压敏电阻在IEC 62368-1中的试验要求

胡华军

（中检集团南方测试股份有限公司，广东 深圳 518055）

0 引言

随着电子信息科技的发展，各种电子电器设备给我们的生活带来便利，同时也存在无形的安全隐患。压敏电阻是指MOV或VDR。压敏电阻在电子电器产品设计上是一个非常重要的元器件。安全标准IEC62368-1《音频/视频、信息和通信设备 第1部分：安全要求》针对压敏电阻提出了新的要求，本文分析并介绍相关测试要求。

1 压敏电阻定义和介绍

“压敏电阻”是一种限压型保护器件，具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件，从而实现对后级电路的保护。英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”，简写为“VDR”，或者叫作“Varistor”。现在大量使用的“氧化锌”（ZnO）压敏电阻，具有残压低、响应时间快、无续流等优点，目前在电子技术、通信领域大量使用。但是它同时也存在泄露和寄生电流较大等弊端，不利于对高频电子的保护[1]。

1.1 气体放电管

气体放电管是一种间隙式的防雷保护元件，放电管内充入电气性能稳定的惰性气体，外壳材料多为陶瓷，又称陶瓷放电管。气体放电管它的极间绝缘电阻大、寄生电容小，但是它的通流能力比压敏电阻大，响应时间较长。而且，气体放电管用于电网电源电路时，存在续流问题：即当气体放电管两端的浪涌电压消失后，电网电源电压仍然大于气体放电管的维持放电电压，使其持续放电，无法恢复到初始的高阻抗状态。所以气体放电管一般不单独用在电网电源电路中，多应用于次级通信电路中，或者压敏电阻与气体放电管串联电路中。

1.2 压敏电阻与气体放电管串联

由于压敏电阻和气体放电管本身材料特性，在单独使用时都存在一定弊端。在需要更高可靠性和安全性的服务器和交换机等设备上使用的开关电源[2]，我们经常见到将一个压敏电阻与气体放电管串联后使用在相线与地之间。在压敏电阻的前级加入气体放电管进行能量配合使用，可以降低输出残压，提高流通量，减缓元件老化，延长寿命[3]。

1.3 针对使用串联电路时IEC62368-1标准

第5.5.7条款规定了需满足如下条件。

如在电网电源和保护地之间使用SPD，则SPD应当由压敏电阻（MOV）和GDT（气体放电管）串联组成，并符合以下两个条件要求：

（1）压敏电阻（MOV）应当符合G.8.2.2；

（2）GDT（气体放电管）应当符合以下两个条件要求：

GDT（气体放电管）应该满足基本的绝缘抗电强度试验；

GDT（气体放电管）应该满足基本的绝缘外部电气间隙和爬电距离的要求（中国标准差异，若适用于高海拔5000m以上，则电气间隙需要乘1.48倍的系数）。

2 压敏电阻电击防护要求

压敏电阻应符合IEC 61051-2或IEC61643-331标准，不论其是否具有防火防护外壳都要考虑下列所有要求：

（1）优先气候类别

下限类别温度：－10℃；

上限类别温度：＋85℃；

稳态湿热试验的持续时间：21d。

（2）最大连续电压

至少为设备额定电压的1.25倍，或至少为设备额定电压范围的上限电压的1.25倍。

（3）组合脉冲

（IEC61051-2:1991+修订1:2009的表I，组别1或IEC61643-331：对该项试验，按照IEC61051-2:1991修订1:2009的2.3.6或IEC61643-331选择组合脉冲。（试验由10个正极性脉冲或10个负极性脉冲组成，每个脉冲的电压波形为1.2/50s，电流波形为8/20s。同时还需要满足IEC62368附录G.8.2.2、G.8.2.3相关试验要求，选择组合脉冲时，电网电源电压低于300V时，过电压类别Ⅳ，必须通过6kV/3kA电压电流组合脉冲（电压脉冲波形为1.2/50μs，电流脉冲波形为8/20μs）。判定要求：试验后，压敏电阻采用制造商规定的电流测量，其电压与试验前相比变化不应大于10%。

