解決指南

運(yùn)用環(huán)形壓敏電阻器的馬達(dá)噪音解決方案指南 概要

在雨刷器、電動(dòng)車窗、自動(dòng)調(diào)節(jié)座椅等汽車輔機(jī)用車載馬達(dá)中，大多使用以磁鐵作為磁場(chǎng)的小型有刷DC馬達(dá)。有刷DC馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、價(jià)格低廉、啟動(dòng)扭矩大等特點(diǎn)，但隨著旋轉(zhuǎn)，其毛刷與整流子的觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生電火花，這就是產(chǎn)生噪音以及毛刷摩擦的原因所在。為此，出于吸收并抑制噪音，并且對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)的目的，在整流子部安裝了環(huán)形壓敏電阻器作為電壓保護(hù)器件。
TDK的環(huán)形壓敏電阻器VAR-18系列采用了鈦酸鍶類半導(dǎo)體陶瓷材料，因此相比以往產(chǎn)品，其電氣特性及物理性能得到了大幅提升。形狀、尺寸也與以往產(chǎn)品相同，擁有豐富的產(chǎn)品線，可準(zhǔn)確靈活地滿足客戶的各種需求，同時(shí)還具有便于使用的優(yōu)勢(shì)。

什么是壓敏電阻器？

壓敏電阻器(Varistor)是指電阻值隨電壓發(fā)生變化的器件，英文全稱為Variable Resistor。其在某一電壓(壓敏電阻器電壓)以內(nèi)可保持高水平電阻值，幾乎不會(huì)流過(guò)，但一旦超過(guò)該電壓，電阻值會(huì)急劇降低，此時(shí)則會(huì)有大電流流經(jīng)。為此，其常被用作電壓保護(hù)器件，防止以瞬時(shí)異常高電壓形式侵入的浪涌等導(dǎo)致電路錯(cuò)誤工作或IC發(fā)生損壞。電子設(shè)備中常用有碟（圓板型）型、積層貼片型產(chǎn)品，除此之外，在用于汽車輔機(jī)等的有刷DC馬達(dá)中則廣泛使用有薄型圈狀的環(huán)形壓敏電阻，以達(dá)到抑制噪音，保護(hù)觸點(diǎn)的目的。

微型馬達(dá)用環(huán)形壓敏電阻器的作用

環(huán)形壓敏電阻安裝于有刷DC馬達(dá)的整流子部位。整流子是根據(jù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切換電流方向的裝置。在整流子與毛刷的觸點(diǎn)處，電流方向發(fā)生切換的瞬間會(huì)產(chǎn)生大浪涌電壓，從而引起電火花，這就是產(chǎn)生噪音的原因所在，同時(shí)也會(huì)使毛刷發(fā)生磨損。環(huán)形壓敏電阻器可吸收該浪涌電壓，并抑制電火花產(chǎn)生(圖1)。

圖1 ：環(huán)形壓敏電阻器的結(jié)果與原理

車載DC馬達(dá)的噪音抑制①運(yùn)用的馬達(dá)噪音解決方案

環(huán)形壓敏電阻器的特點(diǎn)在于，可以簡(jiǎn)單方便地安裝于DC馬達(dá)的整流子部位，擁有優(yōu) 異的噪音吸收及抑制效果，同時(shí)還可以起到保護(hù)觸點(diǎn)的作用。 其采用在環(huán)狀的壓敏電阻器元件體表面形成電極的平面電極型結(jié)構(gòu)，根據(jù)整流子的 極數(shù)分為3極和5極產(chǎn)品。 TDK 提供各種極數(shù)及尺寸的產(chǎn)品，可準(zhǔn)確匹配包括車載DC馬達(dá)在內(nèi)的幾乎所有的小 型DC馬達(dá)。

車載DC馬達(dá)的噪音抑制② 并用積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的解決方案

TDK通過(guò)結(jié)合環(huán)形壓敏電阻器與其他電子元件，提供更為有效的車載DC馬達(dá)用噪聲抑制方案。現(xiàn)在主要使用電容器來(lái)抑制車載DC馬達(dá)的噪音，但在該用途中，相比焊接于基板中的MLCC（積層貼片陶瓷片式電容器），焊接及鉚接簡(jiǎn)單牢固的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的效果更佳。TDK的優(yōu)勢(shì)在于同時(shí)制造并提供環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器。通過(guò)豐富的產(chǎn)品線來(lái)提供滿足客戶要求的解決方案。

