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压敏电阻的主要参数与应用类型

2017年05月07日 10:19 网络整理 作者: 用户评论(0

  “压敏电阻“是一种具有非线性伏安特性的电阻器件,主要用于在电路承受过压时进行电压钳位,吸收多余的电流以保护敏感器件。英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”, 或者叫做“Varistor”。压敏电阻器的电阻体材料是半导体,所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的“氧化锌”(ZnO)压敏电阻器,它的主体材料有二价元素锌(Zn)和六价元素氧(O)所构成。所以从材料的角度来看,氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 在中国台湾,压敏电阻器称为“突波吸收器”,有时也称为“电冲击(浪涌)抑制器(吸收器)”。

  压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有:压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。

  压敏电阻的主要参数与应用类型

  压敏电阻的响应时间为ns级,比气体放电管快,比TVS管稍慢一些,一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千Pf的数量级范围,很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中,应用在交流电路的保护中时,因为其结电容较大会增加漏电流,在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大,但比气体放电管小。压敏电阻器简称VDR,是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体元件。

  压敏电阻的主要参数及其选用:

  压敏电阻器的主要参数有标称电压、电压比、最大控制电压、残压比、通流容量、漏电流、电压温度系数、电流温度系数、电压非线性系数、绝缘电阻、静态电容等。

  1.压敏电压: 所谓压敏电压,即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值,大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值,其产品的压敏电压范围可以从10-9000V不等。可根据具体需要正确选用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp为电路额定电压的峰值。VAC为额定交流电压的有效值。ZnO压敏电阻的电压值选择是至关重要的,它关系到保护效果与使用寿命。如一台用电器的额定电源电压为220V,则压敏电阻电压值V1mA=1.5Vp=1.5&TImes;1.414&TImes;220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2&TImes;220V=484V,因此压敏电阻的击穿电压可选在470-480V之间。MYG05K规定通过的电流为0.1mA,MYG07K、MYG10K、MYG14K、MYG20K标称电压是指通过1mA直流电流时,压敏电阻器两端的电压值。

  2.最大允许电压(最大限制电压):此电压分交流和直流两种情况,如为交流,则指的是该压敏电阻所允许加的交流电压的有效值,以ACrms表示,所以在该交流电压有效值作用下应该选用具有该最大允许电压的压敏电阻,实际上V1mA与ACrms间彼此是相互关联的,知道了前者也就知道了后者,不过ACrms对使用者更直接,使用者可根据电路工作电压,可以直接按ACrms来选取合适的压敏电阻。在交流回路中,应当有:min(U1mA) ≥(2.2~2.5)Uac,式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值。上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时,有适当的安全裕度。对直流而言在直流回路中,应当有:min(U1mA) ≥(1.6~2)Udc,式中Udc为回路中的直流额定工作电压。在交流回路中,应当有:min(U1mA) ≥(2.2~2.5)Uac,式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值。上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时,有适当的安全裕度。在信号回路中时,应当有:min(U1mA)≥(1.2~1.5)Umax,式中Umax为信号回路的峰值电压。压敏电阻的通流容量应根据防雷电路的设计指标来定。一般而言,压敏电阻的通流容量要大于等于防雷电路设计的通流容量。

  3.通流容量: 所谓通流容量,即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下,对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言,压敏电压的变化不超过± 10%时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命,ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发,要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下,实际发生的通流量是很难精确计算的。简单的讲-通流容量也称通流量,是指在规定的条件(以规定的时间间隔和次数,施加标准的冲击电流)下,允许通过压敏电阻器上的最大脉冲(峰值)电流值。一般过压是一个或一系列的脉冲波。实验压敏电阻所用的冲击波有两种,一种是为8/20μs波,即通常所说的波头为8μs波尾时间为20μs的脉冲波,另外一种为2ms的方波,如下图所示:

  压敏电阻的主要参数与应用类型

  4.最大限制电压: 最大限制电压是指压敏电阻器两端所能承受的最高电压值,它表示在规定的冲击电流Ip通过压敏电阻时次两端所产生的电压此电压又称为残压,所以选用的压敏电阻的残压一定要小于被保护物的耐压水平Vo,否则便达不到可靠的保护目的,通常冲击电流Ip值较大,例如2.5A或者10A,因而压敏电阻对应的最大限制电压Vc相当大,例如MYG7K471其Vc=775(Ip=10A时)。

  5.最大能量(能量耐量): 压敏电阻所吸收的能量通常按下式计算W=kIVT(J)

  其中I——流过压敏电阻的峰值

  V——在电流I流过压敏电阻时压敏电阻两端的电压

  T——电流持续时间

  k——电流I的波形系数

  对:

  2ms的方波 k=1

  8/20μs波 k=1.4

  10/1000μs k=1.4

  压敏电阻对2ms方波,吸收能量可达330J每平方厘米;对8/20μs波,电流密度可达2000A每立方厘米,这表明他的通流能力及能量耐量都是很大的

  一般来说压敏电阻的片径越大,它的能量耐量越大,耐冲击电流也越大,选用压敏电阻时还应当考虑经常遇到能量较小、但出现频率次数较高的过电压,如几十秒、一两分钟出现一次或多次的过电压,这时就应该考虑压敏电阻所能吸收的平均功率。

