2 .压敏电阻的工作原理及失效机理
氧化锌压敏电阻器MOV 是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物，典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。MOV 具有独特的晶界结构，在一定电场下，晶界导电由热电子发射传导瞬间转变为电子隧道传导，其电阻值随着电压的增大而急剧减小，具有优异的非线性伏安特性，那么，当家用电器所接的电源中存在过电压时，MOV 晶界电子隧道效应抑制过电压峰值增长，吸收部分过电压能量，从而起到防护作用，MOV 具有高通流容量，低残压，无续流且成本较低等优点，已被首选使用在家用电器的电源入口作为过电压保护元件。
MOV 具有很高的瞬时(纳秒级或微妙级)过电压抑制能力，但在暂时(毫秒级或秒级)过电压、过电流或频繁的浪涌电流冲击下，MOV 较容易出现老化现象。
MOV 的失效主要有两种模式，一种为开路模式，该模式主要发生在MOV 流过远远超出自身能够承受的浪涌电流时，表征为MOV 本体炸裂，但这种模式不会引起燃烧现象，且出现在家用电器中概率是很低的;另一种为短路模式，大体上可分为老化失效和暂态过电压破坏两种类型：
a、老化失效，这是指电阻体的低阻线性化逐步加剧，漏电流恶性增加且集中流入薄弱点，薄弱点材料融化，形成1kΩ 左右的短路孔后，电源继续推动一个较大的电流灌入短路点，形成高热而起火。研究结果表明， 若压敏电阻存在着制造缺陷，易发生早期失效， 强度不大的电冲击的多次作用，也会加速老化过程，使老化失效提早出现;
b、暂态过电压破坏，这是指较强的暂态过电压使电阻体穿孔，导致更大的电流而高热起火，整个过程在较短时间内发生。
短路失效是引起压敏电阻起火燃烧的主要原因，从而导致家用电器发生火灾事故，以下是MOV在不同过电流试验后失效图片(参照UL1449 3rd 39.4 条款测试)：
图1:MOV14D471 在600V*320mA 电流试验后图
图2:MOV14D471 在600V*500mA 电流试验后图
图3:MOV14D471 在600V*1A 电流试验后图片
图4:MOV14D471 在600V*2A 电流试验后图片
图5:MOV14D471 在600V*5A 电流试验后图片
图6:MOV14D471 在600V*10A 电流试验后图片
图7:MOV14D471 在600V*15A 电流试验后图片
图8:MOV14D471 在600V*20A 电流试验后图片
说明：图4、图6 为人为切断电路后的照片;图1~3、图5、图7~8 为未人为切断电路前的照片。
3 单独采用过流保护方式应对压敏电阻失效的现状分析
3.1 压敏电阻MOV 与电流保险丝FUSE 的浪涌电流承受能力对比，见表1
图9:空气调节器典型电路设计(截图)之一
图10:空气调节器典型电路设计(截图)之二
从图9、图10 反映了目前家用电器电路设计的习惯思路，在MOV 前端置放了电流保险丝fuse,浪涌电流从电源端输入后先经过FUSE,再由流经MOV.如此有两个矛盾存在：
a、MOV 与FUSE 的最大浪涌承受能力的矛盾，如表1 中所示;电路设计时，如果为了满足MOV 的浪涌电流承受能力时，就必须提高FUSE 的额定电流值，这样过大的电流额定值将严重降低对后置电路的过流保护效果，火灾隐患倍增;反之，为了保证FUSE 对后置电路的过流保护效果，就得按需要选择较小的额定电流值，同时也大幅减低了整个电路的浪涌承受能力，在客户使用过程中将出现FUSE 很容易断开。
b、引起MOV 燃烧的击穿电流与FUSE 的断开电流的矛盾。
如图1~图8 所示， 不管MOV 的浪涌承受能力的大小，MOV 在不同的过电流下就会引起高温、冒烟甚至燃烧;FUSE 只在MOV 因暂时过电压作用下、击穿电流快速增大到2 倍的FUSE额定电流时才能迅速断开电流;如果是MOV 老化引起的压敏电压逐渐下降，MOV 的漏电流缓慢增加而引发的MOV 燃烧，此时的FUSE 将无法断开电路。
4 推荐应对压敏电阻失效的合适方案
4.1 压敏电阻失效表征特点为本体温度快速上升，采用温度管理是最有效方式
压敏电阻实际上是一种具有非线性伏安特性的敏感元件，在正常电压条件下，这相当于一只小电容器，而当电路出现过电压时，它的内阻急剧下降并迅速导通，其工作电流增加几个数量级，从而有效地保护了电路中的其它元器件不致过压而损坏，它的伏安特性是对称的，如图(11)a 所示。这种元件是利用陶瓷工艺制成的，它的内部微观结构如图(11)b 所示。微观结构中包括氧化锌晶粒以及晶粒周围的晶界层。其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈N 型半导体，晶界物质中含有大量金属氧化物形成大量界面态，这样每一微观单元是一个背靠背肖特基势垒，整个陶瓷就是由许多背靠背肖特基垫垒串并联的组合体。
图(11)a 伏安特性曲线
图(11)b 内部微观结构
图12 是压敏电阻器的等效电路。 氧化锌晶粒的电阻率很低，而晶界层的电阻率却很高，相接触的两个晶粒之间形成了一个相当于齐纳二极管的势垒，这就是一压敏电阻单元，每个单元击穿电压大约为3~3.5V,如果将许多的这种单元加以串联和并联就构成了压敏电阻的基体。串联的单元越多，其击穿电压就超高，基片的横截面积越大，其通流容量也越大。压敏电阻在工作时，每个压敏电阻单元都在承受浪涌电能量。
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