环形压敏电阻器

解决指南

运用环形压敏电阻器的
马达噪音解决方案

运用环形压敏电阻器的马达噪音解决方案指南 概要

在雨刷器、电动车窗、自动调节座椅等汽车辅机用车载马达中,大多使用以磁铁作为磁场的小型有刷DC马达。有刷DC马达具有结构简洁、价格低廉、启动扭矩大等特点,但随着旋转,其毛刷与整流子的触点会产生电火花,这就是产生噪音以及毛刷摩擦的原因所在。为此,出于吸收并抑制噪音,并且对触点进行保护的目的,在整流子部安装了环形压敏电阻器作为电压保护器件。
TDK的环形压敏电阻器VAR-18系列采用了钛酸锶类半导体陶瓷材料,因此相比以往产品,其电气特性及物理性能得到了大幅提升。形状、尺寸也与以往产品相同,拥有丰富的产品线,可准确灵活地满足客户的各种需求,同时还具有便于使用的优势。

什么是压敏电阻器?

压敏电阻器(Varistor)是指电阻值随电压发生变化的器件,英文全称为Variable Resistor。其在某一电压(压敏电阻器电压)以内可保持高水平电阻值,几乎不会流过,但一旦超过该电压,电阻值会急剧降低,此时则会有大电流流经。为此,其常被用作电压保护器件,防止以瞬时异常高电压形式侵入的浪涌等导致电路错误工作或IC发生损坏。电子设备中常用有碟(圆板型)型、积层贴片型产品,除此之外,在用于汽车辅机等的有刷DC马达中则广泛使用有薄型圈状的环形压敏电阻,以达到抑制噪音,保护触点的目的。

微型马达用环形压敏电阻器的作用

环形压敏电阻安装于有刷DC马达的整流子部位。整流子是根据转子旋转切换电流方向的装置。在整流子与毛刷的触点处,电流方向发生切换的瞬间会产生大浪涌电压,从而引起电火花,这就是产生噪音的原因所在,同时也会使毛刷发生磨损。环形压敏电阻器可吸收该浪涌电压,并抑制电火花产生(图1)。

图1 :环形压敏电阻器的结果与原理

图1 :环形压敏电阻器的结果与原理

车载DC马达的噪音抑制① 运用的马达噪音解决方案

环形压敏电阻器的特点在于,其可简单方便地安装于DC马达的整流子部位,并且占用空间小,拥有优异的噪音吸收及抑制效果,同时还可起到保护触点的作用。其拥有在环状的压敏电阻器元件体表面形成电极的平面电极型,以及在压敏电阻器元件体外围部形成电极的侧面电极型产品,根据整流子的极数可分为3极、5极、6极以及7极等产品。TDK不仅拥有平面电极型(VAR-18-P)、侧面电极型(VAR-18-S)产品,同时还备有各类极数及尺寸的产品,可匹配包括车载DC马达在内的几乎所有的小型DC马达。

车载DC马达的噪音抑制② 并用积层带导线陶瓷电容器的解决方案

TDK通过结合环形压敏电阻器与其他电子元件,提供更为有效的车载DC马达用噪声抑制方案。现在主要使用电容器来抑制车载DC马达的噪音,但在该用途中,相比焊接于基板中的MLCC(积层贴片陶瓷片式电容器),焊接及铆接简单牢固的积层带导线陶瓷电容器的效果更佳。TDK的优势在于同时制造并提供环形压敏电阻器与积层带导线陶瓷电容器。通过丰富的产品线来提供满足客户要求的解决方案。

关于运用环形压敏电阻器实现简便高效马达噪音解决方案的介绍

以下就压敏电阻器的原理、特性以及使用有TDK环形压敏电阻的车载DC马达的具体噪音解决方案进行介绍。

1.压敏电阻器的材料与特性

不适用欧姆定律的特殊半导体陶瓷

图2 :压敏电阻的电压-电流特性

图2 :压敏电阻的电压-电流特性

单纯的电阻器件适用欧姆定律V =RI (V:电压、R:电阻、I:电流)的关系式,电流与附加的电压成正比而逐渐增大,图表中显示为一直线。然而,有一种电阻器件不适用欧姆定律,其随着附加电压的增大,电阻会出现不同的变化。而压敏电阻器运用了这样的特性,吸收浪涌电压及ESD(静电放电)等非正常发生的高电压,并将其释放至地面侧。

