本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及過電壓保護(hù)相關(guān)技術(shù)。

技術(shù)背景：

電子產(chǎn)品離不開浪涌電壓防護(hù)，作為當(dāng)今浪涌電壓防護(hù)的主要元件，ZnO壓敏電阻器在上世紀(jì)60年代末問世后，用量就隨著電子信息產(chǎn)品同步增長。在220(240)V工頻電源電路中，人們一開始用的是壓敏電壓(Un)為470V的壓敏電阻器，它在標(biāo)稱放電電流下的殘壓(限制電壓)大體為1100V。但它們在使用現(xiàn)場起火，造成嚴(yán)重后果的事故時有發(fā)生。于是220(240)V電路中的壓敏電阻器的規(guī)格逐步提高到Un為620V、680V。這個措施是有效的，極大地減低了起火事故的概率，但殘壓相應(yīng)地提高到1400V、1500V。殘壓的增大意味著其他方面成本加大和整個產(chǎn)品體積增加。近年來，在電子產(chǎn)品小型化和降成本的壓力下，“降殘壓”成為壓敏電阻制造和應(yīng)用領(lǐng)域的共同熱門課題。

降低殘壓的意義至少有以下方面:

第一、被保護(hù)器件的耐電壓等級降低,成本下降,幾何尺寸減小,例如圖1的例子,

第二、壓敏電阻安裝部位的空氣間隙，爬電距離和耐電壓試驗電壓相應(yīng)減小，表1的數(shù)據(jù)說明了這一點，這將使整個設(shè)備的成本下降,幾何尺寸減小。

第三,有利于整個產(chǎn)品小型化。

降低壓敏電阻在一定脈沖電流下的殘壓，目前主要有三個技術(shù)途徑：

1、減小流過壓敏電阻器的脈沖電流密度；也就是說，在脈沖電流給定的條件下，增大壓敏電阻器的電極面積。這可以有兩種做法：第一，采用單只大尺寸壓敏電阻器；第二，采用多個小尺寸壓敏電阻器的并聯(lián)組合。

2、選用壓敏電壓(Un)低的壓敏電阻器，這包含兩層含義；低標(biāo)稱電壓的規(guī)格，或同一規(guī)格中的負(fù)公差Un產(chǎn)品。

3、改變制造技術(shù)；通過調(diào)整瓷料配方和生產(chǎn)工藝來改變規(guī)定電流下的殘壓比?，F(xiàn)行的工業(yè)生產(chǎn)壓敏電阻器，在標(biāo)稱放電電流下的殘壓比大體為2.2～2.7，也就是說，料配方和生產(chǎn)工藝對殘壓的調(diào)整范圍，只有23％左右。

壓敏電阻的三種工作狀態(tài)和選擇Un的一個基本矛盾：

在考慮壓敏電阻器的低殘壓應(yīng)用時，必須了解其工作狀態(tài)，以及殘壓與壓敏電壓Un的關(guān)系。并聯(lián)在電源電壓上的壓敏電阻器，在其整個使用壽命期中，按照作用在它上面的電應(yīng)力的不同，可以區(qū)分為三種工作狀態(tài)：

1、等待狀態(tài)：只有電源系統(tǒng)電壓應(yīng)力，按最大連續(xù)工作電壓(MCOV)計算，應(yīng)力強(qiáng)度取決于“加壓比Rap＝MCOV/Un”。Rap越大應(yīng)力越嚴(yán)酷，表現(xiàn)為老化加快，壽命縮短。從這一點出發(fā)，總希望減小Rap值，即提高Un值。

2、浪涌抑制狀態(tài)：“MCOV+脈沖電流”兩種電應(yīng)力同時作用。對于這個工作狀態(tài)，人們最關(guān)心的是一定脈沖電流下的殘壓Ucla＝Rcla×Un。從盡可能降低殘壓Ucla這一點出發(fā)，總希望降低Un值。

3、暫時過電壓耐受狀態(tài)：電應(yīng)力是暫時過電壓UTOV；應(yīng)力強(qiáng)度取決于“電壓比RTOV＝UTOV/Un”,RTOV越大應(yīng)力越嚴(yán)酷,壓敏電阻越容易熱失控而損壞。從這一點出發(fā)，總希望減小RTOV值，即提高Un值。

