压敏电阻作用参数及选型

压敏电阻选用的基本知识什么是压敏电阻器及其分类与参数?压敏电阻器简称VSR，是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体元件。它在电路中用文字符号“RV”或“R”表示，图1-21是其电路图形符号。（一）压敏电阻器的种类压敏电阻器可以按结构、制造过程、使用材料和伏安特性分类。1．按结构分类压敏电阻器按其结构可分为结型压敏电阻器、体型压敏电阻器、单颗粒层压敏电阻器和薄膜压敏电阻器等。结型压敏电阻器是因为电阻体与金属电极之间的特殊接触，才具有了非线性特性，而体型压敏电阻器的非线性是由电阻体本身的半导体性质决定的。2．按使用材料分类压敏电阻器按其使用材料的不同可分为氧化锌压敏电阻器、碳化硅压敏电阻器、金属氧化物压敏电阻器、锗（硅）压敏电阻器、钛酸钡压敏电阻器等多种。3．按其伏安特性分类压敏电阻器按其伏安特性可分为对称型压敏电阻器（无极性）和非对称型压敏电阻器（有极性）。（二）压敏电阻器的结构特性与作用1．压敏电阻器的结构特性压敏电阻器与普通电阻器不同，它是根据半导体材料的非线性特性制成的。图1-22是压敏电阻器外形，其内部结构如图1-23所示。普通电阻器遵守欧姆定律，而压敏电阻器的电压与电流则呈特殊的非线性关系。当压敏电阻器两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器的电阻值接近无穷大，内部几乎无电流流过。当压敏电阻器两端电压略高于标称额定电压时，压敏电阻器将迅速击穿导通，并由高阻状态变为低阻状态，工作电流也急剧增大。当其两端电压低于标称额定电压时，压敏电阻器又能恢复为高阻状态。当压敏电阻器两端电压超过其昀大限制电压时，压敏电阻器将完全击穿损坏，无法再自行恢复。2．压敏电阻器的作用与应用压敏电阻器广泛地应用在家用电器及其它电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。图1-24是压敏电阻器的典型应用电路。（三）压敏电阻器的主要参数压敏电阻器的主要参数有标称电压、电压比、昀大控制电压、残压比、通流容量、漏电流、电压温度系数、电流温度系数、电压非线性系数、绝缘电阻、静态电容等。1．压敏电压：MYG05K规定通过的电流为0.1mA，MYG07K、MYG10K、MYG14K、MYG20K标称电压是指通过1mA直流电流时，压敏电阻器两端的电压值。2．昀大允许电压（昀大限制电压）：此电压分交流和直流两种情况，如为交流，则指的是该压敏电阻所允许加的交流电压的有效值，以ACrms表示，所以在该交流电压有效值作用下应该选用具有该昀大允许电压的压敏电阻，实际上V1mA与ACrms间彼此是相互关联的，知道了前者也就知道了后者，不过ACrms对使用者更直接，使用者可根据电路工作电压，可以直接按ACrms来选取合适的压敏电阻。在交流回路中，应当有：min(U1mA)≥(2.2～2.5)Uac，式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值。上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时，有适当的安全裕度。对直流而言在直流回路中，应当有：min(U1mA)≥(1.6～2)Udc，式中Udc为回路中的直流额定工作电压。在交流回路中，应当有：min(U1mA)≥(2.2～2.5)Uac，式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值。上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时，有适当的安全裕度。在信号回路中时，应当有：min(U1mA)≥(1.2～1.5)Umax，式中Umax为信号回路的峰值电压。压敏电阻的通流容量应根据防雷电路的设计指标来定。一般而言，压敏电阻的通流容量要大于等于防雷电路设计的通流容量。3．通流容量：通流容量也称通流量，是指在规定的条件（以规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流）下，允许通过压敏电阻器上的昀大脉冲（峰值）电流值。一般过压是一个或一系列的脉冲波。实验压敏电阻所用的冲击波有两种，一种是为8/20μs波，即通常所说的波头为8μs波尾时间为20μs的脉冲波，另外一种为2ms的方波，如下图所示：4．昀大限制电压：昀大限制电压是指压敏电阻器两端所能承受的昀高电压值，它表示在规定的冲击电流Ip通过压敏电阻时次两端所产生的电压此电压又称为残压，所以选用的压敏电阻的残压一定要小于被保护物的耐压水平Vo,否则便达不到可靠的保护目的，通常冲击电流Ip值较大，例如2.5A或者10A，因而压敏电阻对应的昀大限制电压Vc相当大，例如MYG7K471其Vc=775(Ip=10A时)。5．昀大能量(能量耐量)：压敏电阻所吸收的能量通常按下式计算W=kIVT(J)其中I——流过压敏电阻的峰值V——在电流I流过压敏电阻时压敏电阻两端的电压T——电流持续时间k——电流I的波形系数对：2ms的方波k=18/20μs波k=1.410/1000μsk=1.4压敏电阻对2ms方波，吸收能量可达330J每平方厘米；对8/20μs波，电流密度可达2000A每立方厘米，这表明他的通流能力及能量耐量都是很大的一般来说压敏电阻的片径越大，它的能量耐量越大，耐冲击电流也越大，选用压敏电阻时还应当考虑经常遇到能量较小、但出现频率次数较高的过电压，如几十秒、一两分钟出现一次或多次的过电压，这时就应该考虑压敏电阻所能吸收的平均功率。6．电压比：电压比是指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA时产生的电压值之比。7．额定功率：在规定的环境温度下所能消耗的昀大功率。8．昀大峰值电流一次：以8/20μs标准波形的电流作一次冲击的昀大电流值，此时压敏电压变化率仍在±10%以内。2次：以8/20μs标准波形的电流作两次冲击的昀大电流值，两次冲击时间间隔为5分钟，此时压敏电压变化率仍在±10%以内。9．残压比：流过压敏电阻器的电流为某一值时，在它两端所产生的电压称为这一电流值为残压。残压比则的残压与标称电压之比。10．漏电流：漏电流又称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和昀大直流电压下，流过压敏电阻器的电流。11．电压温度系数：电压温度系数是指在规定的温度范围（温度为20~70℃）内，压敏电阻器标称电压的变化率，即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时，温度改变1℃时压敏电阻两端的相对变化。