3 压敏电阻着火的安全防护

用作防火安全防护的压敏电阻，压敏电阻应被认为是PIS。压敏电阻过载试验和暂态过电压试验应按照表1根据最大连续交流电压进行。

表1 G.10 压敏电阻器的过载和瞬时过电压试验

Vr为设备额定电压或者额定电压范围的上限值。

3.1 压敏电阻过载试验（G.8.2.2）

过载测试条件：外壳由可燃性材料制成且距离压敏电阻小于13mm时。

对于跨接在电网电源间（L到L或L到N）、相线到保护地（L到PE）、中线到保护地（N到PE）的压敏电阻或者包含压敏电阻的浪涌抑制电路，按照表1进行以下试验：

（1）施加两倍的额定输入电压2×Vr；

（2）串联可调电阻，电流按串联到交流电源的试验电阻Rx计算；

（3）Vr为设备额定电压或者额定电压范围的上限值。

对于L线到N线，设备中装有不超过10A的保险丝与压敏电阻串联，可以使用初始测试电阻器（R1）产生相同的结果电流作为保险丝或短路。如果没有串联保险丝，则进行如下试验：

第一步，测试应使用初始测试电阻R1=16×Vr进行（如果开始施加试验电流时电路没有立即断开，试验应该持续到温度稳定）；

第二步，试验应换用新的Rx（R2，R3，R4等）重复试验直到电路断开。

（1）R2=8×VrΩ；

（2）R3=4×VrΩ；

（3）R4=2×VrΩ；

（4）Rx=0.5×（Rx-1）×VrΩ。

判断依据：试验期间，电路可以由于保护装置（如热熔断体或GDT）的动作而开路。

试验期间和试验后，应无着火的危险。

注意：MOV的“Maximum continuous AC voltage”不能直接选择实物上面标出的额定电压值，而是需要核对产品的UL或者VDE证书。

例如：MOV的型号为05D561K（UL File No.E330837），最大的Maximum continuous AC voltage电压为350V。

3.2 测试举例

额定输入电压：100～240V，MOV跨接L/N为例进行模拟测试。

选用以下三种规格的MOV进行过载测试。

（1）示例1，选择MOV(561K)压敏电阻，起初认为如果MOV发热，必有电流通过，在回路中串联一个电流表监控电流，开始测试：

第一步，当R1=3840Ω时，观察到电流表未有电流通过；

第二步，接着选择R2=1920Ω继续测试，电流表依然没有电流通过；

第三步，继续更换阻值，选择R3=960Ω，电流表依然没有电流通过；

第四步，电阻和电流表移除，MOV瞬间爆裂，金属熔融物溅出，保险丝随后动作（开路）；

测试结果：压敏电阻爆裂，试验不合格。

（2）示例2，选择MOV(471K)型压敏电阻，R1=3840Ω，模拟塑料外壳靠着MOV上的情况，然后开始进行测试，MOV本体温度迅速上升达到最大值310℃，随后趋于平稳[4]。

测试结果：由于MOV本体温度过高，导致塑料外壳碳化穿孔，有着火和电击危险，试验不合格。

（3）示例3，选择MOV(681K)型压敏电阻，R1=3840Ω，本体上布置温升热电偶，塑料外壳靠着MOV上的情况，然后按照Rx的顺序进行测试，最后用导线直接替换电阻，MOV本体无任何异常温升，塑料外壳无碳化和变形。

测试结果：试验结果为合格。MOV的发热与其”Maximum continuous AC voltage”有关。

4 压敏电阻暂态过电压试验（G.8.2.3）

对于连接在电网电源导体和地之间包含压敏电阻器的浪涌抑制电路，按照IEC61643-11的8.3.8.1在低压系统故障引起的TOV下试验和8.3.8.2在高中压系统的故障引起的暂时过电压TOV下试验，试验之后产品的绝缘不能发生击穿和崩溃[5]。

5 结语

本文研究了压敏电阻在IEC62368-1标准下的检测试验要求，进行了相关总结和归纳，补充了MOV过载试验的测试方法，提高了标准应用于此类产品检测时的可操作性。同时通过举实例来说明，希望能够帮助设计开发和相关测试人员提高对标准的条款理解，选择合适的安全元器件，从而达到减少火灾和电击风险的目的。