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                  百科

                  壓敏電阻
                  來源:深圳市賽億科技開發有限公司作者:日期:2017-12-15 11:25:06點擊:2252次
                  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(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”。
                   
                  中文名 作用 包裝形式 引線形式
                  壓敏電阻器 保護敏感的電子組件 散裝、卷裝包裝、卷包裝 直、彎和其他特殊引線類型
                   
                  目錄
                   
                  1、壓敏電阻的簡介
                  2、壓敏電阻的作用
                  3、壓敏電阻器的種類
                  4、壓敏電阻器的結構特性與作用
                  5、壓敏電阻器的主要參數
                  6、壓敏電阻器的應用原理 
                  7、壓敏電阻的特性
                  8、壓敏電阻的應用類型
                  9、壓敏電阻的應用范圍
                  10、保護用壓敏電阻的基本性能
                  11、壓敏電阻的測量
                  12、壓敏電阻的選用
                  13、壓敏電阻的使用注意事項
                   

                   
                  壓敏電阻的簡介:
                  壓敏電阻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,從而實現對后級電路的保護。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為ns級,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的數量級范圍,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,因為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。
                   
                  壓敏電阻的作用:
                  壓敏電阻廣泛的被應用在電子線路中,來防護因為電力供應系統的瞬時電壓突變所可能對電路的傷害。當高壓來到時,壓敏電阻的電阻降低而將電流予以分流,防止受到過大的瞬時電壓破壞或干擾。因而保護了敏感的電子組件。
                  不過,不要把壓敏電阻的作用想的太大了,壓敏電阻是不可以可以提供完整的電壓保護的,壓敏電阻所能承受的能量或功率是有限,不能提供持續性的過電壓保護。持續的過電壓會破壞保護裝置(壓敏電阻),并對設備造成損害,并可能有著火的危險。壓敏電阻不能提供保護的部分還有: 開機時的沖擊電流、短路時的過電流、電壓突降等情況,這些情況需要其他方式的防護。此外,也有少數保護裝置會偵測電源電壓,如超過危險限度時會以繼電器將電源切離。
                  壓敏電阻器的種類:
                  3.1.按結構分類 壓敏電阻器按其結構可分為結型壓敏電阻器、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。
                  結型壓敏電阻器是因為電阻體與金屬電極之間的特殊接觸,才具有了非線性特性,而體型壓敏電阻器的非線性是由電阻體本身的半導體性質決定的。
                  3.2.按使用材料分類 壓敏電阻器按其使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、鈦酸鋇壓敏電阻器等多種。
                  3.3.按其伏安特性分類 壓敏電阻器按其伏安特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)。
                  壓敏電阻器的結構特性與作用:
                  4.1.壓敏電阻器的結構特性 壓敏電阻器與普通電阻器不同,它是根據半導體材料的非線性特性制成的。
                  圖1-22是壓敏電阻器外形,其內部結構如圖1-23所示。
                   
                   
                  普通電阻器遵守歐姆定律,而壓敏電阻器的電壓與電流則呈特殊的非線性關系。當壓敏電阻器兩端所加電壓低于標稱額定電壓值時,壓敏電阻器的電阻值接近無窮大,內部幾乎無電流流過。當壓敏電阻器兩端電壓略高于標稱額定電壓時,壓敏電阻器將迅速擊穿導通,并由高阻狀態變為低阻狀態,工作電流也急劇增大。當其兩端電壓低于標稱額定電壓時,壓敏電阻器又能恢復為高阻狀態。當壓敏電阻器兩端電壓超過其最大限制電壓時,壓敏電阻器將完全擊穿損壞,無法再自行恢復。
                  4.2.壓敏電阻器的作用與應用 壓敏電阻器廣泛地應用在家用電器及其它電子產品中,起過電壓保護、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護半導體元器件等作用。
                  圖1-24是壓敏電阻器的典型應用電路。
                   