12．电流温度系数：电流温度系数是指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时，温度改变1℃时，流过压敏电阻器电流的相对变化。13．电压非线性系数：电压非线性系数是指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。14．绝缘电阻：绝缘电阻是指压敏电阻器的引出线（引脚）与电阻体绝缘表面之间的电阻值。15．静态电容：静态电容是指压敏电阻器本身固有的电容容量。压敏电阻标称参数n~Un(7U/(压敏电阻用字母“MY”表示，如加J为家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。W7kLC|Fp_WtTGma41、所谓压敏电压，即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值，其产品的压敏电压范围可以从10－9000V不等。可根据具体需要正确选用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp为电路额定电压的峰值。VAC为额定交流电压的有效值。ZnO压敏电阻的电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命。如一台用电器的额定电源电压为220V，则压敏电阻电压值V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V，V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V，因此压敏电阻的击穿电压可选在470－480V之间。h\DnOs_kqLf?Wim2、所谓通流容量，即昀大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下，对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超过±10％时的昀大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命，ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品昀大通流量。然而从保护效果出发，要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下，实际发生的通流量是很难精确计算的，则选用2－20KA的产品。如手头产品的通流量不能满足使用要求时，可将几只单个的压敏电阻并联使用，并联后的压敏电不变，其通流量为各单只压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同，否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻。ow7%P9xaGPb41氧化锌压敏电阻的发展hAir7\1967年7月，****松下电器公司无线电实验室的松冈道雄在研究金属电极—氧化锌陶瓷界面时，无意中发现氧化锌（ZnO）加氧化铋（Bi2O3）复合陶瓷具有非线性的伏安特性。进一步实验又发现，如果在以上二元系陶瓷中再加微量的三氧化二锑（Sb2O3）、三氧化二钴（Co2O3）、二氧化锰（MnO2）、三氧化二铬(Cr2O3)等多种氧化物，这种复合陶瓷的非线性系数可以达到50左右，伏安特性类似两只反并联的齐纳二极管，通流能力不亚于碳化硅（SiC）材料，临界击穿电压可以通过改变元件尺寸方便地加以调节，而且这种性能优异的压敏元件通过简单的陶瓷工艺就能制造出来，其性能价格比极高。k+Nob1.1理论研究X$XP\i/1972年美国通用电气公司（GE）购买了****松下电器公司有关氧化锌压敏材料的大部分专利和技术决窍。自从美国掌握了氧化锌压敏陶瓷的制造技术以后，大规模地进行了这种陶瓷材料的基础研究工作。自80年代起，对氧化锌压敏陶瓷材料的研究逐渐走进了企业。迄今为止，主要的理论研究工作都是在美国完成的。主要的研究课题有：\en\-y(1)以解释宏观电性为目的的导电模型的微观结构的研究（70～80年代）；qkq-ByATh(2)以材料与产品开发为目的的配方机理和烧结工艺的研究（70～80年代）；.{E=;*(3)氧化锌压敏陶瓷材料非线性网络拓扑模型的研究（80～90年代）；YQFIHq5)*(4)氧化锌压敏陶瓷复合粉体的制备研究（80～90年代）；/(&{j2`(5)纳米材料在氧化锌压敏陶瓷中的应用研究（90年代）。}5jNe1.2研制开发*ck)'70年代末到80年代，基础理论研究取得了重大进展。据不完全统计，截止到1998年，公开发表的论文和专利说明书等累计达700多篇，其中有关基础研究的约占一半。在基础研究的推动下，80～90年代，压敏陶瓷的材料开发速度大大加快，目前已取得的成果有：cGg$Eqh&(1)氧化锌压敏陶瓷的电压梯度已从昀初的150V/mm扩散到（20～250）V/mm几十个系列，从集成电路到高压、超高压输电系统都可以使用；04,=TLC5r(2)开发出大尺寸元件，直径达120mm,2ms方波，冲击电流达到1200A，能量容量平均可达300J/cm3左右；|V!7MRD(3)汽车用（85～120）℃工作温度下的高能元件；PQIS0$+(4)视在介电常数小于500的高频元件；s/nr/Hh(5)压敏—电容双功能电磁兼容（EMC）元件；CE5^j5wA(6)毫秒级三角波、能量密度750J/cm3以上的低压高能元件；=5}pC1wNtS(7)老化特性好、电容量大、陡波响应快的无铋（Bi）系氧化锌压敏元件；b~d_49S[;(8)化学共沉淀法和热喷雾分解法压敏电阻复合粉体制备技术；z]{JjY(9)压敏电阻的微波烧结技术；[.92uuD(10)无势垒氧化锌大功率线性电阻。UCqs@!hPuTK#-(0k3$9eU2压敏电阻器的应用原理B5_|(压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。压敏电阻器可以对IC及其它设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流（如雷击等）而造成对它们的损坏。使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC或设备电路上，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，从而保护IC或电器设备；当电压低于压敏电阻器工作电压值时，压敏电阻器阻值极高，