膚效應(yīng)的影響，普通壓敏的電流只在芯片外環(huán)狀區(qū)通過(guò)，芯片中心成為空白，整體芯片的電流通過(guò)量大大減少，從而使得芯片的電性能整體沒有得以充分發(fā)揮，同時(shí)也埋下了拉弧起火的弊端。

傳統(tǒng)MOV的金屬導(dǎo)線電極不合理的直線L式設(shè)計(jì)帶來(lái)的種種弊端陳列如下：

1)電路的電流不能平穩(wěn)引出到芯片電極表面，在L電極拐彎處形成電流應(yīng)力沖擊,L電極端頭，由于尖端電場(chǎng)效應(yīng)，這個(gè)部位的電場(chǎng)強(qiáng)度較高.

2)工頻下芯片電極的涂銀層水平電流密度不均勻，引起芯片電極面溫度不一。中心部位電流密度高于周邊部位；通常熱擊穿便多發(fā)生在這個(gè)部位；

3)在通過(guò)電流時(shí)，直線L式金屬導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生熱脹變形，導(dǎo)體電極膨脹沿導(dǎo)線累積，拉扯芯片的涂銀層，造成破壞。

4)對(duì)芯片的散熱性也不好。

5)引線端頭呈開放性布置在芯片邊緣，很容易形成芯片在引線端頭附近拉弧穿孔。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的壓敏電阻器容易產(chǎn)生拉弧的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種電介質(zhì)絕緣磁極螺旋抗弧MOA壓敏電阻器，其采用螺旋線形的電極，可有效解決拉弧的問(wèn)題。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種電介質(zhì)絕緣磁極螺旋抗弧MOA壓敏電阻器，壓敏電阻器的芯片本體上設(shè)有電極，電極采用螺旋線形電極。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括：

所述的芯片本體兩側(cè)設(shè)有涂銀層，螺旋線形電極固定設(shè)置在芯片本體兩側(cè)得涂銀層上。

所述的螺旋線形電極采用焊接的方式設(shè)置在涂銀層上。

所述的螺旋線形電極在芯片本體內(nèi)埋置。

所述的螺旋線形電極的引出端頭設(shè)置在芯片本體邊沿位置處或芯片本體的中心位置處，或設(shè)置在螺旋線形電極中的任意位置。

所述的螺旋線形電極采用平面等角螺旋線、平面等速螺旋線或無(wú)斷開端頭的雙螺旋線。

所述的芯片本體兩側(cè)的螺旋線形電極朝向同一方向旋轉(zhuǎn)，或者朝向不同方向旋轉(zhuǎn)。

所述的螺旋線形電極采用空心金屬螺旋線或者采用扁平金屬螺旋引線。

本實(shí)用新型的有益效果是：累計(jì)沖擊電流實(shí)驗(yàn)中，螺旋式芯片很少炸裂，螺旋式的失效溫度為:106C，工頻電壓耐受升壓實(shí)驗(yàn)伏秒(U-t)特性熱擊穿與電化學(xué)擊穿試驗(yàn)中，螺旋引線在升壓測(cè)試中能承受更高的工頻電壓，與直引線壓敏電阻相比高10V-20V，加壓比Rap(荷電率)最高可達(dá)1.33倍，螺旋式電極承受的最高溫度在112-174C范圍，且未見拉弧起火，只是引線掉芯片參數(shù)全無(wú)。螺旋式的芯片實(shí)驗(yàn)在50～180℃區(qū)間的實(shí)驗(yàn)中，沒有出現(xiàn)過(guò)明火、沒有出來(lái)一次的拉弧燃燒的現(xiàn)象發(fā)生，螺旋式MOV不僅有高3-4倍的能量吸收能力，而且能持續(xù)持久的MOV的抗拉弧燃燒的能力，持續(xù)抗過(guò)電壓時(shí)間是直線L式的1.7-2.0倍，在150℃～174℃，完全超出了業(yè)界壓敏電阻的承受溫度的范圍磁螺旋技術(shù)的有效性。

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型導(dǎo)通時(shí)電子元器件體表電流分布示意圖。

圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的壓敏電阻導(dǎo)通時(shí)芯片體表電流分布示意圖。

圖5為本實(shí)用新型導(dǎo)通時(shí)電子元器件體內(nèi)電流分布示意圖。

圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的壓敏電阻導(dǎo)通時(shí)芯片體內(nèi)電流分布示意圖。

