北京市雷闪防雷设施检测服务中心等单位肖行、王建忠：金属氧化物压敏电阻热稳定实验中温度分布与传导特性

随着对电子设备性能要求的不断提高，金属氧化物压敏电阻（MOV）芯片作为重要的电气保护元件，广泛应用于浪涌抑制等领域。MOV运行使用过程中的温度分布和传导特性，将影响其性能和可靠性。北京市雷闪防雷设施检测服务中心、航天雷闪（北京）计量技术研究院的肖行、王建忠在2026年第3期《电气技术》上撰文通过实验研究MOV芯片在热稳定实验中的温度分布情况，分析温度不均匀性对芯片性能的影响。

研究结果表明，在实验过程中，有、无外壳芯片的最高温度位置相近且都在中心区域，稳定后外壳最高温度比芯片最高温度平均低56.5℃，各电流挡位下壳体内外温差比保持在38%左右。温度的不均匀性可能导致局部过热，从而加速芯片的老化和失效。研究结果确定MOV的高温度常出现在电极片开孔位置，这可为MOV热稳定测试性能和实际使用中整体热脱离结构提供设计依据。

在金属氧化物压敏电阻（metal oxide varistor, MOV）芯片热稳定实验中，温度分布是一个关键研究点。研究温度分布有助于深入理解芯片在不同条件下的热行为，从而提高测试结果的可靠性、准确性。

目前，许多研究聚焦于通过优化MOV芯片内部材料的热导性和散热设计来提升其热稳定性。例如，有研究通过调整ZnO颗粒的大小和分布，改善材料的热导性，从而减缓芯片内温度的升高。还有研究探讨外部散热结构的优化，通过在芯片外部加装散热片或采用高导热材料来增强热交换效率，降低芯片的温升。

有实验结果表明，在长时间工作中，MOV芯片的中心区域温度通常较高，而边缘区域温度相对较低。这是由芯片内部热量集中与传导不均导致。研究表明，MOV芯片内部温度分布的不均匀性可能会导致局部过热，从而影响其长期稳定性。为了更好地理解温度分布对芯片性能的影响，对不同工作条件下的MOV芯片温度进行深入分析十分重要。

本文旨在通过实验分析MOV芯片在热稳定实验中的温度分布情况，探讨不同温度分布对芯片性能的影响，进而提出优化建议。采用高精度热电偶和红外成像仪等测试设备，开展以下工作：①通过实验测试MOV芯片在不同工作条件下的温度分布；②分析MOV芯片外壳对温度分布的影响；③分析温度分布不均对芯片性能的影响；④结合实验结果提出改善MOV芯片热稳定性的建议。通过以上研究，期望为MOV芯片的设计、热管理及应用提供理论支持，提高其在实际使用中的保护效果和可靠性。

1 实验设计

选择市场上常见的MOV芯片作为实验对象，本文所选某公司生产的34S621K型MOV芯片具有典型的金属氧化物结构，主要由锌氧化物颗粒组成，广泛应用于电力、通信及家电领域的过电压保护。该芯片的额定电压为220V，最大持续运行电压为385V。实验中主要关注MOV芯片在长期高温工作情况下的热稳定性，尤其是其温度分布的变化特性。

使用某公司生产的TTS5型热稳定实验装置进行实验，该设备输出电压范围0～1 500 V，输出电流0～5 A，测温范围0～200℃，能够满足研究测试条件。为准确测量MOV芯片的温度分布，选择热稳定实验装置自带的K系列高精度热电偶传感器和某公司生产的UTI260B型热成像仪作为温度测量工具。热成像仪全程监测芯片的温度分布，这样可以全面了解芯片在不同区域的温度分布情况，确保数据的准确性和全面性。

实时记录各个热电偶的读数，确保能够捕捉温度变化的细节。根据不同区域的温度变化趋势，生成温度分布图，深入分析MOV芯片在不同工作条件下的热行为。

2 实验结果与讨论

2.1 同一电流下最高温度的分布

施加实验电压385 V，通过MOV的电流为10 mA时，使用红外成像仪对MOV芯片的温度分布进行详细测量。观察整体芯片的最高温度所在位置，并记录温度数据。MOV芯片实验最高温度对应实际样品位置如图1所示。

图1-图3

实验结果表明，最高温度出现在MOV芯片中心区域电极板开孔位置。这一现象符合热传导规律，由于电流通过时，芯片中央位置的电阻值较大，产生的热量较多，导致该区域的温度升高。此外，芯片边缘区域温度相对较低，主要是因为该区域热量散发较快。