產(chǎn)品門戶

環(huán)形壓敏電阻器

產(chǎn)品門戶

積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器

關(guān)于運(yùn)用環(huán)形壓敏電阻器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便高效馬達(dá)噪音解決方案的介紹

以下就壓敏電阻器的原理、特性以及使用有TDK環(huán)形壓敏電阻的車載DC馬達(dá)的具體噪音解決方案進(jìn)行介紹。

1．壓敏電阻器的材料與特性

不適用歐姆定律的特殊半導(dǎo)體陶瓷

圖2 ：壓敏電阻的電壓-電流特性

單純的電阻器件適用歐姆定律V ＝RI (V：電壓、R：電阻、I：電流)的關(guān)系式，電流與附加的電壓成正比而逐漸增大，圖表中顯示為一直線。然而，有一種電阻器件不適用歐姆定律，其隨著附加電壓的增大，電阻會(huì)出現(xiàn)不同的變化。而壓敏電阻器運(yùn)用了這樣的特性，吸收浪涌電壓及ESD（靜電放電）等非正常發(fā)生的高電壓，并將其釋放至地面?zhèn)取?/p>

壓敏電阻器的電壓-電流特性與I ＝KVα 公式近似。K為常數(shù)，α為電壓非線性系數(shù)(α系數(shù))。若為單純的電阻器件，則α＝1，而壓敏電阻器的α＞1，同時(shí)，這個(gè)數(shù)值越大則越不適用歐姆定律，并呈現(xiàn)非線性電壓-電流特性(圖2)。壓敏電阻器的材料使用的是ZnO(氧化鋅)類、SrTiO3(鈦酸鍶)類等半導(dǎo)體陶瓷。

2.車載DC馬達(dá)的噪音抑制①運(yùn)用環(huán)形壓敏電阻器的解決方案

抑制大范圍噪音，防止對(duì)車載電子設(shè)備產(chǎn)生不良影響

近年來(lái)，在汽車的安全性及便利性不斷提高的環(huán)境下，搭載的小型DC馬達(dá)數(shù)量多者可達(dá)到100個(gè)以上。而在汽車中車載DC馬達(dá)會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成不良影響，例如每當(dāng)在雨刷器工作等情況下，收音機(jī)中便會(huì)產(chǎn)生雜音等情況。這是由于DC馬達(dá)整流子與毛刷的觸點(diǎn)中產(chǎn)生電火花而引起的現(xiàn)象，這樣的噪音會(huì)在從低頻率至高頻率的較大頻率范圍內(nèi)發(fā)生。為此，為抑制車載DC馬達(dá)的噪音，除了使用有電容器等產(chǎn)品外，也會(huì)使用環(huán)形壓敏電阻器，而尤其在小型形狀DC馬達(dá)中，其使用則更為廣泛(圖3)。

圖3 ：可能在車載用小型DC馬達(dá)中使用環(huán)形壓敏電阻器的電動(dòng)裝置

TDK環(huán)形壓敏電阻器的特點(diǎn)

TDK提供有VAR-18系列的各類環(huán)形壓敏電阻器，該產(chǎn)品使用的是SrTiO3(鈦酸鍶)類半導(dǎo)體陶瓷材料。以下就TDK環(huán)形壓敏電阻器的主要特點(diǎn)與電氣及物理特性進(jìn)行說(shuō)明。

《TDK環(huán)形壓敏電阻器VAR-18系列的特點(diǎn)與電氣及物理特性》

●結(jié)合了浪涌吸收器與旁路電容器功能的器件

SrTiO3 材料在很大的溫度范圍中可保持較高的介電常數(shù)。通過(guò)賦予其壓敏電阻器特性后，可發(fā)揮優(yōu)異的功能。對(duì)于電壓水平較高的浪涌，可發(fā)揮壓敏電阻器的作用，而對(duì)于電壓水平較低的不穩(wěn)定電壓則可發(fā)揮電容器的作用，通過(guò)旁通實(shí)現(xiàn)濾波效果。也就是說(shuō)，本產(chǎn)品同時(shí)擁有浪涌吸收器與旁路電容器的特性。