圖7為現(xiàn)有技術(shù)中的直線L式電子元器件電流導(dǎo)通路徑與長(zhǎng)度比較圖。

圖8為本實(shí)用新型中的螺旋式電子元器件的電流導(dǎo)通路徑與長(zhǎng)度比較圖。

圖中，1-電子元器件本體，2-涂銀層，3-螺旋線形電極，4-電子分布。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例相同或近似的，均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。

請(qǐng)參看附圖1，本實(shí)用新型中的電介質(zhì)絕緣磁極螺旋抗弧MOA壓敏電阻器主要包括芯片本體1和螺旋線形電極3，螺旋線形電極3固定設(shè)置在芯片本體1兩側(cè)，本實(shí)施例中，在芯片本體1兩側(cè)設(shè)有涂銀層2，螺旋線形電極3固定設(shè)置在涂銀層2上，本實(shí)施例中，螺旋線形電極3采用焊接的方式設(shè)置在涂銀層2上，具體實(shí)施時(shí)，螺旋線形電極3也可以在芯片本體1內(nèi)埋置。

本實(shí)施例中，螺旋線形電極3的引出端頭設(shè)置在芯片本體1的中心位置處。

螺旋線形電極3的設(shè)置方式包括但不限于如下幾種：

實(shí)施例一：本實(shí)施例中，螺旋線形電極3采用平面等角螺旋線；

實(shí)施例二：本實(shí)施例中，螺旋線形電極3采用平面等速螺旋線；

實(shí)施例三：本實(shí)施例中，螺旋線形電極3采用無(wú)斷開端頭的雙螺旋線。

本實(shí)用新型中，設(shè)置在芯片本體1兩側(cè)的螺旋線形電極3朝向同一方向旋轉(zhuǎn)，或者朝向不同方向旋轉(zhuǎn)。本實(shí)施例中，螺旋線形電極3采用空心金屬螺旋線或者采用扁平金屬螺旋引線。本實(shí)施例中，螺旋線形電極3的引出端設(shè)置在芯片本體1邊沿位置處，具體實(shí)施時(shí)，也可以將螺旋線形電極3的引出端設(shè)置在芯片本體1的中心位置，或者螺旋線形電極3中的任意位置。

請(qǐng)參看附圖2至附圖5，由圖中可以看到導(dǎo)通時(shí)芯片體表及體內(nèi)的電流分布可克服集膚效應(yīng)。請(qǐng)參看附圖6和附圖7，通過(guò)直線L式MOV與螺旋式MOV的電流導(dǎo)通路徑與長(zhǎng)度比較可知，顯然螺旋式MOV路徑長(zhǎng)度L’N>>直線L式MOV的路徑長(zhǎng)度L’N的長(zhǎng)度，在實(shí)際的組件尺寸中，半徑R>>厚度H，這也是螺旋式MOV在沖擊實(shí)驗(yàn)8/20us和工頻升壓實(shí)驗(yàn)中優(yōu)異表現(xiàn)的原因之一。

在兩個(gè)金屬相互接觸時(shí)，真正接觸點(diǎn)只有少數(shù)的點(diǎn)在實(shí)際接觸電流，在接觸點(diǎn)上流動(dòng)，這些實(shí)際的接觸的班點(diǎn)稱之為導(dǎo)電班點(diǎn)，當(dāng)金屬做分開運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸面積減少，那么另外還在接觸狀態(tài)的接觸點(diǎn)電流逐漸增多，即電力線開始在接觸點(diǎn)上收縮集中，必定產(chǎn)生附加電阻，引起接觸點(diǎn)金屬?gòu)?qiáng)烈發(fā)熱，金屬先是融化成液態(tài)金屬橋，然后一部分變成蒸汽進(jìn)入觸頭間隙中，加劇了電子的熱發(fā)射，同時(shí)，觸頭間的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)變得很高，陰極表面將產(chǎn)生高電場(chǎng)發(fā)射這兩種，發(fā)射形成的大量的電子在電場(chǎng)的作用下電離，更多的電子和正離子電子進(jìn)入陽(yáng)極與正電荷復(fù)合釋放能量，加熱陽(yáng)極正離子走向陰極，一方面產(chǎn)生高的電場(chǎng)和轟擊陰極，另一方面從陰極取得電子進(jìn)行復(fù)合釋放能量加熱陰極，以維持電子的熱發(fā)射，另外一部分正離子和電子在間隙弧中復(fù)合，放出的能量以光的形式進(jìn)行輻射，增加氣體粒子的熱運(yùn)動(dòng)，結(jié)果，間隙中氣體溫度越來(lái)越高，電導(dǎo)率越來(lái)越大，因而弧隙兩端的電壓降(濕弧電壓)越來(lái)越小，直到間隙中產(chǎn)生的帶電粒子數(shù)和復(fù)合與擴(kuò)散作用消失的帶電粒子數(shù)相等時(shí)，過(guò)程進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)電弧穩(wěn)定燃燒。

