壓敏電阻的工作原理的作用

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯壓敏電阻的工作原理的作用 對(duì)于我們?cè)O(shè)備中使用的壓敏電阻，原選用型號(hào)為14D101K，實(shí)際運(yùn)行3個(gè)月中，此型號(hào)壓敏電阻常常燒毀。后改為14D121K，實(shí)際運(yùn)行3個(gè)月，沒(méi)有發(fā)覺(jué)燒壞。所以，為指導(dǎo)以后工作，整理并學(xué)習(xí)此資料，并在整理過(guò)程中，發(fā)覺(jué)壓敏電阻不應(yīng)當(dāng)直接并接在元件的輸入端。詳細(xì)壓敏電阻的資料如下 一、壓敏電阻的原理 壓敏電阻意思是"在肯定電流電壓范圍內(nèi)電阻值隨電壓而變"，或者是說(shuō)"電阻值對(duì)電壓敏感"的阻器。相應(yīng)的英文名稱叫“VoltageDependentResistor”簡(jiǎn)寫(xiě)為“VDR”。 隨著加在它上面的電壓不斷

2、增大，它的電阻值可以從M(兆歐)級(jí)變到m(毫歐)級(jí)。當(dāng)電壓較低時(shí)，壓敏電阻工作于漏電流區(qū)，呈現(xiàn)很大的電阻，漏電流很小;當(dāng)電壓上升進(jìn)入非線性區(qū)后，電流在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓變化不大，呈現(xiàn)較好的限壓特性;電壓再上升，壓敏電阻進(jìn)入飽和區(qū)，呈現(xiàn)一個(gè)很小的線性電阻，由于電流很大，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)使壓敏電阻過(guò)熱燒毀甚至炸裂。正常使用時(shí)壓敏電阻處于漏電流區(qū)，受到浪涌沖擊時(shí)進(jìn)入非線性區(qū)泄放浪涌電流，一般不能進(jìn)入飽和區(qū) 壓敏電阻器的電阻體材料是半導(dǎo)體，所以它是半導(dǎo)體電阻器的一個(gè)品種?，F(xiàn)在大量使用的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器，它的主體材料有二價(jià)元素(Zn)和六價(jià)元素氧(O)所構(gòu)成。所以從

3、材料的角度來(lái)看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“-族氧化物半導(dǎo)體”。 二、壓敏電阻的作用 壓敏電阻的最大特點(diǎn)是當(dāng)加在它上面的電壓低于它的閥值"UN"時(shí)，流過(guò)它的電流微小，相當(dāng)于一只關(guān)死的閥門(mén)，當(dāng)電壓超過(guò)UN時(shí)，流過(guò)它的電流激增，相當(dāng)于閥門(mén)打開(kāi)。利用這一功能，可以抑制電路中常常消失的特別過(guò)電壓，愛(ài)護(hù)電路免受過(guò)電壓的損害。 壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件，可以用來(lái)代替瞬態(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對(duì)IC及其它設(shè)備的電路進(jìn)行愛(ài)護(hù)，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流(如雷擊等)而造成對(duì)它們的損壞。使用時(shí)只需將壓敏電阻器并接于被愛(ài)護(hù)的IC或設(shè)備電路上，當(dāng)

4、電壓瞬間高于某一數(shù)值時(shí)，壓敏電阻器阻值快速下降，導(dǎo)通大電流，從而愛(ài)護(hù)IC或電器設(shè)備;當(dāng)電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時(shí)，壓敏電阻器阻值極高，近乎開(kāi)路，因而不會(huì)影響器件或電器設(shè)備的正常工作。 三、壓敏電阻的標(biāo)稱參數(shù) 壓敏電阻用字母“MY”表示，如加J為家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用于穩(wěn)壓、過(guò)壓愛(ài)護(hù)、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補(bǔ)償、消磁、高能或高牢靠等方面。壓敏電阻雖然能汲取很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流，在用作過(guò)壓愛(ài)護(hù)時(shí)必需考慮到這一點(diǎn)。 四、壓敏電阻的特性參數(shù) 壓敏電壓UN(U1mA)：通常以在壓敏電阻上通過(guò)1mA直流電流時(shí)的電壓來(lái)表示其是否導(dǎo)通

5、的標(biāo)志電壓，這個(gè)電壓就稱為壓敏電壓UN。壓敏電壓也常用符號(hào)U1mA表示。壓敏電壓的誤差范圍一般是±10%。在試驗(yàn)和實(shí)際使用中，通常把壓敏電壓從正常值下降10%作為壓敏電阻失效的判據(jù)。 最大持續(xù)工作電壓UC：指壓敏電阻能長(zhǎng)期承受的最大溝通電壓(有效值)Uac或最大直流電壓Udc。一般Uac0.64U1mA，Udc0.83U1mA。 通流量(最大沖擊電流)IP：指壓敏電阻能夠承受的8/20s波的最大沖擊電流峰值?！澳軌虺惺堋钡暮x是，沖擊后壓敏電壓的變化率不大于10%?，F(xiàn)行的技術(shù)規(guī)格書(shū)中通常都給出了沖擊1次的IP值。 最大箝位電壓(限制電壓)VC：技術(shù)規(guī)格書(shū)中給出的最大箝位電壓值是指給壓

