壓敏電阻專業知識課程


壓敏電阻專業知識課程

2021-01-14 一休老師家電網

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「壓敏電阻”是一種具有非線性伏安特性的電阻器件,主要用於在電路承受過壓時進行電壓鉗位,吸收多餘的電流以保護敏感器件。英文名稱叫「Voltage Dependent Resistor」簡寫爲「VDR」, 或者叫做「Varistor”。壓敏電阻器的電阻體材料是半導體,所以它是半導體電阻器的一個品種。現在大量使用的”氧化鋅”(ZnO)壓敏電阻器,它的主體材料有二價元素鋅(Zn)和六價元素氧(O)所構成。所以從材料的角度來看,氧化鋅壓敏電阻器是一種「Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體」。 在中國台灣,壓敏電阻器稱爲”突波吸收器”,有時也稱爲「電衝擊(浪湧)抑制器(吸收器)」。

壓敏電阻是一種限壓型保護器件。利用壓敏電阻的非線性特性,當過電壓出現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,從而實現對後級電路的保護。壓敏電阻的主要參數有:壓敏電壓、通流容量、結電容、響應時間等。

壓敏電阻的響應時間爲ns級,比氣體放電管快,比TVS管稍慢一些,一般情況下用於電子電路的過電壓保護其響應速度可以滿足要求。壓敏電阻的結電容一般在幾百到幾千Pf的數量級範圍,很多情況下不宜直接應用在高頻信號線路的保護中,應用在交流電路的保護中時,因爲其結電容較大會增加漏電流,在設計防護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半導體元件。

壓敏電阻的工作原理

l 當加在壓敏電阻上的電壓低於它的閾值時,流過它的電流極小,它相當於一個阻值無窮大的電阻。也就是說,當加在它上面的電壓低於其閾值時,它相當於一個斷開狀態的開關。

l 當加在壓敏電阻上的電壓超過它的閾值時,流過它的電流激增,它相當於阻值無窮小的電阻。也就是說,當加在它上面的電壓高於其閾值時,它相當於一個閉合狀態的開關。

壓敏電阻的選用及注意事項

選用壓敏電阻器前,應先了解以下相關技術參數:標稱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,當施加最大連續直流電壓時,壓敏電阻器中流過的電流值。等級電壓是指壓敏電阻中通過8/20等級電流脈衝時在其兩端呈現的電壓峯值。通流量是表示施加規定的脈衝電流(8/20μs)波形時的峯值電流。浪湧環境參數包括最大浪湧電流Ipm(或最大浪湧電壓Vpm和浪湧源阻抗Zo)、浪湧脈衝寬度Tt、相鄰兩次浪湧的最小時間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預定工作壽命期內,浪湧脈衝的總次數N等。

一般地說,壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置並聯使用,在正常情況下,壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應低於標稱電壓,即使在電源波動情況最壞時,也不應高於額定值中選擇的最大連續工作電壓,該最大連續工作電壓值所對應的標稱電壓值即爲選用值。對於過壓保護方面的應用,壓敏電壓值應大於實際電路的電壓值,一般應使用下式進行選擇:VmA=av/bc式中:

a爲電路電壓波動係數;v爲電路直流工作電壓(交流時爲有效值);b爲壓敏電壓誤差;c爲元件的老化係數,;這樣計算得到的VmA實際數值是直流工作電壓的1.5倍,在交流狀態下還要考慮峯值,因此計算結果應擴大1.414倍。

另外,選用時還必須注意:

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

(2)在電源線與大地間使用壓敏電阻時,有時由於接地不良而使線與地之間電壓上升,所以通常採用比線與線間使用場合更高標稱電壓的壓敏電阻器。

壓敏電阻所吸收的浪湧電流應小於產品的最大通流量。

優點

各種直徑尺寸:SMD、5mm、7mm、10mm、14mm、20mm、25mm、32mm、34mm、40mm、53mm

廣泛的可變電阻電壓範圍:18V-1800V

多種浪湧承受能力:標準、高浪湧、超高浪湧

大電流處理和能量吸收能力

單體通流量可達到70KA甚至更高

快反應時間

低洩露電流

多種引線形式:直、彎和其他特殊引線類型

多種包裝形式:散裝、卷裝包裝、卷包裝

應用範圍

電源系統

浪湧抑制器

安防系統

電動機保護

汽車電子系統

家用電器

電阻的作用

壓敏電阻有什麼用?壓敏電阻的最大特點是當加在它上面的電壓低於它的閥值”UN”時,流過它的電流極小,相當於一隻關死的閥門,當電壓超過UN時,它的阻值變小,這樣就使得流過它的電流激增而對其他電路的影響變化不大從而減小過電壓對後續敏感電路的影響。利用這一功能,可以抑制電路中經常出現的異常過電壓,保護電路免受過電壓的損害。