上面的分析表明，壓敏電阻的三種工作狀態(tài)對于壓敏電壓Un的期望值是不同的，等待狀態(tài)和暫時過電壓耐受狀態(tài)期望Un取大值，而浪涌抑制狀態(tài)期望Un取小值。這是壓敏電阻應(yīng)用設(shè)計中面臨的一個基本矛盾。在降殘壓的設(shè)計中，必須折中處理好這個矛盾，達(dá)到既能降殘壓，又能保證要求的MTTF(平均無故障時間)和預(yù)定TOV應(yīng)力下的安全性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種由壓敏器件的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對沖擊電流的分流分壓勻流作用，又通過壓敏器件的相對空間幾何位置，實現(xiàn)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)電路上阻抗與的電磁場的平衡，同時使用壓敏剖分交叉技術(shù)，實現(xiàn)參數(shù)波動壓敏間的平衡。提高了壓敏器件的耐受性和抗沖擊電流的能力，并降低了殘壓，大幅度地減少被保護(hù)電路的成本，延長保護(hù)電路壽命的中性電極互聯(lián)壓敏浪涌過電壓保護(hù)電路。

本發(fā)明目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)，一種中性電極互聯(lián)壓敏浪涌過電壓保護(hù)電路，其所述電路包括兩個以上壓敏電阻器通過并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)組成，其分別達(dá)到：

1)、壓敏電阻器滿足以下要求：

(1)、同一組合中的各壓敏電阻器在經(jīng)受脈沖電流時，每只元件中的電流不均勻系數(shù)δI＜0.1；

(2)、同一組合中的各壓敏電阻器的寬波脈沖電流篩選，使用2ms方波，每平方厘米承受20A，作為篩選條件，正反各一次，芯片不擊穿或破裂作為合格判據(jù)；

(3)、同一組合中的各壓敏電阻器的電壓～溫度應(yīng)力篩選,以125℃為篩選溫度，壓敏電壓中心值作為外加交流試驗電壓峰值，進(jìn)行8小時老化篩選，芯片不穿孔或測試后壓敏電壓不低于初始值作為合格判據(jù)；

2)、浪涌過電壓保護(hù)電路滿足以下要求：

(1)、浪涌過電壓保護(hù)電路中各壓敏電阻器的空間位置對稱；

(2)、浪涌過電壓保護(hù)電路中各對應(yīng)位置壓敏電阻器的阻抗平衡；

(3)、浪涌過電壓保護(hù)電路中各對應(yīng)位置壓敏電阻器的沖擊電流產(chǎn)生的感生電動勢在各壓敏電阻器上平衡；

(4)、浪涌過電壓保護(hù)電路中各對應(yīng)位置的壓敏電阻器連接引線長度相等，直徑相同，阻抗相同。

所述的中性電極互聯(lián)壓敏浪涌過電壓保護(hù)電路，其浪涌過電壓保護(hù)電路包括兩組串聯(lián)的壓敏電阻器，各串聯(lián)組的壓敏電阻器為三個以上，兩串聯(lián)組再并聯(lián)，兩并聯(lián)端為該浪涌過電壓保護(hù)電路的輸入、輸出端；一串聯(lián)組底部兩個壓敏電阻器的連接端，與另一聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器的連接端電連接；一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器的連接端，與另一聯(lián)組底部的個壓敏電阻器的連接端電連接；形成交叉連接組合。

所述的中性電極互聯(lián)壓敏浪涌過電壓保護(hù)電路，其浪涌過電壓保護(hù)電路包括兩組串聯(lián)的壓敏電阻器，各串聯(lián)組的壓敏電阻器為三個以上，兩串聯(lián)組一端連接，做為輸入端，另一端分別作為該浪涌過電壓保護(hù)電路的輸入端；一串聯(lián)組底部兩個壓敏電阻器的連接端，與另一聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器的連接端電連接；一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器的連接端，與另一串聯(lián)組底部的兩個壓敏電阻器的連接端電連接；形成交叉連接組合。

