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輕松了解——壓敏電阻

發(fā)布時間:2014-09-08 責(zé)任編輯:stone

【導(dǎo)讀】壓敏電阻器是一種電阻值隨著外加電壓變化而敏感變化的電阻器,它的主要用途是異常過電壓的感知、抵制和浪涌能量的吸收。

什么是壓敏電阻

“壓敏電阻器”,國際電工委員會(IEC)在其標(biāo)準(zhǔn)中稱為“voltage dependent resistor”,而業(yè)界和學(xué)術(shù)界更為廣泛使用的名稱為“varistor”,即由variable和resistor兩個英文單詞組合而成的組合詞,顧名思義,壓敏電阻器是一種電阻值隨著外加電壓變化而敏感變化的電阻器,它的主要用途是異常過電壓的感知、抵制和浪涌能量的吸收。

從材料組成上看,壓敏電阻是由電子級粉體材料--氧化鋅、氧化鉍、氧化銻、氧化鈷、氧化錳、氧化鎳、氧化鉻等多種氧化物全成的,其中氧化鋅的含量最高,約占90%,為主基料。

典型的壓敏電阻
 
上圖為典型的壓敏電阻20D201K隨外加電壓從180V上升到420V,其電阻值從18 下降到0.42 的曲線,在這個變化過程中,外部電壓的變化只有2倍多一點,而電阻值則下降了近4300萬倍,這個曲線可以幫助我們直觀的感受壓敏阻器的“壓敏”特性。

壓敏電阻參數(shù)

壓敏電阻最重要的幾個參數(shù)包括:壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時間等。

壓敏電壓,是指外加電壓高于某個電壓后,壓敏電阻器的電阻值迅速變小的一個拐點電壓。但是這一電壓測量不便,為了參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的需要,國際電工委員會人為規(guī)定了兩個測量壓敏電壓的直流參考電流為1mA和0.1mA,將在這一電流下測量所得電壓人為規(guī)定為壓敏電壓。所以嚴格來講,壓敏電阻的手冊上所標(biāo)的壓敏電壓,已經(jīng)不是壓敏電阻的“壓敏”電壓。

通流容量,即最大峰值電流值(maximum peak current),即壓敏電阻能夠承受的波形為8/20uS(業(yè)界浪涌測試標(biāo)準(zhǔn)波形)的最大浪涌電流峰值。目前壓敏電阻器的手冊中通常給出兩個能量容量的參數(shù),一個是一次8/20uS浪涌沖擊指標(biāo),一個是兩次8/20uS浪涌沖擊指標(biāo)。

結(jié)電容,壓敏電阻在導(dǎo)通前的電阻值非常大,可視為電介質(zhì),兩個電極間存在著納法級的電容,需要格外注意。也正是由于這個原因,壓敏電阻器少用于高頻電路和數(shù)字電路中。

結(jié)電容
 
響應(yīng)時間,一般意義上是指一個器件從外界觸發(fā)到器件開始動作的時間差,但是對于壓敏電阻而言,響應(yīng)時間不是這樣定義的,這一點需要格外注意。在IEEE的標(biāo)準(zhǔn)中,壓敏電阻的響應(yīng)時間定義如上圖所示。圖中Vc是指壓敏電阻過8/20uS沖擊后的殘壓,而壓敏電阻器響應(yīng)時間是指從電壓峰值點t1到50%殘壓點的時間差。

廠商生產(chǎn)的壓敏電阻器的datasheet

上圖為某廠商生產(chǎn)的壓敏電阻器的datasheet,從圖中可以查到上述我們比較關(guān)心的壓敏電阻主要參數(shù)。

壓敏電阻與氣體放電管、TVS管的區(qū)別

壓敏電阻、氣體放電管、TVS管(瞬間抑制二極管)三種器件都限壓型的浪涌保護器件,都被用來在電路中用作浪涌保護,那么他們有什么之間有什么差異呢?

在反應(yīng)時間上,壓敏電阻介于TVS和氣體放電管之間,TVS管為皮秒級,壓敏電阻略慢,為納秒級;而氣體放電管最慢,通常為幾十個納秒甚至更多。

在通流容量上,壓敏電同樣介于TVS和氣體放電管之間,TVS管通常只有幾百A;而壓敏電阻按不同規(guī)格,可通過數(shù)KA到數(shù)十KA的單次8/20uS浪涌電流;而對于氣體放電管來說通常十KA級別8/20uS浪涌電流可導(dǎo)通數(shù)百次。

從原理上看,TVS管基于二極管雪崩效應(yīng);壓敏電阻器基于氧化鋅晶粒間的勢壘作用;而氣體放電管則是基于氣體擊穿放電。

在電壓范圍方面,TVS管通常為5.5V到550V;壓敏電阻的范圍較寬,可從10V到9000V;而氣體放電管可從75V到3500V。

壓敏電阻在防雷電路中的作用

壓敏電阻經(jīng)常被用于儀器設(shè)備的電源入口處進行防雷、防浪涌設(shè)計,在此類用途中,通常將壓敏電阻與氣體放電管、熔斷器、熱敏電阻等器件一起作用,相互結(jié)合來更好的發(fā)揮作用。

防雷抗浪涌電路結(jié)構(gòu)
 
上圖為一典型的防雷抗浪涌電路結(jié)構(gòu)。RV1~RV3為壓敏電阻,GAS為氣體放電管,F(xiàn)1、F2為保險管。RV1用來防護差模浪涌電壓,RV2、RV3、GAS三者相結(jié)合用來進行共模浪涌電壓的保護。保險絲用來進行短路保護,防止壓敏電阻擊穿而發(fā)生短路。

圖中由RV2、RV3、GAS相結(jié)合而構(gòu)成的共模浪涌保護電路結(jié)合了壓敏電阻與氣體放電管的優(yōu)點,相互彌補各自的缺點,是一種常用的浪涌保護電路。氣體放電管的通流容量大,在,但動作時間長,漏電流大,而壓敏電阻響應(yīng)速度快且漏電流小。

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