压敏电阻器的电压-电流特性与I =KVα 公式近似。K为常数,α为电压非线性系数(α系数)。若为单纯的电阻器件,则α=1,而压敏电阻器的α>1,同时,这个数值越大则越不适用欧姆定律,并呈现非线性电压-电流特性(图2)。压敏电阻器的材料使用的是ZnO(氧化锌)类、SrTiO3(钛酸锶)类等半导体陶瓷。

2. 车载DC马达的噪音抑制① 运用环形压敏电阻器的解决方案

抑制大范围噪音,防止对车载电子设备产生不良影响

近年来,在汽车的安全性及便利性不断提高的环境下,搭载的小型DC马达数量多者可达到100个以上。而在汽车中车载DC马达会对电子设备造成不良影响,例如每当在雨刷器工作等情况下,收音机中便会产生杂音等情况。这是由于DC马达整流子与毛刷的触点中产生电火花而引起的现象,这样的噪音会在从低频率至高频率的较大频率范围内发生。为此,为抑制车载DC马达的噪音,除了使用有电容器等产品外,也会使用环形压敏电阻器,而尤其在小型形状DC马达中,其使用则更为广泛(图3)。

图3 :可能在车载用小型DC马达中使用环形压敏电阻器的电动装置

図3:可能在车载用小型DC马达中使用环形压敏电阻器的电动装置
TDK环形压敏电阻器的特点

TDK提供有VAR-18系列的各类环形压敏电阻器,该产品使用的是SrTiO3(钛酸锶)类半导体陶瓷材料。以下就TDK环形压敏电阻器的主要特点与电气及物理特性进行说明。

《TDK环形压敏电阻器VAR-18系列的特点与电气及物理特性》
●结合了浪涌吸收器与旁路电容器功能的器件
SrTiO3材料在很大的温度范围中可保持较高的介电常数。在其中融入压敏电阻器特性后,便可使压敏电阻器拥有较大的电容量与α系数。为此,对于电压水平较高的浪涌等,可发挥压敏电阻器的作用,而对于电压水平较低的噪音则可发挥电容器的作用,通过旁通对噪音成分实现抑制效果。也就是说,其同时拥有浪涌吸收器与旁路电容器的特性。
●使用铜电极以及耐热性、抗折強度优异的陶瓷器件
TDK环形压敏电阻器使用了铜电极以及耐热性优异的陶瓷器件。为此,在实现焊锡的无铅化后,即使焊接温度上升,也无需担心会发生电极侵蚀或热裂纹。同时,陶瓷器件还拥有强大的抗折强度,因此也适用于马达的自动组装。
●压敏电阻器电压的温度特性为正特性
TDK的环形压敏电阻器电阻会随着温度上升而增大,呈现正温度特性。为此,在高温情况下,即使压敏电阻器电压降低也不会有大电流流经压敏电阻器的危险。同时,也无需以降低噪音抑制水平为代价来确保常温下的高压敏电阻器电压(E10值),因此在设计方面也具有优势。此外,在低温时噪音水平也不会上升,为此不会对马达寿命造成不良影响。
●通过优化电容量与α系数,在大范围的频带中可发挥优异的噪音吸收及抑制效果
在输出较小的小型形状DC马达中仅通过环形压敏电阻器来发挥抑制高频率辐射噪音的效果(图4)。

图4 :运用环形压敏电阻器的噪音抑制效果

图4 :运用环形压敏电阻器的噪音抑制效果

3. 车载DC马达的噪音抑制② 并用积层带导线陶瓷电容器的解决方案

无需使用印刷基板便可实现与环形压敏电阻器共存的简单、切实、紧凑搭载

通过结合环形压敏电阻器以及电容器等电子元件,可实现更为有效的DC马达噪音解决方案。普通情况下,抑制电子设备噪音会使用MLCC(积层贴片陶瓷片式电容器)等SMD元件。然而在车载DC马达中,为了封装SMD元件而使用印刷基板时,则会发生空间不足、成本过高,以及配线导致噪声除去效果降低等各种问题。而为了解决这一问题,近年来带导线电子元件又重新开始受到关注。

焊接于印刷基板上的SMD元件在环境恶劣的车载用途中,会长时间暴露于机械及热负荷环境下,因此存在发生焊锡裂纹等的风险。对于这一点,由于带导线元件可通过焊接或铆接方式实现简单、切实、紧凑搭载,因此其能够在确保高可靠性的同时,解决空间及成本问题。而适用于不使用印刷基板的部位是带导线元件的独有优势。