1、壓敏電阻其主要功能是泄放浪涌沖擊，將過(guò)電壓降壓限制到被保護(hù)的元?dú)饧秶鷥?nèi)，其本身也吸收能量，對(duì)MOV來(lái)講，能量吸收能力是其僅次于非線性參數(shù)的第二重要的性能，其以J·cm-3來(lái)度量吸收能量的大小，現(xiàn)在的壓敏電阻吸收能量的水平視脈沖持續(xù)的時(shí)間的不同大概在200～250J·cm-3內(nèi)，該吸收能量的使壓敏電阻體的溫度不會(huì)超過(guò)100℃，具體溫度與壓敏電阻的能量密度有關(guān)，并以130℃(約為403K)作為壓敏電阻的極限溫度，就可以計(jì)算出壓敏電阻總的吸收能力，稱之為“焓”，若以常溫來(lái)計(jì)算起到130磁其·吸收能力為612J.cm-3，以絕對(duì)溫度來(lái)計(jì)算其吸收能力的絕對(duì)上線為1215J.cm-3。

2、吸量三倍以上的提升：從已測(cè)試的升壓結(jié)果數(shù)據(jù)來(lái)看，當(dāng)MOV溫度為T＝165℃時(shí)，其對(duì)應(yīng)吸收能量能力為700J·m-3，所以螺旋式MOV的能量吸收能力是傳統(tǒng)直線MOV的能量吸收能力：700J/250-200J＝2.8-3.5倍。

3、外施電壓作用前后的壓敏陶瓷的熱刺激電流(TSC)結(jié)果是離子遷移學(xué)說(shuō)的有力證據(jù)，經(jīng)直流電壓作用后，TSC曲線峰值溫度出現(xiàn)在160-170℃，隨著電場(chǎng)的增加，峰值溫度向高溫度方向移動(dòng)，單位體積TSC積累最高溫度為177℃，其后電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

4、滅弧電壓是避雷器最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)，例如：采用多少只單位間隙，多少個(gè)閥片均系根據(jù)滅弧電壓而不是根據(jù)其額度電壓選定的。

滅弧電壓應(yīng)該大于避雷器安裝點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大工頻電壓，在中性點(diǎn)有效接地電路中，可能出現(xiàn)的最大工頻電壓只等于電網(wǎng)額定(線)電壓的80％；而在電性點(diǎn)非有效接電電網(wǎng)中，發(fā)生一相接地故障時(shí)仍能繼續(xù)運(yùn)行，但另外兩健全相的對(duì)地電壓會(huì)升為線電壓，如：這兩相上的避雷器此時(shí)因雷擊而動(dòng)作，作用在它上面的最大工頻電壓將等于該電網(wǎng)額定(線)的電壓的100％～110％。

常理上講的加壓比Rap：

螺旋結(jié)構(gòu)與直線L結(jié)構(gòu)都是采用的都是隨機(jī)挑選同一生產(chǎn)廠家同類同一規(guī)格同批次的芯片制作的產(chǎn)品，在介質(zhì)絕緣的固體電介質(zhì)的擊穿問(wèn)題(電化學(xué)擊穿)上，壓敏電阻到了壓敏電阻的工頻耐受1.12-1.13Um時(shí)，工頻穩(wěn)定性一分鐘后能否發(fā)生拉弧起火？質(zhì)量好一些的壓敏電阻的工頻耐受到：1.15—1.18Um(加壓比Rap:Um最大持續(xù)交流工作峰值電壓與壓敏電壓Un之比)。

按道理，不應(yīng)該出現(xiàn)完全不同、差別之大、背道而馳的意外現(xiàn)象。而且是人們一直最頭疼的電流拉弧不見了，在電子電路中，金屬導(dǎo)體間開斷閉合時(shí)或接觸不良時(shí)，電流會(huì)拉弧瞬間引發(fā)的電弧溫度在1500℃～1600℃以上，弧中心溫度至少在2000℃～3000℃以上，因此而造成的各種災(zāi)害與損失不少，而且嚴(yán)重危害到人們的生命安全。

