壓敏電阻的概念

　　壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)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(gè)相對固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對后級(jí)電路的保護(hù)。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(shí)間等。

　　壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間為ns級(jí)，比氣體放電管快，比TVS管稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過電壓保護(hù)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(jí)范圍，很多情況下不宜直接應(yīng)用在高頻信號(hào)線路的保護(hù)中，應(yīng)用在交流電路的保護(hù)中時(shí)，因?yàn)槠浣Y(jié)電容較大會(huì)增加漏電流，在設(shè)計(jì)防護(hù)電路時(shí)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。壓敏電阻器簡稱VDR，是一種對電壓敏感的非線性過電壓保護(hù)半導(dǎo)體元件。

　　壓敏電阻的基本性能

　　1）保護(hù)特性，當(dāng)沖擊源的沖擊強(qiáng)（或沖擊電流Isp=Usp/Zs）不超過規(guī)定值時(shí)，壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護(hù)對象所能承受的沖擊耐電壓（Urp）。

　?。?）耐沖擊特性，即壓敏電阻本身應(yīng)能承受規(guī)定的沖擊電流，沖擊能量，以及多次沖擊相繼出現(xiàn)時(shí)的平均功率。

　?。?）壽命特性有兩項(xiàng)，一是連續(xù)工作電壓壽命，即壓敏電阻在規(guī)定環(huán)境溫度和系統(tǒng)電壓條件應(yīng)能可靠地工作規(guī)定的時(shí)間（小時(shí)數(shù)）。二是沖擊壽命，即能可靠地承受規(guī)定的沖擊的次數(shù)。

　　（4）壓敏電阻介入系統(tǒng)后，除了起到“安全閥”的保護(hù)作用外，還會(huì)帶入一些附加影響，這就是所謂“二次效應(yīng)”，它不應(yīng)降低系統(tǒng)的正常工作性能。這時(shí)要考慮的因素主要有三項(xiàng)，一是壓敏電阻本身的電容量（幾十到幾萬PF），二是在系統(tǒng)電壓下的漏電流，三是壓敏電阻的非線性電流通過源阻抗的耦合對其他電路的影響。

　　壓敏電阻的種類

　　壓敏電阻器的種類壓敏電阻器可以按布局、制造歷程、應(yīng)用材料和伏安個(gè)性分類。

　　1．按布局分類壓敏電阻器按其布局可分為結(jié)型壓敏電阻器、體型壓敏電阻器、單顆粒層壓敏電阻器和薄膜壓敏電阻器等。結(jié)型壓敏電阻器是因?yàn)殡娮梵w與金屬電極之間的稀罕接觸，才力有了非線性個(gè)性，而體型壓敏電阻器的非線性是由電阻體本人的半導(dǎo)體性子決定的。

　　2．按應(yīng)用材料分類壓敏電阻器按其應(yīng)用材料的不同可分為氧化鋅壓敏電阻器、碳化硅壓敏電阻器、金屬氧化物壓敏電阻器、鍺（硅）壓敏電阻器、鐵酸鋇壓敏電阻器等多種。

　　3．按其伏安個(gè)性分類壓敏電阻器按其伏安個(gè)性可分為對稱型壓敏電阻器（無極性）和非對稱型壓敏電阻器（有極性）。

　　壓敏電阻的選型

　　在選用壓敏電阻時(shí)，必須考慮電路的具體條件，一般應(yīng)遵循以下原則：

　　1、壓敏電壓V1mA的選取

　　根據(jù)電源電壓選取，連續(xù)施加在壓敏電阻兩端的電源電壓，不能超過規(guī)格書中列出的“最大持續(xù)工作電壓”值。即壓敏電阻器的最大直流工作電壓必須大于電源線（信號(hào)線）的直流工作電壓VIN，即VDC≥VIN；對于220V交流電源的壓敏選擇，要充分考慮到電網(wǎng)工作電壓的波動(dòng)幅度，選取壓敏電阻的壓敏電壓值時(shí)，要留有足夠的余量。國內(nèi)電網(wǎng)一般的波動(dòng)幅度為25%。應(yīng)選用壓敏電壓為470V～620V的壓敏電阻較合適。選用壓敏電壓高一點(diǎn)的壓敏電阻，可以降低故障率，延長使用壽命，但殘壓略有增大。

