压敏电阻工作原理

 

一、压敏电阻工作原理

压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。
     压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比TVS管稍慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围，很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中，应用在交流电路的保护中时，因为其结电容较大会增加漏电流，在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大，但比气体放电管小。
     压敏电阻的压敏电压（min(U1mA)）、通流容量是电路设计时应重点考虑的。在直流回路中，应当有：min(U1mA) ≥(1.8～2)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。
压敏电阻主要可用于直流电源、交流电源、低频信号线路、带馈电的天馈线路。
压敏电阻的失效模式主要是短路，当通过的过电流太大时，也可能造成阀片被炸裂而开路。压敏电阻使用寿命较短，多次冲击后性能会下降。因此由压敏电阻构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题。
     在消费类电子产品中，为了追求较小的安装面积，压敏电阻做成叠层型，称为Multi-layer Varistor(MLV),其结构与叠层型的瓷片电容（MLCC）完全相同，只是叉指电极间的材料不是普通的陶瓷电介质，而是ZnO压敏材料。也因为如此，MLV都是具有一定的电容特性的，甚至可以根据需要定制具有某种容量的MLV，这对于防护设计中兼顾EMI设计是非常有利的。
     由于做成叠层结构后，MLV的电极寄生电感非常小，因此其反应速度与TVS不相伯仲，甚至比某些采用Bonding结构的TVS的速度还要快。
     在电流容量上，得益于叠层结构，MLV的通流能力也要比相同体积的TVS大得多。
     MLV的钳位特性曲线不如TVS陡峭，不能实现精确的钳位；MLV在多次大电流冲击后，性能会出现一定程度的退化，主要表现是漏电流增大，钳位电压有所变化。不过，如果MLV仅用于ESD防护，上述两个缺点对防护效果的影响是很小的。这也是为什么MLV能在手机、数码相机等领域大行。  
     氧化锌压敏电阻与被保护的电器设备或者元器件并联使用。当电路中出现雷电过电压或瞬态操作电压VS时，压敏电阻器和被保护的设备及元器件同时承受VS，由于压敏电阻器响应速度很快，它以纳秒级时间迅速呈现优良非线形导电特性，此时压敏电阻器两端电压迅速下降，远远小于VS，这样被保护的设备及元器件上实际承受的电压就远低于过电压VS，从而使设备及元器件免遭过电压的冲击.

二、压敏电阻常见问题

1、压敏电阻的安全性问题： 

　　在以往的应用中，跨接在电源线上的压敏电阻器出现过起火燃烧，危机临近其它元器件的事故。对此，制造者和使用者共同进行了大量研究和分析工作，采取了相应的对策，极大地降低了这类事故的概率，但尚未杜绝，因此，压敏电阻的使用安全性仍是个值得重视、需要继续研究解决的课题。 
　　压敏电阻起火燃烧的表观现象，大体上可分为老化失效和暂态过电压破坏两种类型。 
　　①老化失效，这是指电阻体的低阻线性化逐步加剧，漏电流恶性增加且集中流入薄弱点，薄弱点材料融化，形成1kΩ左右的短路孔后，电源继续推动一个较大的电流灌入短路点，形成高热而起火。这种事故通常可以通过一个与压敏电阻串联的热熔接点来避免。热熔接点应与电阻体有良好的热耦合，当最大冲击电流流过时不会断开，但当温度超过电阻体上限工作温度时即断开。研究结果表明， 若压敏电阻存在着制造缺陷，易发生早期失效， 强度不大的电冲击的多次作用，也会加速老化过程，使老化失效提早出现。 
　　②暂态过电压破坏，这是指较强的暂态过电压使电阻体穿孔，导致更大的电流而高热起火。整个过程在较短时间内发生，以至电阻体上设置的热熔接点来不及熔断。在三相电源保护中，N-PE线之间的压敏电阻器烧坏起火的事故概率较高，多数是属于这一种情况。相应的对策集中在压敏电阻损坏后不起火。一些压敏电阻的应用技术资料中，推荐与压敏电阻串联电流熔丝（保险丝）进行保护。

2、压敏电阻的连接线问题 

　　将压敏电阻接入电路的连接线要足够粗，推荐的连接线的尺寸注：接地线为5.5 mm2以上连接线要尽可能短，且走直线，因为冲击电流会在连接线电感上产生附加电压，使被保护设备两端的限制电压升高。 
压敏电阻通流量 ≤600A   (600～2500)A ( 2500～4000)A (4000～20K)A 
导线截面积     ≥ 0.3 mm2 ≥ 0.5 mm2     ≥ 0.8 mm2     ≥ 2 mm2 
　　例如：若压敏电阻MY两端各有3 cm长的接线，它的电感量L大体为18 nH，若有10 KA的8/20冲击电流流入压敏电阻，把电流的升速看作10KA / 8Μs，则引线电感上的附加电压UL1、UL2大体为 
UL1= UL2=L(di/dt)=18×10-9( 10×103 / 8×10-6 )=22.5 V 
这就使限制电压增高了45V。 

3、压敏电阻的串联和配对 

　　压敏电阻可以很简单地串联使用。将两只电阻体直径相同（通流量相同）的压敏电阻串联后，漆压敏电压、持续工作电压和限制电压相加，而通流量指标不变。例如在高压电力避雷器中，要求持续工作电压高达数千伏，数万伏，就是将多个ZnO压敏电阻阀片迭和起来（串联）而得到的。 
　　压敏电阻可以并联，目的是获得更大的通流量，或者在冲击电流峰值一定的条件下减小电阻体中的电流密度，以降低限制电压。 
　　当要求获得极大的通流量［ 例如8/20，（50～200）KA ］，且压敏电压又比较低（例如低于200V）时，电阻体的直径 / 厚度比太大，在制造技术上有困难，且随着电阻体直径的加大，电阻体的微观均匀性变差，因此通流量不可能随电阻体面积成比例地增大。这是用较小直径的电阻片并联可能是个更合理的方法。 
由于高非线性，压敏电阻片的并联需要特别小心谨慎，只有经过仔细配对，参数相同的电阻片相并联，才能保证电流在各电阻片之间均匀分配。针对这种需求，本公司专门为用户提供配对的电阻片。 
此外，纵向连结的几个压敏电阻器，使用经过配对的参数一致的压敏电阻器后，当冲击侵入时，出现在横向的电压差可以很小。在这种情况下，配对也是有意义的。 

4、压敏电阻与气体放电器件的串联和并联 

　　压敏电阻可以与气体放电管、空气隙、微放电间隙等气体放电器件相串联（图10.5a），这个串联组合的正常工作要满足两个基本条件：①、系统电压上限值应低于气体放电器件G的直流击穿电压；②、G点火后在系统电压上限值下，压敏电阻MY中的电流应小于G的电弧维持电流，以保证G的熄弧。 
这种串联组合具有电容量小，工作频率高；漏电流极小安全性好；以及不存在压敏电阻MY在系统电压下老化的问题，因而可靠性高等优点，但同时也有气体放电器件相应慢所引起的"让通电压"问题。 
压敏电阻也可与气体放电管并联，以降低气体放电管的冲击点火电压。

米乐app官网内容请参考百度百科