螺旋式壓敏產(chǎn)品在升壓實(shí)驗(yàn)的實(shí)際驗(yàn)證中，MOV體表溫度都過(guò)了其極限溫度130℃線，都到了160～170℃都沒有出現(xiàn)拉弧明火燃燒的現(xiàn)象，而直線導(dǎo)體電極結(jié)構(gòu)芯片，在到達(dá)55℃～60℃左右這條規(guī)律溫度線約10秒之后，都會(huì)100％拉弧起火發(fā)生劇烈燃燒。

5、經(jīng)過(guò)工頻實(shí)驗(yàn)的芯片(螺旋式)在經(jīng)過(guò)150-170℃的實(shí)驗(yàn)后，測(cè)試其電性能參數(shù)時(shí)，全無(wú)，那么至少可證明芯片中的電介質(zhì)成分結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了不可恢復(fù)的轉(zhuǎn)變，即電介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度向低絕緣強(qiáng)度的導(dǎo)體的發(fā)展，不可能是絕緣強(qiáng)度向好的轉(zhuǎn)變，這一點(diǎn)在能量守恒的角度是講不過(guò)去的，變差的都不拉弧，原本電介質(zhì)絕緣好的直線式都拉弧，那么肯定的可以講抗拉弧能力的出現(xiàn)肯定有另外的因素在起作用，排除沒變化的條件后只有螺旋電極的改動(dòng)，即非它莫屬，最重要的發(fā)現(xiàn)工作實(shí)驗(yàn)中意外收獲發(fā)現(xiàn)抗拉弧。

首先，金屬引線導(dǎo)體電極部分呈螺旋線式結(jié)構(gòu)同芯片銀層面焊接在一起，該結(jié)構(gòu)的金屬導(dǎo)體，當(dāng)通過(guò)電流時(shí)，產(chǎn)生了垂直于芯片電極表面的軸向磁場(chǎng)以及徑向電場(chǎng)，軸向磁場(chǎng)產(chǎn)生的洛倫茲的作用力，使得芯片體內(nèi)的電子得以螺旋旋轉(zhuǎn)前進(jìn)并聚焦的方式運(yùn)動(dòng)，其旋轉(zhuǎn)半徑越小磁場(chǎng)越大，前進(jìn)螺距、聚焦距離都分別受到電極中電流流動(dòng)的大小產(chǎn)生的時(shí)變磁場(chǎng)和時(shí)變電場(chǎng)的影響。

在交流情況下，芯片體內(nèi)的電子在軸向磁場(chǎng)作用下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)前進(jìn)，電子整個(gè)運(yùn)動(dòng)途徑被延長(zhǎng)，電流線變得更細(xì)更長(zhǎng)，即使形成電流弧線，因其很細(xì)很容易被磁場(chǎng)吹斷。

而實(shí)際情況，在螺旋式金屬導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中流動(dòng)電流形成的芯片軸向磁場(chǎng)，以及芯片上下電極面的電場(chǎng)，共同作用于芯片中運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)的電子，使其獲得能量，在芯片中做旋轉(zhuǎn)(半徑r)加速(v)前進(jìn)(行程)。聚焦(焦距)時(shí)刻變化的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程中，其運(yùn)動(dòng)半徑越小的電子，其能量越高，而這些具有高能量的運(yùn)動(dòng)電子，更高的能量的額外獲得，又是由來(lái)自于芯片導(dǎo)體中的磁場(chǎng)與電場(chǎng)，其磁場(chǎng)和電場(chǎng)的建立與大小，又取決于芯片電極的螺旋導(dǎo)體這一電極結(jié)構(gòu)和這一結(jié)構(gòu)中流動(dòng)電流大小的變化，螺旋線具有電感式性質(zhì)，天生對(duì)電流的大小變化很敏感起阻礙作用。

如果電流要拉弧成形，必須要從電流中獲得能量來(lái)改變其旋轉(zhuǎn)線路半徑的大小，另外，引線端頭在中心區(qū)域在對(duì)數(shù)曲線的涵義，其中心代表無(wú)限的可能接近能量的中心，那么想要拉弧的電子也必須要有無(wú)限的能量來(lái)打通兩個(gè)金屬端頭的起弧通路，顯然，這在單一的能量角度看到了其不可能性與局限性。

再者，螺旋線式的引線端頭在中心區(qū)域布置端頭，無(wú)限地接近芯片中心點(diǎn)，那么要在金屬引線端頭想拉弧的電子必須也要有無(wú)限小的旋轉(zhuǎn)半徑r，也就是說(shuō)，該電子必須要具有無(wú)限的能量，顯然更多的能量額外獲得，在螺旋結(jié)構(gòu)下要實(shí)現(xiàn)沒那么容易。