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壓敏電阻應用原理

發布時間:2019-07-31 11:18:42來源:

壓敏電阻應用原理
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到一個相對固定的電壓值,從而實現對后級電路的保護。壓敏電阻的主要參數有:壓敏電壓、通流容量、結電容、響應時間等。
  壓敏電阻的響應時間為ns級,比空氣放電管快,比TVS管稍慢一些,一般情況下用于電子電路的過電壓保護其響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的數量級范圍,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于等于防雷電路設計的通流容量。
  壓敏電阻主要可用于直流電源、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,多次沖擊后性能會下降。因此由壓敏電阻構成的防雷器長時間使用后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,這對于防護設計中兼顧EMI設計是非常有利的。
  由于做成疊層結構后,MLV的電極寄生電感非常小,因此其反應速度與TVS不相伯仲,甚至比某些采用Bonding結構的TVS的速度還要快。
  在電流容量上,得益于疊層結構,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在多次大電流沖擊后,性能會出現一定程度的退化,主要表現是漏電流增大,鉗位電壓有所變化。不過,如果MLV僅用于ESD防護,上述兩個缺點對防護效果的影響是很小的。這也是為什么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并聯使用。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,由于壓敏電阻器響應速度很快,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,遠遠小于VS,這樣被保護的設備及元器件上實際承受的電壓就遠低于過電壓VS,從而使設備及元器件免遭過電壓的沖擊.

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