所述的中性電極互聯(lián)壓敏浪涌過電壓保護(hù)電路，其浪涌過電壓保護(hù)電路包括兩組串聯(lián)的壓敏電阻器，各串聯(lián)組的壓敏電阻器為三個以上，兩串聯(lián)組一端連接，做為輸入端，另一端分別作為該浪涌過電壓保護(hù)電路的輸入端；一串聯(lián)組底部兩個壓敏電阻器的連接端，與另一聯(lián)組底部兩個壓敏電阻器的連接端電連接；一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器的連接端，與另一串聯(lián)組頂部的兩個壓敏電阻器的連接端電連接；形成平行連接組合。

所述的中性電極互聯(lián)壓敏浪涌過電壓保護(hù)電路，其浪涌過電壓保護(hù)電路包括兩組串聯(lián)的壓敏電阻器，各串聯(lián)組的壓敏電阻器為三個以上，兩串聯(lián)組一端連接，做為輸入端，另一端分別作為該浪涌過電壓保護(hù)電路的輸入端；一串聯(lián)組底部兩個壓敏電阻器的連接端，與另一聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器的連接端電連接；一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器的連接端，與另一串聯(lián)組底部的兩個壓敏電阻器的連接端電連接；一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器的連接端，與另一串聯(lián)組的輸入端電連接，一串聯(lián)組的輸入端，與另一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器的連接端電連接。

本發(fā)明優(yōu)點在于，提高了壓敏器件的耐受性和抗沖擊電流的能力，并降低了殘壓，大幅度地減少被保護(hù)電路的成本，延長了保護(hù)電路壽命。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的一種電路原理示意圖；

圖2為本發(fā)明的另一種電路原理示意圖；

圖3為本發(fā)明的又一種電路原理示意圖；

圖4為本發(fā)明的再一種電路原理示意圖；

圖5為本發(fā)明一種浪涌過電壓保護(hù)電路網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用電路原理示意圖。

具體實施例：

本發(fā)明是為了提高了壓敏器件的耐受性和抗沖擊電流的能力，并降低了殘壓，大幅度地減少被保護(hù)電路的成本，延長保護(hù)電路壽命。

所以應(yīng)該了解壓敏電阻器在浪涌過電壓保護(hù)電路中涉及的原理，即電流的集中效應(yīng)及負(fù)熱阻效應(yīng)。所謂電流的集中效應(yīng)，是指在L型引線壓敏阻中，電流通過中心線向四周擴(kuò)散電流，中心點電流比較集中。所謂的負(fù)熱阻效應(yīng)，是指壓敏電阻通流量越大，局部溫度越高，電阻越小。當(dāng)散熱能力小于生熱能力時，正反饋將導(dǎo)致壓敏電阻融化貫穿。熱擊穿的燒融過程開始于通流密度較大的晶粒或缺陷，然后以之為原點逐步擴(kuò)張，電流方向擴(kuò)張更快。當(dāng)其直徑達(dá)到或接近壓敏厚度時，就發(fā)生貫穿式熱擊穿，形成略小于或近似等于厚度的通孔，嚴(yán)重的會引起拉弧或燃燒，這就是熱貫穿效應(yīng)。由于散熱的需要，壓敏晶體會形成由內(nèi)向外的溫度梯度，導(dǎo)致中心部位溫度最高。而來自引線的運(yùn)動電荷在引線終端由結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的動量分布的離散性最高，即速度最高和最低的運(yùn)動電荷都多些，個別沖擊動量最強(qiáng)的運(yùn)動電荷，對晶界的破壞能力最強(qiáng)；引線末端的電場由于尖端效應(yīng)又最強(qiáng)，所以熱擊穿點絕大部分都發(fā)生在晶片靠近中心的引線端點。

通常，人們?yōu)榱颂岣弑Ｗo(hù)壓敏電阻器的工作壽命并降低殘壓，也采用多壓敏并聯(lián)來進(jìn)行分流的電路。但是由于各壓敏參數(shù)不完全相同，電流在集中效應(yīng)的作用下，還是會逐漸向過流較大的壓敏集中，最后使其燒毀。接著也會使第二個壓敏燒毀，燃燒的過程對電路及安全產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。

