解決指南

運用環(huán)形壓敏電阻器的馬達噪音解決方案指南 概要

在雨刷器、電動車窗、自動調(diào)節(jié)座椅等汽車輔機用車載馬達中，大多使用以磁鐵作為磁場的小型有刷DC馬達。有刷DC馬達具有結(jié)構(gòu)簡潔、價格低廉、啟動扭矩大等特點，但隨著旋轉(zhuǎn)，其毛刷與整流子的觸點會產(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，并且對觸點進行保護的目的，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，可準確靈活地滿足客戶的各種需求，同時還具有便于使用的優(yōu)勢。

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，幾乎不會流過，但一旦超過該電壓，電阻值會急劇降低，此時則會有大電流流經(jīng)。為此，其常被用作電壓保護器件，防止以瞬時異常高電壓形式侵入的浪涌等導(dǎo)致電路錯誤工作或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，在用于汽車輔機等的有刷DC馬達中則廣泛使用有薄型圈狀的環(huán)形壓敏電阻，以達到抑制噪音，保護觸點的目的。

微型馬達用環(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處，電流方向發(fā)生切換的瞬間會產(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，同時也會使毛刷發(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馬達的噪音抑制①運用的馬達噪音解決方案

環(huán)形壓敏電阻器的特點在于，可以簡單方便地安裝于DC馬達的整流子部位，擁有優(yōu) 異的噪音吸收及抑制效果，同時還可以起到保護觸點的作用。 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，可準確匹配包括車載DC馬達在內(nèi)的幾乎所有的小 型DC馬達。

車載DC馬達的噪音抑制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馬達用噪聲抑制方案?，F(xiàn)在主要使用電容器來抑制車載DC馬達的噪音，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)勢在于同時制造并提供環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器。通過豐富的產(chǎn)品線來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)于運用環(huán)形壓敏電阻器實現(xiàn)簡便高效馬達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馬達的具體噪音解決方案進行介紹。

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，電阻會出現(xiàn)不同的變化。而壓敏電阻器運用了這樣的特性，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，這個數(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馬達的噪音抑制①運用環(huán)形壓敏電阻器的解決方案

抑制大范圍噪音，防止對車載電子設(shè)備產(chǎn)生不良影響

近年來，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馬達數(shù)量多者可達到100個以上。而在汽車中車載DC馬達會對電子設(shè)備造成不良影響，例如每當在雨刷器工作等情況下，收音機中便會產(chǎn)生雜音等情況。這是由于DC馬達整流子與毛刷的觸點中產(chǎn)生電火花而引起的現(xiàn)象，這樣的噪音會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馬達的噪音，除了使用有電容器等產(chǎn)品外，也會使用環(huán)形壓敏電阻器，而尤其在小型形狀DC馬達中，其使用則更為廣泛(圖3)。

圖3 ：可能在車載用小型DC馬達中使用環(huán)形壓敏電阻器的電動裝置

TDK環(huán)形壓敏電阻器的特點

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與電氣及物理特性進行說明。

《TDK環(huán)形壓敏電阻器VAR-18系列的特點與電氣及物理特性》

●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)。通過賦予其壓敏電阻器特性后，可發(fā)揮優(yōu)異的功能。對于電壓水平較高的浪涌，可發(fā)揮壓敏電阻器的作用，而對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，通過旁通實現(xiàn)濾波效果。也就是說，本產(chǎn)品同時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，在實現(xiàn)焊錫的無鉛化后，即使焊接溫度上升，也無需擔心會發(fā)生電極侵蝕或熱裂紋。同時，陶瓷器件還擁有強大的抗折強度，因此也適用于馬達的自動組裝。

●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有大電流流經(jīng)壓敏電阻器的危險。同時，也無需以降低噪音抑制水平為代價來確保常溫下的高壓敏電阻器電壓(E10值)，因此在設(shè)計方面也具有優(yōu)勢。此外，在低溫時噪音水平也不會上升，為此不會對馬達壽命造成不良影響。

●通過優(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馬達中僅通過環(huán)形壓敏電阻器來發(fā)揮抑制高頻率輻射噪音的效果(圖4)。

圖4 ：運用環(huán)形壓敏電阻器的噪音抑制效果

3.車載DC馬達的噪音抑制② 并用積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的解決方案

無需使用印刷基板便可實現(xiàn)與環(huán)形壓敏電阻器共存的簡單、切實、緊湊搭載

通過結(jié)合環(huán)形壓敏電阻器以及電容器等電子元件，可實現(xiàn)更為有效的DC馬達噪音解決方案。普通情況下，抑制電子設(shè)備噪音會使用MLCC(積層貼片陶瓷片式電容器)等SMD元件。然而在車載DC馬達中，為了封裝SMD元件而使用印刷基板時，則會發(fā)生空間不足、成本過高，以及配線導(dǎo)致噪聲除去效果降低等各種問題。而為了解決這一問題，近年來帶導(dǎo)線電子元件又重新開始受到關(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，會長時間暴露于機械及熱負荷環(huán)境下，因此存在發(fā)生焊錫裂紋等的風險。對于這一點，由于帶導(dǎo)線元件可通過焊接或鉚接方式實現(xiàn)簡單、切實、緊湊搭載，因此其能夠在確保高可靠性的同時，解決空間及成本問題。而適用于不使用印刷基板的部位是帶導(dǎo)線元件的獨有優(yōu)勢。

圖5所示為在小型DC馬達中搭載環(huán)形壓敏電阻器以及積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的示例。通過緊湊地焊接2個積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器與狹小的刷握連接。此外，車載DC馬達對于耐候性及耐濕性也擁有很高的要求，而樹脂涂層的積層帶導(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噪音解決方案

通過了十分苛刻的噪聲限制CISPR25 Class5

DC馬達發(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，通過結(jié)合運用環(huán)形壓敏電阻器以及積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器，對于傳導(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格的汽車噪音標準CISPR25 Class5。

此外，由于多數(shù)動力總成系統(tǒng)、行駛及控制系統(tǒng)等馬達單元位于發(fā)動機艙內(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，同時還備有眾多支持150℃的車載等級產(chǎn)品。

圖6 ：結(jié)合運用積層帶導(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馬達中的示例。環(huán)形壓敏電阻器主要用于小型馬達，積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器則用于較大尺寸的馬達中，而其分界線大約為30～40mm的馬達直徑預(yù)計汽車噪聲限制將在今后變得更為嚴格，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噪聲解決方案將有很大的發(fā)展空間。TDK同時制造環(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。通過豐富的產(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

運用環(huán)形壓敏電阻器的馬達噪音解決方案指南 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。該保護設(shè)備可通過安裝于汽車輔機用馬達等有刷DC馬達的整流子部位，簡單實現(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)計在今后將會越發(fā)嚴格。通過結(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CISPR25 Class5。希望這優(yōu)異的性能能夠為客戶的產(chǎn)品帶來便利。

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

【主要特點】

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

陶瓷器件擁有強大的抗折強度，適用于馬達的自動組裝

準備有各類尺寸的產(chǎn)品，可切實應(yīng)對幾乎所有種類的馬達

【主要用途】

抑制包括車載DC馬達在內(nèi)的微型馬達噪音，保護觸點

【主要特性】

壓敏電阻器電壓(E10值)的溫度特性為正特性

在低溫時噪音水平也不會上升，為此不會對馬達壽命造成不良影響

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