                   
                  壓敏電阻器的主要參數:
                  壓敏電阻器的主要參數有標稱電壓、電壓比、最大控制電壓、殘壓比、通流容量、漏電流、電壓溫度系數、電流溫度系數、電壓非線性系數、絕緣電阻、靜態電容等。
                  5.1.壓敏電壓: 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測得的電壓值,其產品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等。可根據具體需要正確選用。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重要的,它關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=1.5×1.414×220V=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。MYG05K規定通過的電流為0.1mA,MYG07K、MYG10K、MYG14K、MYG20K標稱電壓是指通過1mA直流電流時,壓敏電阻器兩端的電壓值。
                  5.2.最大允許電壓(最大限制電壓):此電壓分交流和直流兩種情況,如為交流,則指的是該壓敏電阻所允許加的交流電壓的有效值,以ACrms表示,所以在該交流電壓有效值作用下應該選用具有該最大允許電壓的壓敏電阻,實際上V1mA與ACrms間彼此是相互關聯的,知道了前者也就知道了后者,不過ACrms對使用者更直接,使用者可根據電路工作電壓,可以直接按ACrms來選取合適的壓敏電阻。在交流回路中,應當有: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用時,有適當的安全裕度。對直流而言在直流回路中,應當有:min(U1mA) ≥(1.6~2)Udc,式中Udc為回路中的直流額定工作電壓。在交流回路中,應當有: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用時,有適當的安全裕度。在信號回路中時,應當有:min(U1mA)≥(1.2~1.5)Umax,式中Umax為信號回路的峰值電壓。壓敏電阻的通流容量應根據防雷電路的設計指標來定。一般而言,壓敏電阻的通流容量要大于等于防雷電路設計的通流容量。
                  5.3.通流容量: 所謂通流容量,即最大脈沖電流的峰值是環境溫度為25℃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± 10%時的最大脈沖電流值。為了延長器件的使用壽命,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品最大通流量。然而從保護效果出發,要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下,實際發生的通流量是很難精確計算的。簡單的講-通流容量也稱通流量,是指在規定的條件(以規定的時間間隔和次數,施加標準的沖擊電流)下,允許通過壓敏電阻器上的最大脈沖(峰值)電流值。一般過壓是一個或一系列的脈沖波。實驗壓敏電阻所用的沖擊波有兩種,一種是為8/20μs波,即通常所說的波頭為8μs波尾時間為20μs的脈沖波,另外一種為2ms的方波,如下圖所示:
                   
                  5.4.最大限制電壓: 最大限制電壓是指壓敏電阻器兩端所能承受的最高電壓值,它表示在規定的沖擊電流Ip通過壓敏電阻時次兩端所產生的電壓此電壓又稱為殘壓,所以選用的壓敏電阻的殘壓一定要小于被保護物的耐壓水平Vo,否則便達不到可靠的保護目的,通常沖擊電流Ip值較大,例如2.5A或者10A,因而壓敏電阻對應的最大限制電壓Vc相當大,例如MYG7K471其Vc=775(Ip=10A時)。
                  5.5.最大能量(能量耐量): 壓敏電阻所吸收的能量通常按下式計算W=kIVT(J)
                  其中I——流過壓敏電阻的峰值
                  V——在電流I流過壓敏電阻時壓敏電阻兩端的電壓
                  T——電流持續時間
                  k——電流I的波形系數
                  對:
                  2ms的方波 k=1
                  8/20μs波 k=1.4
                  10/1000μs k=1.4
                  壓敏電阻對2ms方波,吸收能量可達330J每平方厘米;對8/20μs波,電流密度可達2000A每立方厘米,這表明他的通流能力及能量耐量都是很大的
                  一般來說壓敏電阻的片徑越大,它的能量耐量越大,耐沖擊電流也越大,選用壓敏電阻時還應當考慮經常遇到能量較小、但出現頻率次數較高的過電壓,如幾十秒、一兩分鐘出現一次或多次的過電壓,這時就應該考慮壓敏電阻所能吸收的平均功率。
                  5.6.電壓比: 電壓比是指壓敏電阻器的電流為1mA時產生的電壓值與壓敏電阻器的電流為0.1mA時產生的電壓值之比。
                  5.7.額定功率: 在規定的環境溫度下所能消耗的最大功率。
                  5.8.最大峰值電流 一次:以8/20μs標準波形的電流作一次沖擊的最大電流值,此時壓敏電壓變化率仍在±10%以內。2次:以8/20μs標準波形的電流作兩次沖擊的最大電流值,兩次沖擊時間間隔為5分鐘,此時壓敏電壓變化率仍在±10%以內。
                  5.9.殘壓比: 流過壓敏電阻器的電流為某一值時,在它兩端所產生的電壓稱為這一電流值為殘壓。殘壓比則的殘壓與標稱電壓之比。
                  5.10.漏電流: 漏電流又稱等待電流,是指壓敏電阻器在規定的溫度和最大直流電壓下,流過壓敏電阻器的電流。
                  5.11.電壓溫度系數: 電壓溫度系數是指在規定的溫度范圍(溫度為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恒定時,溫度改變1℃時壓敏電阻兩端的相對變化。
                  5.12.電流溫度系數: 電流溫度系數是指在壓敏電阻器的兩端電壓保持恒定時,溫度改變1℃時,流過壓敏電阻器電流的相對變化。
                   
