壓敏電阻應(yīng)用原理
發(fā)布時間：2019-07-31 11:18:42來源：
壓敏電阻應(yīng)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(dāng)過電壓出現(xiàn)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(xiàn)對后級電路的保護。壓敏電阻的主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時間等。壓敏電阻的響應(yīng)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(yīng)速度可以滿足要求。壓敏電阻的結(jié)電容一般在幾百到幾千pF的數(shù)量級范圍，很多情況下不宜直接應(yīng)用在高頻信號線路的保護中，應(yīng)用在交流電路的保護中時，因為其結(jié)電容較大會增加漏電流，在設(shè)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(shè)計時應(yīng)重點考慮的。在直流回路中，應(yīng)當(dāng)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(yīng)當(dāng)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(yīng)用時，有適當(dāng)?shù)陌踩６取Ｔ谛盘柣芈分袝r，應(yīng)當(dāng)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(yīng)根據(jù)防雷電路的設(shè)計指標(biāo)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(shè)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(dāng)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(gòu)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(zhì)，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(jù)需要定制具有某種容量的MLV，這對于防護設(shè)計中兼顧EMI設(shè)計是非常有利的。
由于做成疊層結(jié)構(gòu)后，MLV的電極寄生電感非常小，因此其反應(yīng)速度與TVS不相伯仲，甚至比某些采用Bonding結(jié)構(gòu)的TVS的速度還要快。
在電流容量上，得益于疊層結(jié)構(gòu)，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(xiàn)精確的鉗位；MLV在多次大電流沖擊后，性能會出現(xiàn)一定程度的退化，主要表現(xiàn)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(shù)碼相機等領(lǐng)域大行。
氧化鋅壓敏電阻與被保護的電器設(shè)備或者元器件并聯(lián)使用。當(dāng)電路中出現(xiàn)雷電過電壓或瞬態(tài)操作電壓VS時，壓敏電阻器和被保護的設(shè)備及元器件同時承受VS，由于壓敏電阻器響應(yīng)速度很快，它以納秒級時間迅速呈現(xiàn)優(yōu)良非線形導(dǎo)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(shè)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(shè)備及元器件免遭過電壓的沖擊.