本發(fā)明的技術(shù)，由于總體壓敏參數(shù)的平衡，電流集中于一個壓敏的電流集中效應(yīng)得到遏制，中性電極還起到了阻擋熱貫穿效應(yīng)發(fā)生和加強(qiáng)散熱的作用。恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)安排，還能使部分壓敏由承受單向沖擊改為承受雙向沖擊，大幅度地提高防護(hù)電路的耐受性。

本技術(shù)的中性電極互聯(lián)壓敏浪涌過電壓保護(hù)電路，由兩個以上壓敏電阻器通過并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)組成，鑒于上述分析，其壓敏電阻器及所組成的浪涌過電壓保護(hù)電路應(yīng)達(dá)到以下兩方面的滿足：

第一，壓敏電阻器的篩選，應(yīng)滿足：

1、同一組合中的各壓敏電阻器在經(jīng)受脈沖電流時，每只元件中的電流不均勻系數(shù)δI＜0.1；

同一組合中的各并聯(lián)元件必須經(jīng)過特性配對，保證在經(jīng)受脈沖電流時，每只元件中的電流差別不大于規(guī)定值。否則在使用過程中，承受電流大的元件會提前失效。為此這里定義一個參數(shù)“不均勻系數(shù)δI＝(nΔI)/I_t”,它等于各并聯(lián)元件電流的極差ΔI，對于平均電流I_t/n的比值(I_t是總電流，n是并聯(lián)元件數(shù))。在沒有特別規(guī)定的情況下，要求δI＜0.1。

2、同一組合中的各壓敏電阻器的寬波脈沖電流篩選，使用2ms方波，每平方厘米承受20A，作為篩選條件，正反各一次，芯片不擊穿或破裂作為合格判據(jù)；

3、同一組合中的各壓敏電阻器的電壓～溫度應(yīng)力篩選,以125℃為篩選溫度，壓敏電壓中心值作為外加交流試驗電壓峰值，進(jìn)行8小時老化篩選，芯片不穿孔或測試后壓敏電壓不低于初始值作為合格判據(jù)；

第二、浪涌過電壓保護(hù)電路應(yīng)滿足以下要求：

1、浪涌過電壓保護(hù)電路中各壓敏電阻器的空間位置對稱；

在浪涌過電壓保護(hù)電路網(wǎng)絡(luò)中的耐受性方面，我們要充分使所有的壓敏參與工作，共同分擔(dān)電流；另一方面，我們還要使每個壓敏所承受的電流密度相同，為使相互的感應(yīng)平衡，要使涌過電壓保護(hù)電路中各壓敏電阻器的空間位置對稱。

2、浪涌過電壓保護(hù)電路中各對應(yīng)位置壓敏電阻器的阻抗平衡；

3、浪涌過電壓保護(hù)電路中各對應(yīng)位置壓敏電阻器的沖擊電流產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢在各壓敏電阻器上平衡；

浪涌過電壓保護(hù)電路中沖擊電流通過時網(wǎng)絡(luò)各環(huán)路的綜合磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零，或者各子壓敏電阻器上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等。表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上，該網(wǎng)絡(luò)具有類似晶體的對稱性和周期性，并保證空間位置上的相對等同。從而防止網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的類趨膚效應(yīng)，取得最小的阻抗。使沖擊電流流過時，各分支電流遇到的阻抗相等。

4、浪涌過電壓保護(hù)電路中各對應(yīng)位置的壓敏電阻器連接引線長度相等，直徑相同，阻抗相同。

浪涌過電壓保護(hù)電路中，在浪涌電壓沖擊時，由壓敏電阻器組成的電路網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)同樣對壓敏電壓和電流的分配起著很大的作用。假設(shè)某一段引線的阻抗為0.1歐姆，在沖擊電流為1000A的情況下，阻抗上的壓降就有100V。其二，壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)如果受到與電流方向一致的磁場的作用，則同樣會產(chǎn)生趨膚效應(yīng)；也就是，在串并結(jié)構(gòu)相同的情況下，一個隨意的過電流壓敏保護(hù)網(wǎng)產(chǎn)生的殘壓要比考慮上述因素精心設(shè)計的壓敏保護(hù)網(wǎng)高出100～300V。

