了解壓敏電阻

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壓敏電阻一般用字母“MY”表示,如加J為家用,後面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用於穩壓、過壓保護、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補償、消磁、高能或高可靠等方面.壓敏電阻雖然能吸收很大的浪湧電能量,但不能承受毫安培級以上的持續電流,在用作過壓保護時必須考慮到這一點.壓敏電阻的選用,一般選擇標稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數.
  1、所謂壓敏電壓,即擊穿電壓或閾值電壓.指在規定電流下的電壓值,大多數情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值,其產品的壓敏電壓範圍可以從10-9000V不等.可根據具體需要正確選用.一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp為電路額定電壓的峰值.VAC為額定交流電壓的有效值.ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關重要的,它關係到保護效果與使用壽命.如一台用電器的額定電源電壓為220V,則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.5××220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V,因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470-480V之間.
  2、所謂通流容量,即最大脈衝電流的峰值是環境溫度為25℃情況下,對於規定的衝擊電流波形和規定的衝擊電流次數而言,壓敏電壓的變化不超過± 10%時的最大脈衝電流值.為了延長器件的使用壽命,ZnO壓敏電阻所吸收的浪湧電流幅值應小於手冊中給出的產品最大通流量.然而從保護效果出發,要求所選用的通流量大一些好.在許多情況下,實際發生的通流量是很難精確計算的,則選用2-20KA的產品.如手頭產品的通流量不能滿足使用要求時,可將幾隻單個的壓敏電阻並聯使用,並聯後的壓敏電不變,其通流量為各單只壓敏電阻數值之和.要求並聯的壓敏電阻伏安特性儘量相同,否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻.

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壓敏電阻是一種限壓型保護器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當過電壓出現在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位元到一個相對固定的電壓值，從而實現對後級電路的保護。壓敏電阻的主要參數有：壓敏電壓、通流容量、結電容、回應時間等。
    壓敏電阻的回應時間為ns級，比空氣放電管快，比TVS管稍慢一些，一般情況下用於電子電路的過電壓保護其回應速度可以滿足要求。壓敏電阻的結電容一般在幾百到幾千pF的數量級範圍，很多情況下不宜直接應用在高頻信號線路的保護中，應用在交流電路的保護中時，因為其結電容較大會增加漏電流，在設計防護電路時需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量較大，但比氣體放電管小。
    壓敏電阻的壓敏電壓（min(U1mA)）、通流容量是電路設計時應重點考慮的。在直流回路中，應當有：min(U1mA) ≥(1.8～2)Udc，式中Udc為回路中的直流額定工作電壓。在交流回路中，應當有：min(U1mA) ≥(2.2～2.5)Uac，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應用時，有適當的安全裕度。在信號回路中時，應當有：min(U1mA)≥(1.2～1.5)Umax，式中Umax為信號回路的峰值電壓。壓敏電阻的通流容量應根據防雷電路的設計指標來定。一般而言，壓敏電阻的通流容量要大於等於防雷電路設計的通流容量。
壓敏電阻主要可用於直流電源、交流電源、低頻信號線路、帶饋電的天饋線路。
壓敏電阻的失效模式主要是短路，當通過的過電流太大時，也可能造成閥片被炸裂而開路。壓敏電阻使用壽命較短，多次衝擊後性能會下降。因此由壓敏電阻構成的防雷器長時間使用後存在維護及更換的問題。
    在消費類電子產品中，為了追求較小的安裝面積，壓敏電阻做成疊層型，稱為Multi-layer Varistor(MLV),其結構與疊層型的瓷片電容（MLCC）完全相同，只是叉指電極間的材料不是普通的陶瓷電介質，而是ZnO壓敏材料。也因為如此，MLV都是具有一定的電容特性的，甚至可以根據需要定制具有某種容量的MLV，這對於防護設計中兼顧EMI設計是非常有利的。
    由於做成疊層結構後，MLV的電極寄生電感非常小，因此其反應速度與TVS不相伯仲，甚至比某些採用Bonding結構的TVS的速度還要快。
    在電流容量上，得益於疊層結構，MLV的通流能力也要比相同體積的TVS大得多。
    MLV的鉗位元特性曲線不如TVS陡峭，不能實現精確的鉗位；MLV在多次大電流衝擊後，性能會出現一定程度的退化，主要表現是漏電流增大，鉗位元電壓有所變化。不過，如果MLV僅用於ESD防護，上述兩個缺點對防護效果的影響是很小的。這也是為什麼MLV能在手機、數碼相機等領域大行。  
    氧化鋅壓敏電阻與被保護的電器設備或者元器件並聯使用。當電路中出現雷電過電壓或瞬態操作電壓VS時，壓敏電阻器和被保護的設備及元器件同時承受VS，由於壓敏電阻器回應速度很快，它以納秒級時間迅速呈現優良非線形導電特性，此時壓敏電阻器兩端電壓迅速下降，遠遠小於VS，這樣被保護的設備及元器件上實際承受的電壓就遠低於過電壓VS，從而使設備及元器件免遭過電壓的衝擊.