●使用銅電極以及耐熱性、抗折強(qiáng)度優(yōu)異的陶瓷器件

TDK環(huán)形壓敏電阻器使用了銅電極以及耐熱性優(yōu)異的陶瓷器件。為此，在實(shí)現(xiàn)焊錫的無(wú)鉛化后，即使焊接溫度上升，也無(wú)需擔(dān)心會(huì)發(fā)生電極侵蝕或熱裂紋。同時(shí)，陶瓷器件還擁有強(qiáng)大的抗折強(qiáng)度，因此也適用于馬達(dá)的自動(dòng)組裝。

●壓敏電阻器電壓的溫度特性為正特性

TDK的環(huán)形壓敏電阻器電阻會(huì)隨著溫度上升而增大，呈現(xiàn)正溫度特性。為此，在高溫情況下，即使壓敏電阻器電壓降低也不會(huì)有大電流流經(jīng)壓敏電阻器的危險(xiǎn)。同時(shí)，也無(wú)需以降低噪音抑制水平為代價(jià)來(lái)確保常溫下的高壓敏電阻器電壓(E10值)，因此在設(shè)計(jì)方面也具有優(yōu)勢(shì)。此外，在低溫時(shí)噪音水平也不會(huì)上升，為此不會(huì)對(duì)馬達(dá)壽命造成不良影響。

●通過(guò)優(yōu)化電容量與α系數(shù)，在大范圍的頻帶中可發(fā)揮優(yōu)異的噪音吸收及抑制效果

在輸出較小的小型形狀DC馬達(dá)中僅通過(guò)環(huán)形壓敏電阻器來(lái)發(fā)揮抑制高頻率輻射噪音的效果(圖4)。

圖4 ：運(yùn)用環(huán)形壓敏電阻器的噪音抑制效果

3.車載DC馬達(dá)的噪音抑制② 并用積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的解決方案

無(wú)需使用印刷基板便可實(shí)現(xiàn)與環(huán)形壓敏電阻器共存的簡(jiǎn)單、切實(shí)、緊湊搭載

通過(guò)結(jié)合環(huán)形壓敏電阻器以及電容器等電子元件，可實(shí)現(xiàn)更為有效的DC馬達(dá)噪音解決方案。普通情況下，抑制電子設(shè)備噪音會(huì)使用MLCC(積層貼片陶瓷片式電容器)等SMD元件。然而在車載DC馬達(dá)中，為了封裝SMD元件而使用印刷基板時(shí)，則會(huì)發(fā)生空間不足、成本過(guò)高，以及配線導(dǎo)致噪聲除去效果降低等各種問(wèn)題。而為了解決這一問(wèn)題，近年來(lái)帶導(dǎo)線電子元件又重新開(kāi)始受到關(guān)注。

焊接于印刷基板上的SMD元件在環(huán)境惡劣的車載用途中，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間暴露于機(jī)械及熱負(fù)荷環(huán)境下，因此存在發(fā)生焊錫裂紋等的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于這一點(diǎn)，由于帶導(dǎo)線元件可通過(guò)焊接或鉚接方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、切實(shí)、緊湊搭載，因此其能夠在確保高可靠性的同時(shí)，解決空間及成本問(wèn)題。而適用于不使用印刷基板的部位是帶導(dǎo)線元件的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)。

圖5所示為在小型DC馬達(dá)中搭載環(huán)形壓敏電阻器以及積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的示例。通過(guò)緊湊地焊接2個(gè)積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器與狹小的刷握連接。此外，車載DC馬達(dá)對(duì)于耐候性及耐濕性也擁有很高的要求，而樹(shù)脂涂層的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器可滿足這些要求。

圖5 ： 結(jié)合了積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器的馬達(dá)噪音解決方案