                  5.13.電壓非線性系數: 電壓非線性系數是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。
                  5.14.絕緣電阻: 絕緣電阻是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。
                  5.15.靜態電容: 靜態電容是指壓敏電阻器本身固有的電容容量。
                  壓敏電阻器的應用原理:
                  壓敏電阻器是一種具有瞬態電壓抑制功能的元件,可以用來代替瞬態抑制二極管、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行保護,防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態電流(如雷擊等)而造成對它們的損壞。使用時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,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,壓敏電阻器阻值極高,近乎開路,因而不會影響器件或電器設備的正常工作。 een'WWl
                  壓敏電阻器的應用廣泛,壓敏電阻主要可用于直流電源、交流電源、低頻信號線路、帶饋電的天饋線路。從手持式電子產品到工業設備,其規格與尺寸多種多樣。隨著手持式電子產品的廣泛使用,尤其是手機、手提電腦、PDA、數字相機、醫療儀器等,其電路系統的速度要求更高,并且要求工作電壓更低,這就對壓敏電阻器提出了體積更小、性能更高的要求。因此,表面組裝的壓敏電阻器元件也就開始大量涌現,而其銷售年增長率要高于有引線的壓敏電阻器一倍多。 _x0016_+bKzzB'_x0012_
                  預計2002年壓敏電阻器的市場增長率為13%,其中,多層片式壓敏電阻器市場增長率為20%~30%,徑向引線產品增長率為5%~10%。需求主要來自于電源設備,包括DC電源設備、不間斷電源,以及新的消費類電子產品,如數字音頻/視頻設備、視頻游戲,數字相機等。片式壓敏電阻器已占美國市場銷售總額的40%~45%。(0402)尺寸的片式壓敏電阻器最受歡迎。0201尺寸的產品尚未上市。AVX公司的0402片式壓敏電阻器有5.6V、9V、14V和18V等幾種電壓范圍的產品,它們的額定功率為50mJ,典型電容值范圍從90pF(18V的產品)~360pF(5.6V的產品)。MaidaDevelopment公司也生產片式系列的壓敏電阻器,但目前只推出了非標準尺寸的產品,1210、1206、0805、0603和0402的產品正在試產。 eBfyQu
                  Littelfuse公司在2000年底前推出0201的產品。AVX和Littelfuse公司已推出電壓抑制器陣列,如AVX推出的Multiguard系列四聯多層陶瓷瞬態電壓抑制器陣列(即壓敏電阻器陣列)已經被市場接納。可節省50%的板上空間,75%的生產裝配成本。Multiguad系列采用1206型規格。其中有一種雙聯元件采用0805規格,工作電壓有5.6V、9V、14V和18V等幾種,額定功率為0.1J。AVX公司推出Transfeed多層陶瓷瞬態電壓抑制器。該產品綜合了公司Transguard系列壓敏電阻器和Feedthru系列電容器/濾波器的功能。采用0805規格。該組件具有性能優勢,更快的導通時間(或稱響應時間,在200ps~250ps之間)和更小的并行系數。
                   