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壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置並聯使用，在正常情況下，壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應低於標稱電壓，即使在電源波動情況最壞時，也不應高於額定值中選擇的最大連續工作電壓，該最大連續工作電壓值所對應的標稱電壓值即為選用值。
選用壓敏電阻器前，應先瞭解以下相關技術參數：標稱電壓是指在規定的溫度和直流電流下，壓敏電阻器兩端的電壓值。漏電流是指在25℃條件下，當施加最大連續直流電壓時，壓敏電阻器中流過的電流值。等級電壓是指壓敏電阻中通過8／20等級電流脈衝時在其兩端呈現的電壓峰值。通流量是表示施加規定的脈衝電流（8／20μs）波形時的峰值電流。浪湧環境參數包括最大浪湧電流Ipm（或最大浪湧電壓Vpm和浪湧源阻抗Zo）、浪湧脈衝寬度Tt、相鄰兩次浪湧的最小時間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預定工作壽命期內，浪湧脈衝的總次數N等。  
標稱電壓選取  
    一般地說，壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置並聯使用，在正常情況下，壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應低於標稱電壓，即使在電源波動情況最壞時，也不應高於額定值中選擇的最大連續工作電壓，該最大連續工作電壓值所對應的標稱電壓值即為選用值。對於過壓保護方面的應用，壓敏電壓值應大於實際電路的電壓值，一般應使用下式進行選擇：  
VmA＝av／bc  
式中：a為電路電壓波動係數，一般取1.2；v為電路直流工作電壓（交流時為有效值）；b為壓敏電壓誤差，一般取0.85；c為元件的老化係數，一般取0.9；  
這樣計算得到的VmA實際數值是直流工作電壓的1．5倍，在交流狀態下還要考慮峰值，因此計算結果應擴大1．414倍。另外，選用時還必須注意：  
(1) 必須保證在電壓波動最大時，連續工作電壓也不會超過最大允許值，否則將縮短壓敏電阻的使用壽命；  
(2) 在電源線與大地間使用壓敏電阻時，有時由於接地不良而使線與地之間電壓上升，所以通常採用比線與線間使用場合更高標稱電壓的壓敏電阻器。
壓敏電阻所吸收的浪湧電流應小於產品的最大通流量。
選用壓敏電阻器,還要瞭解保護用壓敏電阻的基本性能  
（1）保護特性，當衝擊源的衝擊強（或衝擊電流Isp=Usp/Zs)不超過規定值時，壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護對象所能承受的衝擊耐電壓（Urp）。  
（2）耐衝擊特性，即壓敏電阻本身應能承受規定的衝擊電流，衝擊能量，以及多次衝擊相繼出現時的平均功率。  
（3）壽命特性有兩項，一是連續工作電壓壽命，即壓敏電阻在規定環境溫度和系統電壓條件應能可靠地工作規定的時間（小時數）。二是衝擊壽命，即能可靠地承受規定的衝擊的次數。  
（4）壓敏電阻介入系統後，除了起到"安全閥"的保護作用外，還會帶入一些附加影響，這就是所謂"二次效應"，它不應降低系統的正常工作性能。這時要考慮的因素主要有三項，一是壓敏電阻本身的電容量（幾十到幾萬PF），二是在系統電壓下的漏電流，三是壓敏電阻的非線性電流通過源阻抗的耦合對其他電路的影響。