图5所示为在小型DC马达中搭载环形压敏电阻器以及积层带导线陶瓷电容器的示例。通过紧凑地焊接2个积层带导线陶瓷电容器与狭小的刷握连接。此外,车载DC马达对于耐候性及耐湿性也拥有很高的要求,而树脂涂层的积层带导线陶瓷电容器可满足这些要求。

图5 : 结合了积层带导线陶瓷电容器与环形压敏电阻器的马达噪音解决方案

图5 : 结合了积层带导线陶瓷电容器与环形压敏电阻器的马达噪音解决方案
通过了十分苛刻的噪声限制CISPR25 Class5

DC马达发生的噪音可分为传导噪音与辐射噪音2种类型。如图6图表所示,通过结合运用环形压敏电阻器以及积层带导线陶瓷电容器,对于传导噪音以及辐射噪音表现出了极佳的噪音抑制效果,因此可使其满足极其严格的汽车噪音标准CISPR25 Class5。

此外,由于多数动力总成系统、行驶及控制系统等马达单元位于发动机舱内,因此支持150℃的电子元件的需求不断增加。TDK不仅拥有支持150℃的积层带导线陶瓷电容器,同时还备有众多支持150℃的车载等级产品。

图6 :结合运用积层带导线陶瓷电容器与环形压敏电阻器的噪音抑制效果

图6 :结合运用积层带导线陶瓷电容器与环形压敏电阻器的噪音抑制效果
同时提供环形压敏电阻器与带导线电容器

图7所示为将环形压敏电阻器与积层带导线陶瓷电容器用于车载DC马达中的示例。环形压敏电阻器主要用于小型马达,积层带导线陶瓷电容器则用于较大尺寸的马达中,而其分界线大约为30~40mm的马达直径预计汽车噪声限制将在今后变得更为严格,因此结合了环形压敏电阻器与积层带导线陶瓷电容器的马达噪声解决方案将有很大的发展空间。TDK同时制造环形压敏电阻器与积层带导线陶瓷电容器,这是TDK作为电子元件及设备生产商的优势。通过丰富的产品线快速提供满足客户要求的最佳解决方案。

图7: 将积层带导线陶瓷电容器与环形压敏电阻器用于车载马达中的示例。

图7: 将积层带导线陶瓷电容器与环形压敏电阻器用于车载马达中的示例。
积层带导线陶瓷电容器

以下为积层带导线陶瓷电容器信息

运用环形压敏电阻器的马达噪音解决方案指南 总结

TDK的环形压敏电阻器VAR-18系列采用了钛酸锶类半导体陶瓷材料,因此相比以往产品,其电气特性及物理性能得到了大幅提升。该保护设备可通过安装于汽车辅机用马达等有刷DC马达的整流子部位,简单实现抑制噪音产生以及避免毛刷磨损的效果。为了提高安全性与便利性,汽车噪音限制预计在今后将会越发严格。通过结合环形压敏电阻器与积层带导线陶瓷电容器等还可应对CISPR25 Class5。希望这优异的性能能够为客户的产品带来便利。

《微型马达用环形压敏电阻器VAR-18系列的主要特点、用途及特性》
【主要特点】
  • 使用以SrTiO3(钛酸锶)为主要成分的半导体陶瓷的压敏电阻器
  • 使用铜电极以及提高了耐热性的陶瓷器件
  • 陶瓷器件拥有强大的抗折强度,适用于马达的自动组装
  • 准备有各类尺寸的产品,可切实应对几乎所有种类的马达
  • 同时备有可应对薄型微型马达的侧面电极型产品
【主要用途】
  • 抑制包括车载DC马达在内的微型马达噪音,保护触点
【主要特性】
  • 压敏电阻器电压(E10值)的温度特性为正特性
  • 在低温时噪音水平也不会上升,为此不会对马达寿命造成不良影响
  • 与传统类型产品相同,拥有较大的电容量,因此在高频带下拥有优异的去除及抑制噪音的效果

微型马达用环形压敏电阻器VAR-18系列 产品线

VAR-18-P(平面电极型)

VAR-18-P(平面电极型)

VAR-18-S(侧面电极型)

VAR-18-S(侧面电极型)

特性例

性能例

【环形压敏电阻器】产品信息与样品购买

※客户可根据用途选择类型/尺寸,从而提高客户产品可靠性。