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干货 | 压敏电阻的原理、选型及参数详解

2020/08/04
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压敏电阻并不是一般的电阻,而是一种具有瞬态电压抑制功能的元件,效果同 TVS。

这篇文章介绍压敏电阻的一些基本知识,包括参数、选型、应用等。

基础知识  

压敏电阻用 MY 表示,MY 后缀:J (家用)、W(稳压)、G(过压)、P (高频)、L(防雷)、H(灭弧)、Z(消噪)等,这是一般通用命名方式,不同厂家的命名不太一样。

压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的特殊电阻器件,英文名称叫 Voltage Dependent Resistor,简写为 VDR ,或者叫做 Varistor。

压敏电阻不是真正的电阻,而是一种具有瞬态电压抑制功能的元件,一般无正负极之分,这一点不同于 TVS,使用时同样是并接与被保护 IC 或电路,压敏电阻的响应时间会比 TVS 慢一点。

当加到压敏电阻上的电压超过一定值时,它的阻值会迅速下降,以导通大电流,保护后端电路;当低于其工作电压时,压敏电阻阻值极高,相当于开路,不影响后端电路的工作状态。

压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌能量, 但不能承受毫安级以上的持续电流,在用作过压保护时必须考虑到这一点。

压敏电阻与被保护设备连接

再看一下压敏电阻的参数。

参数解读   

如下是某一压敏电阻的电气参数。

某一压敏电阻电气参数

▉ 压敏电压

击穿电压阈值电压,特定电流下测得的压敏电阻两端的电压,一般是 1mA 直流电流通入压敏电阻时测试得到的。

一般符号是 Vb@1mA(DC)或者 V1mA。

▉ 最大工作电压

分为交流和直流两种情况。对交流来说,一般用 AC RMS 表示,指的是加在压敏电阻上的交流有效值不能超过这个值,上面 SPEC 的 Vwac 指加在压敏电阻上的交流电压有效值不能超过 4V。对直流来说,被保护信号或者电路的最高电压不能超过这个值。

SPEC 中的 Vdc 是 5.5V,即对于即对于 5.5V 以上的直流电路来说,这个压敏电阻是不合适的。

▉ 最大钳位电压

指施加规定的脉冲能量波形如(8/20µs)时压敏电阻两端电压,从 SPEC 看,对压敏电阻施加 8/20µs 脉冲波形时,最大钳位电压是 18V。8/20us 脉冲指的是 8us 达到 100%Ipp,20us 达到 50%Ipp。

8/20µs 脉冲能量波形

▉ 能量耐量

指施加规定的脉冲能量波形(如 10/1000µs 波形)时压敏电阻吸收的最大能量,符号用 E 表示,单位是 J(焦耳 Joule),压敏电阻的片径越大,它的能量耐量越大,耐冲击电流也越大。

能量耐量的计算公式是:W=KIVT,I 是流过压敏电阻的峰值电流,K 是电流 I 的波形系数,不同的脉冲波形系数 K 不一样(2ms 的方波 K=1,8/20μs 的波形 K=1.4,10/1000μs 的波形 K=1.4),T 是电流的持续时间,V 是电流为 I 时压敏电阻两端的电压。

10/1000µs 脉冲能量波形

▉ 浪涌电流

指的是施加规定的脉冲能量波形(如 8/20µs)时,压敏电阻的电气特性不会下降的最大电流,从 SPEC 上可以看到此压敏电阻,在 8/20µs 脉冲波形下,最大浪涌电流到 3A。

有这么定义的:1 次,以 8/20μs 标准波形的电流作一次冲击的最大电流值,此时压敏电压变化率仍在±10%以内;2 次,以 8/20μs 标准波形的电流作两次冲击的最大电流值,两次冲击时间间隔为 5 分钟,此时压敏电压变化率仍在±10%以内。

在一些资料上,会有通流容量这个概念,也可以把最大浪涌电流看作通流容量,通流容量比较难计算,多个压敏电阻并联,其压敏电压不变,通流量等于几者之和,要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同,否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻对选型来说,一般参照 SPEC 即可。

▉ 静电电容

指的是压敏电阻器本身固有的电容容量,一般测试条件是振荡器频率为 1KHz 或 1MHz,振荡器电压 1Vrms。

▉ 漏电流

现在一般 SPEC 不给出压敏电阻的漏电流参数,漏电流又称为等待电流,指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下,流过压敏电阻器的电流。

选型要点   

压敏电阻的选型,我总结了如下几点。

一、在交流回路中,V1mA(min)≥(2.2~2.5)*Vac,Vac 是被保护交流电路工作电压有效值。

二、在直流回路中,V1mA(min)≥(1.6~2)*Vdc,Vdc 是直流电路最大工作电压。

三、 如果被保护电路工作电压或耐压较低,而浪涌能量又比较大,则可选择压敏电压较低、片径较大的压敏电阻器。

四、如果工作电压或耐压较高,可选择压敏电压较高的压敏电阻器,既保护了电路,又能延长压敏电阻寿命。

五、压敏电阻的电容量一般是几十到几百 pF,不能用在高频信号中,一般用在低频信号,直流电源和交流电源

再来看看压敏电阻的分类。

按结构分:可以分为结型压敏电阻器、体型压敏电阻器、单颗粒层压敏电阻器和薄膜压敏电阻器。

按使用材料分:可分为氧化锌压敏电阻器、碳化硅压敏电阻器、金属氧化物压敏电阻器、锗(硅)压敏电阻器、钛酸钡压敏电阻器。

按伏安特性分:可分为对称型压敏电阻器(无极性)和非对称型压敏电阻器(有极性),我们一般使用的压敏电阻都是没有极性的。

好了,今天的文章内容到这里就结束了,希望对你有帮助,我们下一期见,

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公众号记得诚主笔,CSDN博客专家,硬件-基带工程师,从事2G/3G/4G无线通信、GNSS定位、车载电子、物联网等产品的硬件开发工作,用文字和读者交流,总结,分享,提高,共同进步。