对仿盾和仿西岱尔这两种常见结构进行有、无外壳的温度对比实验，最高温度位置对照分别如图2和图3所示。由图2和图3可知，相同实验时间下，同一试品在同一电流下，芯片与外壳最高温度位置一致。

2.2 不同电流下的温度特点

分别设定通过试品的实验电流为2 mA、5 mA、10 mA、15 mA，每隔2 min采集芯片温度，直至10 min实验结束。不同电流下的芯片温度数据见表1，不同电流下的芯片温度曲线如图4所示。

图4-图6、表1、表2

实验结果表明，不同电流下的芯片温度曲线为非线性；在不同实验时间，相邻实验电流下的芯片温度比值相近；实验时间越长，温升越慢；实验电流越小，温升越慢，反之温升越快。

2.3 不同电流下MOV芯片温度变化特点

按照GB/T 18802.11—2020《低压电涌保护器（SPD） 第11部分：低压电源系统的电涌保护器 性能要求和试验方法》中8.4.5.2热稳定实验的测试方法，将第一只试品安装在热稳定实验仪上，设定实验电流从2mA开始以2mA的步长逐级递增，每一步保持达到热平衡状态（10min内温度变化小于2K），直至试品的脱离器断开后实验结束。监测并记录试品每个阶段的温度和实验时间，以及试品脱离器动作时的电流挡位。

将第二只试品实验电流设定为第一只试品脱离器动作时的电流，监测并记录试品的温度和实验时间，以及试品脱离器动作时的电流挡位。

第一组实验电流从2mA开始，实验进行到2h9min21s电流为14mA时，试品温度达到128.9℃，脱离器断开，实验结束。MOV芯片进行长时间微短路漏电流而未达到脱离温度的测试，考察MOV芯片的耐受能力。

第二组实验电流从14mA开始，实验进行到19min10s后电流为16mA时，试品温度达到145.4℃，脱离器断开，实验结束。本组实验旨在测试短时间内试品脱扣器的灵敏度。

2组实验中试品均正常脱扣，证明试品的脱离足够可靠。不同实验组MOV芯片的温度变化曲线如图5所示。

2.4 同一组实验中外壳与芯片的温度差异

依然按照GB/T 18802.11—2020《低压电涌保护器（SPD）第11部分：低压电源系统的电涌保护器 性能要求和试验方法》中8.4.5.2热稳定实验的测试方法，实验电流从2mA开始，以2mA的步长逐级递增，温度的采集方式分为使用热电偶植入壳体内部贴于MOV表面采集芯片温度和使用红外热成像仪采集外壳表面温度2种，测温点均为2.2节中的最高温度位置。外壳与芯片的温度差异见表2，外壳与芯片的温度曲线如图6所示。

由图6可知：实验开始后，芯片温度与外壳温度从24℃开始出现差异；截至4 mA电流结束时，外壳与芯片的温度差异基本稳定；实验进行至14min后，外壳最高温度比芯片最高温度平均低56.5℃，不同电流下的温差比保持在38%左右；芯片与外壳的隔热与散热达到等比平衡。

3 结论

通过对常见类型的MOV芯片进行热稳定性实验，详细分析同一电流下最高温度的分布，结果表明：

1）MOV芯片的中心区域（电极孔）温度明显高于其他位置，对加装外壳的MOV芯片重新进行实验，芯片与外壳的最高温度位置一致。

2）由于外壳的隔热性能，外壳与芯片的温度差异呈非线性，随着实验时间的递增而逐渐增加，直至实验结束温差呈现等比平衡。

3）在不同电流下进行实验发现，实验时间越长，芯片的温升越慢；实验电流越小，芯片的温升越慢，反之温升越快。

实验结论可为MOV电极形状和散热孔位置设计提供基础数据，以提升MOV的散热性能、热稳定能力及最终热脱离系统的热传导效率。

本文实验在可控的实验室环境下进行，而实际应用中MOV芯片可能面临更加复杂的环境条件，如高湿度、高温等。因此，未来研究应考虑更复杂的环境因素，进行更全面的实验评估，以便为MOV芯片的实际应用提供科学指导。

本工作成果发表在2026年第3期《电气技术》，论文标题为“ 金属氧化物压敏电阻热稳定实验中温度分布与传导特性”，作者为肖行、王建忠。