例如:我們家用的彩電的電源電路中就使用了氧化鋅壓敏電阻,這裡使用的壓敏電阻壓敏電壓爲470V,當瞬態的浪湧電壓最大值(非有效值)超過470V時,壓敏電阻就是體現他的鉗位特性,把過高的電壓拉低,讓後級電路工作在一個安全的範圍內。

應用類型

不同的使用場合,應用壓敏電阻的目的,作用在壓敏電阻上的電壓/電流應並不相同,

因而對壓敏電阻的要求也不相同,注意區分這種差異,對於正確使用是十分重要的。

根據使用目的的不同,可將壓敏電阻區分爲兩大類:①保護用壓敏電阻,②電路功能用壓敏電阻。

保護電阻

(1) 區分是電源保護用壓敏電阻器,還是信號線、數據線保護用壓敏電阻器,它們要滿足不同的技術標準的要求。

(2) 根據施加在壓敏電阻上的連續工作電壓的不同,可將跨電源線用壓敏電阻器區分爲交流用或直流用兩種類型,壓敏電阻在這兩種電壓應力下的老化特性表現不同。

(3) 根據壓敏電阻承受的異常過電壓特性的不同,可將壓敏電阻區分爲浪湧抑制型、高功率型和高能型這三種類型。

★浪湧抑制型:是指用於抑制雷電過電壓和操作過電壓等瞬態

過電壓的壓敏電阻器,這種瞬態過電壓的出現是隨機的,非周期的,電流電壓的峯值可能很大。絕大多數壓敏電阻器都屬於這一類。

★高功率型:是指用於吸收周期出現的連續脈衝羣的壓敏電阻器,例如並接在開關電源變換器上的壓敏電阻,這裡衝擊電壓周期出現,且周期可知,能量值一般可以計算出來,電壓的峯值並不大,但因出現頻率高,其平均功率相當大。

★高能型:指用於吸收發電機勵磁線圈,起重電磁鐵線圈等大型電感線圈中的磁能的壓敏電壓器,對這類應用,主要技術指標是能量吸收能力。

壓敏電阻器的保護功能,絕大多數應用場合下,是可以多次反覆作用的,但有時也將它做成電流保險絲那樣的”一次性”保護器件。例如並接在某些電流互感器負載上的帶短路接點壓敏電阻。

作用

壓敏電阻主要應用於瞬態過電壓保護,但是它的類似於半導體穩壓管的伏安特性,還使它具有多種電路元件功能,例如可用作:

(1)直流高壓小電流穩壓元件,其穩定電壓可高達數千伏以上,這是矽穩壓管無法達到的。

(2)電壓波動檢測元件。

(3)直流電平移位元件。

(4)均壓元件。

(5)螢光啓動元件

基本性能

(1)保護特性,當衝擊源的衝擊強(或衝擊電流Isp=Usp/Zs)不超過規定值時,壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護對象所能承受的衝擊耐電壓(Urp)。

壓敏電阻產品

(2)耐衝擊特性,即壓敏電阻本身應能承受規定的衝擊電流,衝擊能量,以及多次衝擊相繼出現時的平均功率。

(3)壽命特性有兩項,一是連續工作電壓壽命,即壓敏電阻在規定環境溫度和系統電壓條件應能可靠地工作規定的時間(小時數)。二是衝擊壽命,即能可靠地承受規定的衝擊的次數。

(4)壓敏電阻介入系統後,除了起到”安全閥”的保護作用外,還會帶入一些附加影響,這就是所謂”二次效應”,它不應降低系統的正常工作性能。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。