                  壓敏電阻的特性:
                  反應時間快速;低漏電流;優越的電壓比;寬廣之電壓與能量比;低備用電力且無后續電流;高效能之突波電流處理能力;抑制電壓特性之穩定執行能力。
                  壓敏電阻在休息時,相對受保護的電子元件而言,具有很高的阻抗-數兆歐姆),而且不會改變設計電路特性,但當瞬間突波電壓出現(越過壓敏電阻之崩潰電壓時),該壓敏電阻之阻抗會變低(僅有幾個歐姆而已),并造成原線路短路,換言之電子產品或元件因此而受到保護。主要用途:防雷,過壓保護。如電力變壓器在進戶端放入氧化鋅避雷器可以有效防雷,電子設備在電網電源輸入端放入壓敏電阻,一但電網電壓升高壓敏電阻會不可恢復擊穿短路同時保險絲也將斷開,從而有效的放止過電壓進入線路板。在空調線線路板應用壓敏電阻最為多。
                  壓敏電阻的應用類型:
                  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/電流應力并不相同,
                  因而對壓敏電阻的要求也不相同,注意區分這種差異,對于正確使用是十分重要的。
                  根據使用目的的不同,可將壓敏電阻區分為兩大類:①保護用壓敏電阻,②電路功能用壓敏電阻。
                  8.1.保護用壓敏電阻
                  8.1.1 區分電源保護用,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。
                  8.1.2 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為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。
                  8.2.1根據壓敏電阻承受的異常過電壓特性的不同,可將壓敏電阻區分為浪涌抑制型,高功率型和高能型這三種類型。
                  8.2.2浪涌抑制型:是指用于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,電流電壓的峰值可能很大。絕大多數壓敏電阻器都屬于這一類。
                  8.2.3高功率型:是指用于吸收周期出現的連續脈沖群的壓敏電阻器,例如并接在開關電源變換器上的壓敏電阻,這里沖擊電壓周期出現,且周期可知,能量值一般可以計算出來,電壓的峰值并不大,但因出現頻率高,其平均功率相當大。
                  8.2.4高能型:指用于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,是可以多次反復作用的,但有時也將它做成電流保險絲那樣的"一次性"保護器件。例如并接在某些電流互感器負載上的帶短路接點壓敏電阻。
                  8.3.電路功能用壓敏電阻
                  壓敏電阻主要應用于瞬態過電壓保護,但是它的類似于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:
                  8.3.1直流高壓小電流穩壓元件,其穩定電壓可高達數千伏以上,這是硅穩壓管無法達到的。
                  8.3.2電壓波動檢測元件。
                  8.3.3直流電瓶移位元件。
                  8.3.4均壓元件。
                  8.3.5熒光啟動元件
                  壓敏電阻的應用范圍:
                  電源系統
                  浪涌抑制器
                  安防系統
                  電動機保護
                  汽車電子系統
                  家用電器
                   
                  保護壓敏電阻的基本性能:
                  10.1.保護特性,當沖擊源的沖擊強(或沖擊電流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沖擊耐電壓(Urp)。
                  10.2.耐沖擊特性,即壓敏電阻本身應能承受規定的沖擊電流,沖擊能量,以及多次沖擊相繼出現時的平均功率。
                  10.3.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)。二是沖擊壽命,即能可靠地承受規定的沖擊的次數。
                  10.4.壓敏電阻介入系統后,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
                  壓敏電阻的測量:
                  壓敏電阻一般并聯在電路中使用,當電阻兩端的電壓發生急劇變化時,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,常用于電源過壓保護和穩壓。測量時將萬用表置10k 檔,表筆接于
                  電阻兩端,萬用表上應顯示出壓敏電阻上標示的阻值,如果超出這個數值很大,則說明壓敏電阻已損壓敏電阻標稱參數
                  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。
                  壓敏電阻的選用:
                  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 等級電流脈沖時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)波形時的峰值電流。浪涌環境參數包括最大浪涌電流Ipm(或最大浪涌電壓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,浪涌脈沖的總次數N 等。
                  壓敏電阻的使用注意事項:
                  壓敏電阻的失效模式通常是短路,為了防止壓敏電阻的失效造成電源短路而起火,可以在每個壓敏電阻上串聯一個溫度保險管或熱脫離機構。溫度保險管應與壓敏電阻有良好的熱耦合,當壓敏電阻失效(高阻抗短路)時,它所產生的熱量把溫度保險管熔斷,從而使失效的壓敏電阻與電路分離,確保設備的安全。當較高的工頻暫時過電壓作用在壓敏電阻上時,可能使壓敏電阻瞬間擊穿短路(低阻抗短路),而溫度保險管還來不及熔斷,還可能起火。為避免這種現象發生,可在每個壓敏電阻上再串聯一個耐沖擊工頻保險絲(單用工頻保險絲則在老化失效時可能不熔斷)。也可以把壓敏電阻與陶瓷氣體放電管串聯使用,正常工作時陶瓷氣體放電管不導通,壓敏電阻沒有漏電流,可以大大延長使用壽命;受浪涌沖擊時,陶瓷氣體放電管首先擊穿,然后由壓敏電阻限制浪涌電壓,總的殘壓為兩者之和,略有增大(幾十伏);沖擊過去后,由于壓敏電阻限制了電流,放電管不能維持導通而熄弧,恢復為正常工作狀態;當壓敏電阻短路失效后,因陶瓷氣體放電管流過很大的工頻電流也會很快失效,但它的失效模式絕大多數是開路,因而不易引起火災。
                   
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