如圖1所示，是一種浪涌過電壓保護(hù)電路，所述浪涌過電壓保護(hù)電路包括由壓敏電阻器R1、R2、R3及R4、R5、R6串聯(lián)組成的兩組串聯(lián)的壓敏電阻器件，各串聯(lián)組的壓敏電阻器為三個以上，兩串聯(lián)組再并聯(lián)，兩并聯(lián)端分別為該浪涌過電壓保護(hù)電路的L端與N端；一串聯(lián)組底部兩個壓敏電阻器R2與R3的連接端，與另一聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器R4與R5的連接端電連接；一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器R1與R2的連接端，與另一聯(lián)組底部的個壓敏電阻器R5與R6的連接端電連接；形成交叉連接組合。本電路通過將一分三壓敏交叉組合，實現(xiàn)左右浪涌通道的電阻一致，保證了通過電流的一致性。同時，即使某一子壓敏被熱擊穿，分隔電極也可以防止其熱貫穿效應(yīng)的發(fā)生，延長了整體防護(hù)電路的壽命。

如圖2所示，是另一種浪涌過電壓保護(hù)電路，所述浪涌過電壓保護(hù)電路包括由壓敏電阻器R1、R2、R3及R4、R5、R6串聯(lián)組成的兩組串聯(lián)的壓敏電阻器件，各串聯(lián)組的壓敏電阻器為三個以上，兩串聯(lián)組的一端連接，為PE端，另一端分別作為該浪涌過電壓保護(hù)電路的為L端及N端；一串聯(lián)組底部兩個壓敏電阻器R2與R3的連接端，與另一聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器R4與R5的連接端電連接；一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器R1與R2的連接端，與另一串聯(lián)組底部的兩個壓敏電阻器R5與R6的連接端電連接；形成交叉連接組合。

如圖3所示，是又一種浪涌過電壓保護(hù)電路，所述浪涌過電壓保護(hù)電路包括由壓敏電阻器R1、R2、R3及R4、R5、R6串聯(lián)組成的兩組串聯(lián)的壓敏電阻器件，各串聯(lián)組的壓敏電阻器為三個以上，兩串聯(lián)組的一端連接，做為PE端，另一端分別作為該浪涌過電壓保護(hù)電路的L端及N端；一串聯(lián)組底部兩個壓敏電阻器R2與R3的連接端，與另一聯(lián)組底部兩個壓敏電阻器R5與R6的連接端電連接；一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器R1與R2的連接端，與另一串聯(lián)組頂部的兩個壓敏電阻器R4與R5的連接端電連接；形成平行連接組合。

如圖4所示，是再一種浪涌過電壓保護(hù)電路，所述浪涌過電壓保護(hù)電路包括由壓敏電阻器R1、R2、R3及R4、R5、R6串聯(lián)組成的兩組串聯(lián)的壓敏電阻器件，各串聯(lián)組的壓敏電阻器為三個以上，兩串聯(lián)組一端連接，做為PE端，另一端分別作為該浪涌過電壓保護(hù)電路的L端及N端；一串聯(lián)組底部兩個壓敏電阻器R2與R3的連接端，與另一聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器R4與R5的連接端電連接；一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器R1與R2的連接端，與另一串聯(lián)組底部的兩個壓敏電阻器R5與R6的連接端電連接；一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器R1與R2的連接端，與另一串聯(lián)組的N端電連接，一串聯(lián)組的L端，與另一串聯(lián)組頂部兩個壓敏電阻器R4與R5的連接端電連接。

如圖5所示，是一種浪涌過電壓保護(hù)電路網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用，這里采用12個14D681壓敏電阻器R構(gòu)成防護(hù)網(wǎng)絡(luò)。沖擊電流5000A時，L～N差模殘壓達(dá)到1230V。14D681的殘壓為1680V。與傳統(tǒng)的三角形接法相比，殘壓比由以前的2.2降到了1.8。耐沖擊次數(shù)，從10次提高到70次以上，表面溫度降低近30℃(見附表實驗數(shù)據(jù))。在本實施例中，各節(jié)點與壓敏之間的連接線長度、線徑相同，相互間的幾何位置對稱。

該電路與常規(guī)三角接法的對比試驗見表一：

表一