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壓敏電阻器的應用原理介紹

來(lái)源:北京康高特儀器設備有限公司 發(fā)布時(shí)間:2016-09-22 17:03:27 作者: 瀏覽次數:1448次 分類(lèi):技術(shù)文章

壓敏電阻標稱(chēng)參數
       壓敏電阻用字母“MY”表示,如加J為家用,后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用于穩壓、過(guò)壓保護、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補償、消磁、高能或高可靠等方面。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量,但不能承受毫安級以上的持續電流,在用作過(guò)壓保護時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。壓敏電阻的選用,一般選擇標稱(chēng)壓敏電壓V1mA和通流容量?jì)蓚€(gè)參數。

       壓敏電阻的測量:壓敏電阻一般并聯(lián)在電路中使用,當電阻兩端的電壓發(fā)生急劇變化時(shí),電阻短路將電流保險絲熔斷,起到保護作用。壓敏電阻在電路中,常用于電源過(guò)壓保護和穩壓。測量時(shí)將萬(wàn)用表置10k檔,表筆接于電阻兩端,萬(wàn)用表上應顯示出壓敏電阻上標示的阻值,如果超出這個(gè)數值很大,則說(shuō)明壓敏電阻已損


       1、所謂壓敏電壓,即擊穿電壓或閾值電壓。指在規定電流下的電壓值,大多數情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時(shí)測得的電壓值,其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等??筛鶕唧w需要正確選用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的,它關(guān)系到保護效果與使用壽命。如一臺用電器的額定電源電壓為220V,則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.5××220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V,因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470-480V之間。


       2、所謂通流容量,即*大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為2.5℃情況下,對于規定的沖擊電流波形和規定的沖擊電流次數而言,壓敏電壓的變化不超過(guò)±10%時(shí)的*大脈沖電流值。為了延長(cháng)器件的使用壽命,ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應小于手冊中給出的產(chǎn)品*大通流量。然而從保護效果出發(fā),要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下,實(shí)際發(fā)生的通流量是很難*計算的,則選用2-20KA的產(chǎn)品。如手頭產(chǎn)品的通流量不能滿(mǎn)足使用要求時(shí),可將幾只單個(gè)的壓敏電阻并聯(lián)使用,并聯(lián)后的壓敏電不變,其通流量為各單只壓敏電阻數值之和。要求并聯(lián)的壓敏電阻伏安特性盡量相同,否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻。


壓敏電阻器的應用原理

       壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件,可以用來(lái)代替瞬態(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對IC及其它設備的電路進(jìn)行保護,防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流(如雷擊等)而造成對它們的損壞。使用時(shí)只需將壓敏電阻器并接于被保護的IC或設備電路上,當電壓瞬間高于某一數值時(shí),壓敏電阻器阻值迅速下降,導通大電流,從而保護IC或電器設備;當電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時(shí),壓敏電阻器阻值極高,近乎開(kāi)路,因而不會(huì )影響器件或電器設備的正常工作。


壓敏電阻的選用

       選用壓敏電阻器前,應先了解以下相關(guān)技術(shù)參數:標稱(chēng)電壓是指在規定的溫度和直流電流下,壓敏電阻器兩端的電壓值。漏電流是指在25℃條件下,當施加*大連續直流電壓時(shí),壓敏電阻器中流過(guò)的電流值。等級電壓是指壓敏電阻中通過(guò)8/20等級電流脈沖時(shí)在其兩端呈現的電壓峰值。通流量是表示施加規定的脈沖電流(8/20μs)波形時(shí)的峰值電流。浪涌環(huán)境參數包括*大浪涌電流IpM(或*大浪涌電壓VpM和浪涌源阻抗Zo)、浪涌脈沖寬度Tt、相鄰兩次浪涌的*小時(shí)間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預定工作壽命期內,浪涌脈沖的總次數N等。


       3.1標稱(chēng)電壓選取

       一般地說(shuō),壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置并聯(lián)使用,在正常情況下,壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應低于標稱(chēng)電壓,即使在電源波動(dòng)情況*壞時(shí),也不應高于額定值中選擇的*大連續工作電壓,該*大連續工作電壓值所對應的標稱(chēng)電壓值即為選用值。對于過(guò)壓保護方面的應用,壓敏電壓值應大于實(shí)際電路的電壓值,一般應使用下式進(jìn)行選擇:

VmA=av/bc


       式中:a為電路電壓波動(dòng)系數,一般取1.2; v為電路直流工作電壓(交流時(shí)為有效值);b為壓敏電壓誤差,一般取0.85; c為元件的老化系數,一般取0.9;


       這樣計算得到的VmA實(shí)際數值是直流工作電壓的1.5倍,在交流狀態(tài)下還要考慮峰值,因此計算結果應擴大1.414倍。另外,選用時(shí)還必須注意:


       (1)必須保證在電壓波動(dòng)*大時(shí),連續工作電壓也不會(huì )超過(guò)*大允許值,否則將縮短壓敏電阻的使用壽命;


       (2)在電源線(xiàn)與大地間使用壓敏電阻時(shí),有時(shí)由于接地不良而使線(xiàn)與地之間電壓上升,所以通常采用比線(xiàn)與線(xiàn)間使用場(chǎng)合更高標稱(chēng)電壓的壓敏電阻器。

       壓敏電阻所吸收的浪涌電流應小于產(chǎn)品的*大通流量。


應用

       電路浪涌和瞬變防護時(shí)的電路。對于壓敏電阻的應用連接,大致可分為四種類(lèi)型:

       
       *種類(lèi)型是電源線(xiàn)之間或電源線(xiàn)和大地之間的連接,作為壓敏電阻器,*具有代表性的使用場(chǎng)合是在電源線(xiàn)及長(cháng)距離傳輸的信號線(xiàn)遇到雷擊而使導線(xiàn)存在浪涌脈沖等情況下對電子產(chǎn)品起保護作用。一般在線(xiàn)間接入壓敏電阻器可對線(xiàn)間的感應脈沖有效,而在線(xiàn)與地間接入壓敏電阻則對傳輸線(xiàn)和大地間的感應脈沖有效。若進(jìn)一步將線(xiàn)間連接與線(xiàn)地連接兩種形式組合起來(lái),則可對浪涌脈沖有更好的吸收作用。


       第二種類(lèi)型為負荷中的連接,它主要用于對感性負載突然開(kāi)閉引起的感應脈沖進(jìn)行吸收,以防止元件受到破壞。一般來(lái)說(shuō),只要并聯(lián)在感性負載上*可以了,但根據電流種類(lèi)和能量大小的不同,可以考慮與R-C串聯(lián)吸收電路合用。


       第三種類(lèi)型是接點(diǎn)間的連接,這種連接主要是為了防止感應電荷開(kāi)關(guān)接點(diǎn)被電弧燒壞的情況發(fā)生,一般與接點(diǎn)并聯(lián)接入壓敏電阻器即可。


       第四種類(lèi)型主要用于半導體器件的保護連接,這種連接方式主要用于可控硅、大功率三極管等半導體器件,一般采用與保護器件并聯(lián)的方式,以限制電壓低于被保護器件的耐壓等級,這對半導體器件是一種有效的保護。


氧化鋅壓敏電阻存在的問(wèn)題

       現有壓敏電阻在配方和性能上分為相互不能替代的兩大類(lèi):


       4.1高壓型壓敏電阻

       高壓型壓敏電阻,其優(yōu)點(diǎn)是電壓梯度高(100~250V/mm)、大電流特性好(V10kA/V1mA≤1.4)但僅對窄脈寬(2≤ms)的過(guò)壓和浪涌有理想的防護能力,能量密度較小,(50~300)J/cm3。


       4.2高能型壓敏電阻

       高能型壓敏電阻,其優(yōu)點(diǎn)是能量密度較大(300J/cm3~750J/cm3),承受長(cháng)脈寬浪涌能力強,但電壓梯度較低(20V/mm~500V/mm),大電流特性差(V10kA/V1mA>2.0)。


       這兩種配方的性能差別造成了許多應用上的“死區”,在10kV電壓等級的輸配電系統中廣泛采用了真空開(kāi)關(guān),由于它動(dòng)作速度快、拉弧小,會(huì )在操作瞬間造成極高過(guò)壓和浪涌能量,如果選用高壓型壓敏電阻加以保護(如避雷器),雖然它電壓梯度高、成本較低,但能量容量小,容易損壞;如果選用高能型壓敏電阻,雖然它能量容量大,壽命較長(cháng),但電壓梯度低,成本太高,是前者的5~13倍。


       中小功率變頻電源中,過(guò)壓保護的對象是功率半導體器件,它對壓敏電阻的大電流特性和能量容量的要求都很?chē)栏?,而且要同時(shí)做到元件的小型化。高能型壓敏電阻在能量容量上可以滿(mǎn)足要求,但大電流性能不夠理想,小直徑元件的殘壓比較高,往往達不到限壓要求;高壓型壓敏電阻的大電流特性較好,易于小型化,但能量容量不夠,達不到吸能要求。中小功率變頻電源在這一領(lǐng)域壓敏電阻的應用幾乎還是空白。


壓敏電阻參數

       1.標稱(chēng)電壓(V):指通過(guò)1mA直流電流時(shí)壓敏電阻器兩端的電壓值。


       2.電壓比:指壓敏電阻器的電流為1mA時(shí)產(chǎn)生的電壓值與壓敏電阻器的電流為0.1mA時(shí)產(chǎn)生的電壓值之比。


       3.*大限制電壓(V):指壓敏電阻器兩端所能承受的*高電壓值。


       4.殘壓比:通過(guò)壓敏電阻器的電流為某一值時(shí),在它兩端所產(chǎn)生的電壓稱(chēng)為這一電流值的殘壓。殘壓比則是殘壓與標稱(chēng)電壓之比。


       5.通流容量(kA):通流容量也稱(chēng)通流量,是指在規定的條件(規定的時(shí)間間隔和次數,施加標準的沖擊電流)下,允許通過(guò)壓敏電阻器上的*大脈沖(峰值)電流值。


       6.漏電流(mA):漏電流也稱(chēng)等待電流,是指壓敏電阻器在規定的溫度和*大直流電壓下,流過(guò)壓敏電阻器電流。


       7.電壓溫度系數:指在規定的溫度范圍(溫度為20℃~70℃)內,壓敏電阻器標稱(chēng)電壓的變化率,即在通過(guò)壓敏電阻器的電流保持恒定時(shí),溫度改變1℃時(shí),壓敏電阻器兩端電壓的相對變化。


       8.電流溫度系數:指在壓敏電阻器的兩端電壓保持恒定時(shí),溫度改變1℃時(shí),流過(guò)壓敏電阻器電流的相對變化。


       9.電壓非線(xiàn)性系數:指壓敏電阻器在給定的外加電壓作用下,其靜態(tài)電阻值與動(dòng)態(tài)電阻值之比。


       10.絕緣電阻:指壓敏電阻器的引出線(xiàn)(引腳)與電阻體絕緣表面之間的電阻值。


       11.靜態(tài)電容量(PF):指壓敏電阻器本身固有的電容容量。

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