基本參數

1. 標稱壓敏電壓(V):指通過規定持續時間的脈衝電流(一般爲1mA 持續時間一般小於400mS)時壓敏電阻器兩端的電壓值。

2.電壓比:指壓敏電阻器的電流爲1mA時產生的電壓值與壓敏電阻器的電流爲0.1mA時產生的電壓值之比。

3. 最大限制電壓(V):在壓敏能承受的最大脈衝峯值電流Ip及規定波形下壓敏電阻兩端電壓峯值。

4. 殘壓比:通過壓敏電阻器的電流爲某一值時,在它兩端所產生的電壓稱爲這一電流值的殘壓。殘壓比則是殘壓與標稱電壓之比。

5. 通流容量(kA):通流容量也稱通流量,是指在規定的條件(規定的時間間隔和次數,施加標準的衝擊電流)下,允許通過壓敏電阻器上的最大脈衝(峯值)電流值。

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

7. 電壓溫度係數:指在規定的溫度範圍(溫度爲20℃~70℃)內,壓敏電阻器標稱電壓的變化率,即在通過壓敏電阻器的電流保持恆定時,溫度改變1℃時,壓敏電阻器兩端電壓的相對變化。

8. 電流溫度係數:指在壓敏電阻器的兩端電壓保持恆定時,溫度改變1℃時,流過壓敏電阻器電流的相對變化。

9. 電壓非線性係數:指壓敏電阻器在給定的外加電壓作用下,其靜態電阻值與動態電阻值之比。

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

11. 靜態電容量(PF):指壓敏電阻器本身固有的電容容量。

12 .額定功率:在特定的環境溫度85℃下工作1000小時,使壓敏電壓變化小於10%的最大功率。

13 .最大衝擊電流(8/20us):以特定的脈衝電流(8/20us波形)衝擊壓敏電阻器一次或兩次(每次間隔5分鐘), 使的壓敏電壓變化仍在10%以內的最大衝擊電流。

對照表

公司

常規浪湧保護

高浪湧保護

靜電保護

航空電子

MLV不適用

MLV HA

MLV ES

AVX

VCxxx

VCxx

VCxxLC

愛普科斯

CT / CN

CT / CN

CT / CN

Littelfuse

ML

ML

MLE,MHS

松下

易捷

不適用

易捷

TDK

四月

不適用

AVRL

型號及參數

詳細信息:

型號

最大連續工作電壓

壓敏電壓

最大限制

電壓

通流容量(8/20u s)

最大能量

(J)

額定功率

電容量

交流電(V)

直流(V)

V0.1毫安

副總裁(V)

lp(A)

小學(A)

中學(A)

10 /

1000us

2毫秒

(W)

1KH Z(pF)

MYG-32D391K

250

320

390(351-429)

650

200

25000

20000

330

3200

MYG-32D431K

275

350

430(387-473)

710

200

25000

20000

360

3100

MYG-32D471K

300

385

470(423-517)

775

200

25000

20000

380

2800

MYG-32D511K

320

415

510(459-561)

845

200

25000

20000

430

2700

MYG-32D621K

385

505

620(558-682)

1025

200

25000

20000

470

2400

MYG-32D681K

420

560

680(612-748)

1120

200

25000

20000

495

2200

MYG-32D751K

460

615

750(657-825)

1240

200

25000

20000

520

2000

MYG-32D781K

485

640

780(702-858)

1290

200

25000

20000

550

1900年

MYG-32D821K

510

670

820(738-902)

1355

200

25000

20000

580

1800

MYG-32D911K

550

745

910(819-1001)

1500

200

25000

20000

620

1300

MYG-32D951K

575

765

950(855-1045)

1570

200

25000

20000

650

1200

MYG-32D102K

625

825

1000(900-1100)

1650

200

25000

20000

685

1100

MYG-32D112K

680

895

1100(990-1210)

1815年

200

25000

20000

750

1000

MYG-40D210K

130

170

200(185-225)

395

250

40000

25000

310

8400

MYG-40D241K

150

200

240(216-264)

455

250

40000

25000

360

8000

MYG-40D271K

175

225

270(243-297)

550

250

40000

25000

390

7600

MYG-40D331K

210

275

330(297-363)

595

250

40000

25000

460

6700

MYG-40D361K

230

300

360(324-396)