6、敏電阻施加規(guī)定的8/20s波沖擊電流IX(A)時(shí)壓敏電阻上呈現(xiàn)的電壓。 實(shí)際使用中，壓敏電壓越高，施加的沖擊電流越大，限制電壓(或稱殘壓)就越高，可從產(chǎn)品給出的V-I曲線上查到。 額定能量E：額定能量是指壓敏電阻能夠承受規(guī)定波形的沖擊電流沖擊一次的最大能量(沖擊后壓敏電壓的變化率不大于10%)，可用下式表示： E=K*IP*VC*T 式中：IP、VC見(jiàn)上，T為脈沖寬度，K為與波形有關(guān)的常數(shù)。對(duì)于8/20s波和10/1000s波，K=1.4;對(duì)于2ms方波，K=1。 額定功率(最大平均功率)Pm：指壓敏電阻在室溫下，連續(xù)承受多次沖擊，且各次沖擊之間間隔時(shí)間較短，因而有熱積累效應(yīng)的狀況下，能夠承受

7、的最大平均功率。盡管壓敏電阻能承受很大的脈沖功率，但能承受的平均功率卻很小。 電容C0：指壓敏電阻兩電極間呈現(xiàn)的電容，在幾pF幾百nF的范圍內(nèi)。體積越小，壓敏電壓越高，電容越小。 漏電流Il：給壓敏電阻施加最大直流電壓Udc時(shí)流過(guò)的電流。測(cè)量漏電流時(shí)，通常給壓敏電阻加上Udc=0.83U1mA的電壓(有時(shí)也用0.75U1mA)。一般要求靜態(tài)漏電流Il20A(也有要求10A的)。在實(shí)際使用中，更關(guān)懷的不是靜態(tài)漏電流值本身的大小，而是它的穩(wěn)定性，即在沖擊試驗(yàn)后或在高溫條件下的變化率。在沖擊試驗(yàn)后或在高溫條件下其變化率不超過(guò)一倍，即認(rèn)為是穩(wěn)定的。 非線性指數(shù)：指電壓的變化對(duì)電流的影響力量，可用公式表

8、示為： I=KU或=loglog 由前式可見(jiàn)，越大表明電壓的變化對(duì)電流的影響力量越大，非線性特性越好。由后式可見(jiàn)，是伏安特性上各點(diǎn)斜率的倒數(shù)，特性越平坦的地方，越大(漏電流區(qū)和飽和區(qū)=1，又稱低區(qū))。用儀器測(cè)量時(shí)，一般設(shè)定I2=1mA，I1=0.1mA，所以 T=1/log(U1mA/U0.1mA) 五、壓敏電阻的降額特性 對(duì)壓敏電阻進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，隨著所要進(jìn)行的沖擊次數(shù)的增加，每次所施加的沖擊電流要相應(yīng)地減小。例如：20基片的標(biāo)準(zhǔn)壓敏電阻(U1mA82V的)，其降額特性如下表所示(可從廠家給出的浪涌壽命次數(shù)定額曲線中查到)： 允許沖擊次數(shù)1次2次10次100次1000次10000次 每次沖擊

9、電流6500A4000A2000A1000A430A200A 六、壓敏電阻的測(cè)量 測(cè)量時(shí)將萬(wàn)用表置10k檔，表筆接于電阻兩端，萬(wàn)用表上應(yīng)顯示出壓敏電阻上標(biāo)示的阻值，假如超出這個(gè)數(shù)值很大，則說(shuō)明壓敏電阻已損 七、壓敏電阻的選型 壓敏電阻的選用，一般選擇標(biāo)稱壓敏電壓V1mA和通流容量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。 1、所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)狀況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時(shí)測(cè)得的電壓值，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等?？梢罁?jù)詳細(xì)需要正確選用。一般1mA="1".5Vp="2".2VAC，式中，Vp為電路額定電壓的峰

10、值。VAC為額定溝通電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到愛(ài)護(hù)效果與使用壽命。如一臺(tái)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，即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25狀況下，對(duì)于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓

11、敏電壓的變化不超過(guò)±10%時(shí)的最大脈沖電流值。為了延長(zhǎng)器件的使用壽命，ZnO壓敏電阻所汲取的浪涌電流幅值應(yīng)小于手冊(cè)中給出的產(chǎn)品最大通流量。然而從愛(ài)護(hù)效果動(dòng)身，要求所選用的通流量大一些好。在很多狀況下，實(shí)際發(fā)生的通流量是很難精確計(jì)算的，則選用2-20KA的產(chǎn)品。如手頭產(chǎn)品的通流量不能滿意使用要求時(shí)，可將幾只單個(gè)的壓敏電阻并聯(lián)使用，并聯(lián)后的壓敏電不變，其通流量為各單只壓敏電阻數(shù)值之和。要求并聯(lián)的壓敏電阻伏安特性盡量相同，否則易引起分流不勻稱而損壞壓敏電阻。 八、壓敏電阻的使用 壓敏電阻一般并聯(lián)在電路中使用，當(dāng)電阻兩端的電壓發(fā)生急劇變化時(shí)，電阻短路將電流保險(xiǎn)絲熔斷，起到愛(ài)護(hù)作用。壓敏電阻在

12、電路中，常用于電源過(guò)壓愛(ài)護(hù)和穩(wěn)壓。 電源防雷器的牢靠性、平安性在很大程度上依靠于壓敏電阻的正確使用，以下原則可供使用參考。特殊要指出的是，在電源防雷設(shè)計(jì)中還要考慮各個(gè)地方的電源質(zhì)量差別、雷擊頻度和強(qiáng)度的差別、被愛(ài)護(hù)設(shè)備的安裝使用狀況和沖擊耐受力量等的差別，不能用一個(gè)公式照搬照套。設(shè)計(jì)好的防雷愛(ài)護(hù)裝置必需在現(xiàn)場(chǎng)使用條件下或盡可能接近真實(shí)狀況的模擬條件下進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。 壓敏電壓的計(jì)算： 一般可用下式計(jì)算： U1mA=KUac 式中：K為與電源質(zhì)量有關(guān)的系數(shù)，一般取K=(23),電源質(zhì)量較好的城市可取小些，電源質(zhì)量較差的農(nóng)村(特殊是山區(qū))可取大些。Uac為溝通電源電壓有效值。對(duì)于220V240V溝通

13、電源防雷器，應(yīng)選用壓敏電壓為470V620V的壓敏電阻較合適。選用壓敏電壓高一點(diǎn)的壓敏電阻，可以降低故障率，延長(zhǎng)使用壽命，但殘壓略有增大。 標(biāo)稱放電電流的計(jì)算： 壓敏電阻的標(biāo)稱放電電流應(yīng)大于要求承受的浪涌電流或每年可能消失的最大浪涌電流。標(biāo)稱放電電流應(yīng)按壓敏電阻浪涌壽命次數(shù)定額曲線中沖擊10次以上的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，約為最大沖擊通流量的30%(即0.3IP)左右。 壓敏電阻的并聯(lián)： 當(dāng)一個(gè)壓敏電阻滿意不了標(biāo)稱放電電流的要求時(shí)，應(yīng)采納多個(gè)壓敏電阻并聯(lián)使用。有時(shí)為了降低限制電壓，即使標(biāo)稱放電電流滿意要求也采納多個(gè)壓敏電阻并聯(lián)。要特殊留意的是，壓敏電阻并聯(lián)使用時(shí)，肯定要嚴(yán)格選擇參數(shù)全都的(例如：U1mA

14、3V，3)進(jìn)行配對(duì)，以保證電流的勻稱安排。 九、壓敏電阻使用時(shí)的留意事項(xiàng) 壓敏電阻的失效模式通常是短路，為了防止壓敏電阻的失效造成電源短路而起火，可以在每個(gè)壓敏電阻上串聯(lián)一個(gè)溫度保險(xiǎn)管或熱脫離機(jī)構(gòu)。溫度保險(xiǎn)管應(yīng)與壓敏電阻有良好的熱耦合，當(dāng)壓敏電阻失效(高阻抗短路)時(shí)，它所產(chǎn)生的熱量把溫度保險(xiǎn)管熔斷，從而使失效的壓敏電阻與電路分別，確保設(shè)備的平安。當(dāng)較高的工頻臨時(shí)過(guò)電壓作用在壓敏電阻上時(shí)，可能使壓敏電阻瞬間擊穿短路(低阻抗短路)，而溫度保險(xiǎn)管還來(lái)不及熔斷，還可能起火。為避開(kāi)這種現(xiàn)象發(fā)生，可在每個(gè)壓敏電阻上再串聯(lián)一個(gè)耐沖擊工頻保險(xiǎn)絲(單用工頻保險(xiǎn)絲則在老化失效時(shí)可能不熔斷)。也可以把壓敏電阻與陶瓷氣體放電管串聯(lián)使用，正常工作時(shí)陶瓷氣體放電管不導(dǎo)通，壓敏電阻沒(méi)有漏電流，可以大大延長(zhǎng)使用壽命;受浪涌沖擊時(shí)，陶瓷氣體放電管首先擊穿，然后由壓敏電阻限制浪涌電壓，總的殘壓為兩者之和，略有增大(幾十伏);沖擊過(guò)去后，由于壓敏電阻限制了電流