　　2、通流量的選取

　　壓敏電阻的標(biāo)稱放電電流應(yīng)大于要求承受的浪涌電流或設(shè)備工作中可能出現(xiàn)的最大浪涌電流。標(biāo)稱放電電流應(yīng)按壓敏電阻浪涌壽命次數(shù)定額曲線中沖擊10次以上的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，約為最大沖擊通流量的30%（即0.3IP）左右。

　　3、箝位電壓的選取

　　壓敏電阻的箝位電壓必須小于被保護(hù)的部件或設(shè)備能承受的最大電壓（即安全電壓）。

　　4、電容Cp的選擇

　　對于高頻率傳輸信號(hào)，電容Cp應(yīng)小些，反之亦然5、內(nèi)阻匹配（ResistanceMatch）

　　被保護(hù)元器件（線路）內(nèi)阻R（R≥2Ω）與壓敏電阻瞬態(tài)內(nèi)阻Rv關(guān)系：R≥5Rv；對于內(nèi)阻較小的被保護(hù)元器件，在不影響信號(hào)傳輸速率的情況下，盡量採用大電容壓敏電阻。

　　壓敏電阻的作用

　　壓敏電阻的主要作用就是用于電路中的瞬態(tài)電壓保護(hù)。由于其如上所述的工作原理，使得壓敏電阻相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，只有當(dāng)電壓高于闕值時(shí)，阻值無窮小，開關(guān)閉合，使得流過其的電流激增而對其他電路的影響變化不大，進(jìn)而減小了過電壓對后續(xù)敏感電路的影響。壓敏電阻的這種保護(hù)功能可以多次反復(fù)使用，也可做成類似于電流保險(xiǎn)絲的一次性保護(hù)器件。

　　壓敏電阻的保護(hù)功能已有了廣泛應(yīng)用，例如，家用彩電的電源電路就是使用壓敏電阻來完成過電壓保護(hù)功能的，當(dāng)電壓超過闕值時(shí)，壓敏電阻便體現(xiàn)其鉗位特性，把過高的電壓拉低，使得后級(jí)電路工作在安全電壓范圍內(nèi)。

　　壓敏電阻主要用于電路中的瞬態(tài)過電壓保護(hù)，但由于其類似于半導(dǎo)體穩(wěn)壓管的伏安特性，使得它還具有多種的電路元件功能。比如：壓敏電阻是一種直流高壓小電流穩(wěn)壓元件，穩(wěn)定電壓可達(dá)數(shù)千伏以上，是硅穩(wěn)壓管無法達(dá)到的;壓敏電阻可用作電壓波動(dòng)檢測元件;可用作直流電平移位元件;可用作熒光啟動(dòng)元件;可用作均壓元件等等。

　　壓敏電阻主要應(yīng)用

　　1、雷擊保護(hù)

　　雷擊會(huì)引起大氣過電壓。大多屬于感應(yīng)性過電壓。雷擊對輸電線路放電產(chǎn)生的過電壓稱為直接雷擊過電壓，其電壓值特別高，可達(dá)102~104V造成的危害極大。因此，對室外的電力系統(tǒng)和電器設(shè)備，必須采取措施防止過電壓。

　　采用ZnO壓敏電阻避雷器對消除大氣過電壓非常有效。一般將其與電氣設(shè)備并聯(lián)聯(lián)接。若電氣設(shè)備要求殘壓很低，可采用多級(jí)保護(hù)。下圖是利用ZnO避雷器消除大氣過電壓的兒種常用保護(hù)電路。圖（a）是三相電氣設(shè)備ZnO避雷器的聯(lián)接方法，圖（b）是電磁閥控制系統(tǒng)ZnO避雷器的聯(lián)接方法，圖（c）為電源與負(fù)載之間ZnO避雷器的聯(lián)接方法。