通過(guò)了十分苛刻的噪聲限制CISPR25 Class5

DC馬達(dá)發(fā)生的噪音可分為傳導(dǎo)噪音與輻射噪音2種類型。如圖6圖表所示，通過(guò)結(jié)合運(yùn)用環(huán)形壓敏電阻器以及積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器，對(duì)于傳導(dǎo)噪音以及輻射噪音表現(xiàn)出了極佳的噪音抑制效果，因此可使其滿足極其嚴(yán)格的汽車噪音標(biāo)準(zhǔn)CISPR25 Class5。

此外，由于多數(shù)動(dòng)力總成系統(tǒng)、行駛及控制系統(tǒng)等馬達(dá)單元位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，因此支持150℃的電子元件的需求不斷增加。TDK不僅擁有支持150℃的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器，同時(shí)還備有眾多支持150℃的車載等級(jí)產(chǎn)品。

圖6 ：結(jié)合運(yùn)用積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器的噪音抑制效果

同時(shí)提供環(huán)形壓敏電阻器與帶導(dǎo)線電容器

圖7所示為將環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器用于車載DC馬達(dá)中的示例。環(huán)形壓敏電阻器主要用于小型馬達(dá)，積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器則用于較大尺寸的馬達(dá)中，而其分界線大約為30～40mm的馬達(dá)直徑預(yù)計(jì)汽車噪聲限制將在今后變得更為嚴(yán)格，因此結(jié)合了環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的馬達(dá)噪聲解決方案將有很大的發(fā)展空間。TDK同時(shí)制造環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器，這是TDK作為電子元件及設(shè)備生產(chǎn)商的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)豐富的產(chǎn)品線快速提供滿足客戶要求的最佳解決方案。

圖7： 將積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器用于車載馬達(dá)中的示例。

積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器

以下為積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器信息

運(yùn)用環(huán)形壓敏電阻器的馬達(dá)噪音解決方案指南 總結(jié)

TDK的環(huán)形壓敏電阻器VAR-18系列采用了鈦酸鍶類半導(dǎo)體陶瓷材料，因此相比以往產(chǎn)品，其電氣特性及物理性能得到了大幅提升。該保護(hù)設(shè)備可通過(guò)安裝于汽車輔機(jī)用馬達(dá)等有刷DC馬達(dá)的整流子部位，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)抑制噪音產(chǎn)生以及避免毛刷磨損的效果。為了提高安全性與便利性，汽車噪音限制預(yù)計(jì)在今后將會(huì)越發(fā)嚴(yán)格。通過(guò)結(jié)合環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器等還可應(yīng)對(duì)CISPR25 Class5。希望這優(yōu)異的性能能夠?yàn)榭蛻舻漠a(chǎn)品帶來(lái)便利。

《微型馬達(dá)用環(huán)形壓敏電阻器VAR-18系列的主要特點(diǎn)、用途及特性》

【主要特點(diǎn)】

使用以SrTiO3(鈦酸鍶)為主要成分的半導(dǎo)體陶瓷的壓敏電阻器

使用銅電極以及提高了耐熱性的陶瓷器件

陶瓷器件擁有強(qiáng)大的抗折強(qiáng)度，適用于馬達(dá)的自動(dòng)組裝

準(zhǔn)備有各類尺寸的產(chǎn)品，可切實(shí)應(yīng)對(duì)幾乎所有種類的馬達(dá)

【主要用途】

抑制包括車載DC馬達(dá)在內(nèi)的微型馬達(dá)噪音，保護(hù)觸點(diǎn)

【主要特性】

壓敏電阻器電壓(E10值)的溫度特性為正特性

在低溫時(shí)噪音水平也不會(huì)上升，為此不會(huì)對(duì)馬達(dá)壽命造成不良影響

與傳統(tǒng)類型產(chǎn)品相同，擁有較大的電容量，因此在高頻帶下?lián)碛袃?yōu)異的去除及抑制噪音的效果

微型馬達(dá)用環(huán)形壓敏電阻器VAR-18系列產(chǎn)品線

VAR-18-P(平面電極型)

特性例

審核編輯：彭菁