650

250

40000

25000

475

6200

MYG-40D391K

250

320

390(351-429)

710

250

40000

25000

490

5100

MYG-40D431K

275

350

430(387-473)

775

250

40000

25000

550

4900

MYG-40D471K

300

385

470(423-517)

845

250

40000

25000

600

4300

MYG-40D511K

320

415

510(459-561)

1025

250

40000

25000

640

4200

MYG-40D621K

385

505

620(558-682)

1120

250

40000

25000

720

3800

MYG-40D681K

420

560

680(612-748)

1240

250

40000

25000

750

3500

MYG-40D751K

460

615

750(675-825)

1290

250

40000

25000

780

3200

MYG-40D781K

485

640

780(702-858)

1355

250

40000

25000

820

3000

MYG-40D821K

510

670

820(738-902)

1500

250

40000

25000

900

2900

動作原理

突波吸收器之保護原理: 壓敏電阻在預備狀態時,相對於受保護之電子組件而言, 具有很高的阻抗(數兆歐姆)而且不會影響原設計電路之特性。 但當瞬間突波電壓出現(超過突波吸收器之崩潰電壓時), 該突波吸收器之阻抗會變低(僅有幾個歐姆)並造成線路短路,也因此電子產品或較昂貴之組件受到保護。

金屬氧化

最常見的壓敏電阻是金屬氧化物壓敏電阻(MOV, Metal Oxide Varistor),它包含由氧化鋅顆粒與少量其他金屬氧化物或聚合物間隔構成的陶瓷塊,夾於兩金屬片間。顆粒與鄰近氧化物交界處會形成二極體效應,由於有大量雜亂顆粒,使得它等同於一大堆背向相連的二極體,低電壓時只有很小的逆向漏電電流,當遇到高電壓時,二極體因熱電子與隧道效應而發生逆向崩潰,流通大電流。因此,壓敏電阻的電流-電壓特性曲線具有高度的非線性: 低電壓時電阻高、高電壓時電阻低。

由於主要成份或品牌的不同,金屬氧化物壓敏電阻有時還可以看到這些名稱: ZNR (Zinc-Oxide Non-linear Resistor, 氧化鋅非線性電阻)、ZOV (Zinc-oxide Varistor)、CNR (Composite Nonlinear Resistor[2]),TNR (Titanium-oxide based Non-linear Resistor, 氧化鈦非線性電阻, 不過也可能是 Toshiba Non-linear Resistor, 東芝公司的非線性電阻等。

成份種類

氧化鋅,Zinc Oxide,ZnO

碳化矽,Silicon Carbide,SiC

氧化鈦,Titanium Oxide,TiO2

氧化鋅壓敏電阻器應用原理

壓敏電阻器與被保護的電器設備或元器件並聯使用。當電路中出現雷電過電壓或瞬態操作過電壓Vs時,壓敏電阻器和被保護的設備及元器件同時承受Vs,由於壓敏電阻器響應速度很快,它以納秒級時間迅速呈現優良非線性導電特性,此時壓敏電阻器兩端電壓迅速下降,遠遠小於Vs,這樣被保護的設備及元器件上實際承受的電壓就遠低於過電壓Vs,從而使設備及元器件免遭過電壓的衝擊。

應用

1.壓敏電壓:指在規定的溫度和直流(一般爲1mA或0.1mA)下,壓敏電阻器兩端的電壓值。記爲V1mA或V0.1mAo

2.最大連續電壓:指在規定環境溫度下,能長期持續加在壓敏電阻器兩端的最大正弦交流電壓有效值或最大直流電壓值

3.限制電壓:指在壓敏電阻器中通過規定大小的衝擊電流(8,20μs)時,其兩端的最大電壓峯值。

4.額定功率:指在規定的環境溫度下,可施加給壓敏電阻器的最大平均衝擊功率。

5.最大能量:在壓敏電壓變化不超過±10%,衝擊電流波形爲10,1000μs或2ms的條件下,可施加給壓敏電阻的最大一次衝擊能量。

6.通流容量(最大衝擊電流)

型號

常用的壓敏電阻型號:5D、7D、10D、14D、20D、32D等型號,壓敏電阻還有防暴的功能。

變頻空調不會修看下圖