　　壓敏電阻用于電氣設(shè)備避雷

　?。╝）三相電氣設(shè)備

　　2、電路保護(hù)

　　各種電子電路和電氣設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)常會(huì)受到操作過電壓影響。所謂操作過電壓即在電路工作狀態(tài)突然變化時(shí)，電磁能量急劇轉(zhuǎn)化和電能量快速傳遞時(shí)產(chǎn)生的抑制過電壓。為防止這種過電壓，可用高能ZnO壓敏電阻保護(hù)各種大型電源設(shè)備、大型電磁鐵及大型電機(jī)等；而對汽車回路、通信線路及許多民用電器線路則可用低壓ZnO壓敏電阻或其他種類的低壓壓敏電阻予以保護(hù)。

　　下圖是用壓敏電阻防止操作過電壓保護(hù)電路的幾個(gè)例子。圖（a）為三相整流電路的保護(hù)方式；圖（b）是單相橋式整流電路的保護(hù)；圖（c）是用壓敏電阻與真空開關(guān)配合，通過抑制操作過壓對高壓電機(jī)予以保護(hù)；而圖（d）和圖（e）分別是微型電機(jī)和直流電機(jī)的壓敏電阻保護(hù)電路。

　　壓敏電阻用于電路保護(hù)

　?。╝）三相整流；（b）單相整流；（c）與真空開關(guān)配合；（d）三相電機(jī)；（e）直流電機(jī)

　　3、開關(guān)保護(hù)

　　帶感性負(fù)載的電路突然斷開時(shí)，其過電壓可超過電源電壓的若干倍。過電壓會(huì)造成接點(diǎn)間的電弧和火花放電，從而損壞接觸器、繼電器、電磁離合器等觸頭，縮短設(shè)備使用壽命。壓敏電阻在高電壓時(shí)具有分流作用，因此可用于在觸點(diǎn)斷開的瞬間防止火花放電，從而保護(hù)觸點(diǎn)。壓敏電阻保護(hù)開關(guān)或觸頭的聯(lián)接方法如下圖所示。壓敏電阻與電感并聯(lián)時(shí)，開關(guān)上的過電壓等干電源電壓與壓敏電阻殘壓之和，壓敏電阻吸收的能量為電感儲(chǔ)存的能量。而壓敏電阻與開關(guān)并聯(lián)時(shí)，開關(guān)上的過電壓等于壓敏電阻的殘壓，壓敏電阻所吸收的能量要略大于電感儲(chǔ)存的能量。

　　壓敏電阻用于開關(guān)保護(hù)

　?。╝）與電感并聯(lián)；（b）與開關(guān)并聯(lián)

　　4、器件保護(hù)

　　為防止半導(dǎo)體器件工作時(shí)由于某種原因產(chǎn)生過電壓而被燒毀，常使用壓敏電阻加以保護(hù)。下圖即為壓敏電阻保護(hù)晶體管的應(yīng)用電路。在晶體管集電極與發(fā)射極之間，或在變壓器的初級(jí)并聯(lián)壓敏電阻，能有效地抑制過電壓對晶體管的損傷。在正常電壓下，壓敏電阻呈高阻狀態(tài)，只有極小的泄漏電流。而當(dāng)承受過電壓時(shí)，壓敏電阻迅速變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，過壓能量以放電電流的形式被壓敏電阻吸收。浪涌電壓過后，當(dāng)電路或元件承受正常電壓時(shí)，壓敏電阻又恢復(fù)高阻狀態(tài)。

　　晶體管的過壓保護(hù)電路

　?。╝）與三極管并聯(lián)；（b）與電感并聯(lián)