  6.电压比: 电压比是指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA时产生的电压值之比。

  7.额定功率: 在规定的环境温度下所能消耗的最大功率。

  8.最大峰值电流 一次:以8/20μs标准波形的电流作一次冲击的最大电流值,此时压敏电压变化率仍在±10%以内。2次:以8/20μs标准波形的电流作两次冲击的最大电流值,两次冲击时间间隔为5分钟,此时压敏电压变化率仍在±10%以内。

  9.残压比: 流过压敏电阻器的电流为某一值时,在它两端所产生的电压称为这一电流值为残压。残压比则的残压与标称电压之比。

  10.漏电流: 漏电流又称等待电流,是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下,流过压敏电阻器的电流。

  11.电压温度系数: 电压温度系数是指在规定的温度范围(温度为20~70℃)内,压敏电阻器标称电压的变化率,即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时,温度改变1℃时压敏电阻两端的相对变化。

  12.电流温度系数: 电流温度系数是指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时,温度改变1℃时,流过压敏电阻器电流的相对变化。

  压敏电阻的主要参数与应用类型

  13.电压非线性系数: 电压非线性系数是指压敏电阻器在给定的外加电压作用下,其静态电阻值与动态电阻值之比。

  14.绝缘电阻: 绝缘电阻是指压敏电阻器的引出线(引脚)与电阻体绝缘表面之间的电阻值。

  15.静态电容: 静态电容是指压敏电阻器本身固有的电容容量。

  压敏电阻的使用原则是在其接入被保护设备后,不能影响设备的正常运行,又能有效地对设备实施瞬时过压保护。为此,除了压敏电阻的技术参数外,在实际选择时还要考虑以下几个问题:

  (1) 压敏电压选择

  考虑到压敏电阻实际的压敏电压与标称电压之间的偏差(应考虑为标称电压的1.1~1.2倍)、交流电路中电源电压可能的波动范围(应考虑为额定电压的 1.4~1.5倍)、交流电压峰值和有效值之间的关系(应考虑1.4倍),所以,应选用压敏电压为额定电压2.2~2.5倍的压敏电阻。在直流电路中,常选用压敏电压为直流电压额定值1.8~2倍的压敏电阻。

  (2) 通流容量选择

  原则上应按可能遭受的最大暂态浪涌电流来选择,但要做到这一点是困难的。实用中无非是按照使用场合,或是按照产品试验标准上规定的试验等级来选择压敏电阻。

  按前者,1kA(8/20μs电流波)的压敏电阻可用在可控硅整流器的保护上;3kA的用在电器设备的浪涌吸收上;5kA的用在对雷击及电子设备的过电压吸收上;10kA的用在对雷击的保护上。按后者,常用综合波(发生器开路输出时产生1.2/50μs的电压波;短路输出时产生8/20μs的电流波;发生器的内阻为2Ω)来在线考核设备对抗雷击浪涌干扰的能力。在4kV试验时,保护器吸收的最大电流可达2kA;对6kV的试验,吸收电流的最大值为3kA。但在实际选择时,还应当适当加大所选压敏电阻的通流容量。因为通流能力大的压敏电阻,在吸收同样大小的浪涌电流时,应当有相对较小的残余压降;同时,对选用的压敏电阻来说,也有较大的保护裕度。

  (3) 固有寄生电容

  压敏电阻有一个固有电容问题,根据外形尺寸和标称电压的不同,其值在数百至数千pF之间。压敏电阻的固有电容决定了它不适合在高频场合下使用,否则会影响系统的正常运行;适合在工频系统里使用,如用作电源进线的保护、可控硅整流器的保护等。

  压敏电阻的瞬时功率比较大,但平均持续功率却很小,故不能长时间工作于导通状态。

  氧化锌压敏电阻的作用(Carbon resistor):按用途来分也称为“突波吸收器是一种具有电压电流对称特性之电压属性电阻器,它主要的设计是用来保护所有的电子产品或元件免受开关或雷击诱发所产生之突波的影响,而非线性指数的特性。

  特性:反应时间快速;低漏电流;优越的电压比;宽广之电压与能量比;低备用电力且无后续电流;高效能之突波电流处理能力;抑制电压特性之稳定执行能力。

  压敏电阻在休息时,相对受保护的电子元件而言,具有很高的阻抗-数兆欧姆),而且不会改变设计电路特性,但当瞬间突波电压出现(越过压敏电阻之崩溃电压时),该压敏电阻之阻抗会变低(仅有几个欧姆而已),并造成原线路短路,换言之电子产品或元件因此而受到保护。主要用途:防雷,过压保护。如电力变压器在进户端放入氧化锌避雷器可以有效防雷,电子设备在电网电源输入端放入压敏电阻,一但电网电压升高压敏电阻会不可恢复击穿短路同时保险丝也将断开,从而有效的放止过电压进入线路板。在空调线线路板应用压敏电阻最为多

