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相對固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對后級電路的保護(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)時間等。

　　壓敏電阻的響應(yīng)時間為ns級，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)量級范圍，很多情況下不宜直接應(yīng)用在高頻信號線路的保護(hù)中，應(yīng)用在交流電路的保護(hù)中時，因?yàn)槠浣Y(jié)電容較大會增加漏電流，在設(shè)計防護(hù)電路時需要充分考慮。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，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）。

　　（2）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)時的平均功率。

　　（3）壽命特性有兩項，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)定的時間（小時數(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。這時要考慮的因素主要有三項，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．按其伏安個性分類壓敏電阻器按其伏安個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，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)工作電壓的波動幅度，選取壓敏電阻的壓敏電壓值時，要留有足夠的余量。國內(nèi)電網(wǎng)一般的波動幅度為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，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)于一個開關(guān)，只有當(dāng)電壓高于闕值時，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，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檢測元件;可用作直流電平移位元件;可用作熒光啟動元件;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

　　（a）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，時常會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，電磁能量急劇轉(zhuǎn)化和電能量快速傳遞時產(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)

　　（a）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，其過電壓可超過電源電壓的若干倍。過電壓會造成接點(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，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存的能量。而壓敏電阻與開關(guān)并聯(lián)時，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存的能量。

　　壓敏電阻用于開關(guān)保護(hù)

　　（a）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，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，壓敏電阻又恢復(fù)高阻狀態(tài)。

　　晶體管的過壓保護(hù)電路

　　（a）與三極管并聯(lián)；（b）與電感并聯(lián)