壓敏電阻器(VDR)(varistor;voltage-dependentresistor),簡稱壓敏電阻,是一種過電壓防護器件。介紹壓敏電阻的特性及關鍵參數;給出壓敏電阻選型及在電路設計中的典型應用,同時給出壓敏電阻使用注意事項。
關鍵詞:壓敏電阻;電路設計;過壓防護器件
壓敏電阻器(VDR),簡稱壓敏電阻,是一種電壓敏感元件,其特點是在該元件上的外加電壓增加到某一臨界值(壓敏電壓值)時,其阻值將急劇減小。壓敏電阻器的電阻體材料是半導體,所以它是半導體電阻器的一個品種。現在大量使用的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器,它的主體材料有二價元素(Zn)和六價元素氧(O)所構成。所以從材料的角度來看,氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體”。
文字符號:“RV”或“R”
結構----根據半導體材料的非線性特性制成的。
1壓敏電阻的特性及關鍵參數
1.1壓敏電阻的特性
壓敏電阻器的電壓與電流不遵守歐姆定律,而成特殊的非線性關系。當兩端所加電壓低于標稱額定電壓值時,壓敏電阻器的電阻值接近無窮大,內部幾乎無電流流過;當兩端所加電壓略高于標稱額定電壓值時,壓敏電阻器將迅速擊穿導通,并由高阻狀態變為低阻狀態,工作電流也急劇增大;當兩端所加電壓低于標稱額定電壓值時,壓敏電阻器又恢復為高阻狀態;當兩端所加電壓超過最大限制電壓值時,壓敏電阻器將完全擊穿損壞,無法再自行恢復。
1.2壓敏電阻的關鍵參數
1.2.1壓敏電壓
壓敏電壓即擊穿電壓或閾值電壓。一般認為是在溫度為20度時,在壓敏電阻上有1mA電流流過的時候,相應加在該壓敏電阻器兩端的電壓值。壓敏電壓是壓敏電阻I-U曲線拐點上的非線性起始電壓,是決定壓敏電阻額定電壓的非線性電壓。為了保證電路在正常的工作范圍內,壓敏電阻正常工作,壓敏電壓值必須大于被保護電路的最大額定工作電壓。
1.2.2最大限制電壓
最大限制電壓是指壓敏電阻器兩端所能承受的最高電壓值。通俗的解釋是:當浪涌電壓超過壓敏電壓時,在壓敏電阻兩端測得的最高峰值電壓,也叫最大鉗位電壓。為了良好的保證被保護電路不受損害,在選擇壓敏電阻時,壓敏電阻的最大限制電壓,一定要小于電路額定最大工作電壓(采用多級防護時,可另行考慮)。
1.2.3通流容量
通流容量也稱通流量,是指在規定的條件(以規定的時間間隔和次數,施加標準的沖擊電流)下,允許通過壓敏電阻器上的最大脈沖(峰值)電流值。
通常產品給出的通流量是按產品標準給定的波形、沖擊次數和間隙時間進行脈沖試驗時產品所能承受的最大電流值。而產品所能承受的沖擊數是波形、幅值和間隙時間的函數,當電流波形幅值降低50%時沖擊次數可增加一倍,所以在實際應用中,壓敏電阻所吸收的浪涌電流應大于產品的最大通流量。
壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應小于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,可將幾只單個的壓敏電阻并聯使用,并聯后的壓敏電壓不變,其通流量為各單只壓敏電阻數值之和。要求并聯的壓敏電阻伏安特性盡量相同,否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻。
1.2.4電壓比
電壓比是指壓敏電阻器的電流為1mA時產生的電壓值與壓敏電阻器的電流為0.1mA時產生的電壓值之比。
1.2.5殘壓比
流過壓敏電阻器的電流為某一值時,在它兩端所產生的電壓稱為這一電流值為殘壓。殘壓比則的殘壓與標稱電壓之比。
1.2.6漏電流
漏電流也稱等待電流,是指壓敏電阻器在規定的溫度和最大直流電壓下,流過壓敏電阻器的電流。漏電流越小越好。對于漏電流特別應強調的是必須穩定,不允許在工作中自動升高,一旦發現漏電流自動升高,就應立即淘汰,因為漏電流的不穩定是加速防雷器老化和防雷器爆炸的直接原因。因此在選擇漏電流這一參數時,不能一味地追求越小越好,只要是在電網允許值范圍內,選擇漏電流值相對稍大一些的防雷器,反而較穩定。
2壓敏電阻在電路設計中的典型應用
壓敏電阻被廣泛應用于電壓保護、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護半導體元器件等。以下是壓敏電阻電路應用中的幾個典型實例。
2.1電路輸入過壓保護
大氣過電壓由于雷擊引起,大多數屬于感應性過電壓,雷擊對輸電線路放電產生的過電壓,這種過電壓的電壓值很高,可達100~10000V,造成的危害極大。因此對于必須對電氣設備采取措施防止大氣過電壓。可以采用壓敏電阻器。一般采用與設備并聯。如果電氣設備要求殘壓很低時,可以采用多級防護。
2.2防止操作過電壓防護電路
操作過電壓是電路工作狀態突然變化時,電磁能量急劇轉化,快速釋放時產生的一種過電壓,防止這種過電壓可以用