壓敏電阻應(yīng)用工作原理
發(fā)布者:正涵電氣 發(fā)布時(shí)間:2024-03-23 14:14:08 點(diǎn)擊次數(shù):
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現(xiàn)在有很多控制器件的電源進(jìn)線上都配有壓敏電阻,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(duì)固定的電壓值,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(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。
壓敏電阻的壓敏電壓(min(U1mA))、通流容量是電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)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(shí),有適當(dāng)?shù)陌踩6?。在信?hào)回路中時(shí),應(yīng)當(dāng)有:min(U1mA)≥(1.2~1.5)Umax,式中Umax為信號(hào)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(jì)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(jì)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(hào)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(shí),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(huì)下降。因此由壓敏電阻構(gòu)成的防雷器長(zhǎng)時(shí)間使用后存在維護(hù)及更換的問題。
在消費(fèi)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?yàn)槿绱?,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(duì)于防護(hù)設(shè)計(jì)中兼顧EMI設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)精確的鉗位;MLV在多次大電流沖擊后,性能會(huì)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(hù),上述兩個(gè)缺點(diǎn)對(duì)防護(hù)效果的影響是很小的。這也是為什么MLV能在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域大行。
氧化鋅壓敏電阻與被保護(hù)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(shí),壓敏電阻器和被保護(hù)的設(shè)備及元器件同時(shí)承受VS,由于壓敏電阻器響應(yīng)速度很快,它以納秒級(jí)時(shí)間迅速呈現(xiàn)優(yōu)良非線形導(dǎo)電特性,此時(shí)壓敏電阻器兩端電壓迅速下降,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于VS,這樣被保護(hù)的設(shè)備及元器件上實(shí)際承受的電壓就遠(yuǎn)低于過電壓VS,從而使設(shè)備及元器件免遭過電壓的沖擊.