  当电源为220V时压敏电阻的阻值是无穷大,当峰值电压超过470V时(220V电压的峰值是311V)压敏电阻立刻击穿短路,保险丝也会熔断,高电压就进不去设备端,从而有效保护电子电路不受侵害。更换压敏电阻时在电阻体上需裹上绝缘材料加以保护,以防飞弧。使用压敏电阻时之前必须加装保险丝,压敏电阻一但击穿短路是不可恢复的,必须更换。正常的压敏电阻用万用表测量是无穷大的。

  压敏电阻标称参数

  压敏电阻的主要参数与应用类型

  压敏电阻用字母“MY”表示,如加J 为家用,后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K 分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量,但不能承受毫安级以上的持续电流,在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用,一般选择标称压敏电压V1mA 和通流容量两个参数。

  1、所谓压敏电压,即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值,大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值,其产品的压敏电压范围可以从10-9000V 不等。可根据具体需要正确选用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp 为电路额定电压的峰值。VAC 为额定交流电压的有效值。ZnO 压敏电阻的电压值选择是至关重要的,它关系到保护效果与使用寿命。如一台用电器的额定电源电压为220V , 则压敏电阻电压值V1mA=1.5Vp=1.5&TImes;1.414×220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V”,因此压敏电阻的击穿电压可选在470-480V 之间。

  2、所谓通流容量,即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下,对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言,压敏电压的变化不超过± 10%时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命,ZnO 压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发,要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下,实际发生的通流量是很难精确计算的,则选用2-20KA 的产品。如手头产品的通流量不能满足使用要求时,可将几只单个的压敏电阻并联使用,并联后的压敏电不变,其通流量为各单只压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同,否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻。

  压敏电阻的选用

  选用压敏电阻器前,应先了解以下相关技术参数:标称电压是指在规定的温度和直流电流下,压敏电阻器两端的电压值。漏电流是指在25℃条件下,当施加最大连续直流电压时,压敏电阻器中流过的电流值。等级电压是指压敏电阻中通过8/20 等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值。通流量是表示施加规定的脉冲电流(8/20μs)波形时的峰值电流。浪涌环境参数包括最大浪涌电流Ipm(或最大浪涌电压Vpm 和浪涌源阻抗Zo)、浪涌脉冲宽度Tt、相邻两次浪涌的最小时间间隔Tm 以及在压敏电阻器的预定工作寿命期内,浪涌脉冲的总次数N等。

  标称电压选取

  一般地说,压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用,在正常情况下,压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压,即使在电源波动情况最坏时,也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压,该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过压保护方面的应用,压敏电压值应大于实际电路的电压值,一般应使用下式进行选择:VmA=av/bc 式中:a为电路电压波动系数,一般取1.2;v为电路直流工作电压(交流时为有效值);b 为压敏电压误差,一般取0.85;c为元件的老化系数,一般取0.9;这样计算得到的VmA 实际数值是直流工作电压的1.5 倍,在交流状态下还要考虑峰值,因此计算结果应扩大1.414 倍。另外,选用时还必须注意:

  (1) 必须保证在电压波动最大时,连续工作电压也不会超过最大允许值,否则将缩短压敏电阻的使用寿命;

  (2) 在电源线与大地间使用压敏电阻时,有时由于接地不良而使线与地之间电压上升,所以通常采用比线与线间使用场合更高标称电压的压敏电阻器。压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量。

  压敏电阻的应用:

  不同的使用场合,应用压敏电阻的目的,作用在压敏电阻上的电压/电流应并不相同,因而对压敏电阻的要求也不相同,注意区分这种差异,对于正确使用是十分重要的。根据使用目的的不同,可将压敏电阻区分为两大类:

  ①保护用压敏电阻

  ②电路功能用压敏电阻

  保护电阻

  (1) 区分是电源保护用压敏电阻器,还是信号线、数据线保护用压敏电阻器,它们要满足不同的技术标准的要求。

  (2) 根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同,可将跨电源线用压敏电阻器区分为交流用或直流用两种类型,压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。

  (3) 根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同,可将压敏电阻区分为浪涌抑制型、高功率型和高能型这三种类型。

  ★浪涌抑制型:是指用于抑制雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压的压敏电阻器,这种瞬态过电压的出现是随机的,非周期的,电流电压的峰值可能很大。绝大多数压敏电阻器都属于这一类。

  ★高功率型:是指用于吸收周期出现的连续脉冲群的压敏电阻器,例如并接在开关电源变换器上的压敏电阻,这里冲击电压周期出现,且周期可知,能量值一般可以计算出来,电压的峰值并不大,但因出现频率高,其平均功率相当大。

  ★高能型:指用于吸收发电机励磁线圈,起重电磁铁线圈等大型电感线圈中的磁能的压敏电压器,对这类应用,主要技术指标是能量吸收能力。压敏电阻器的保护功能,绝大多数应用场合下,是可以多次反复作用的,但有时也将它做成电流保险丝那样的“一次性”保护器件。例如并接在某些电流互感器负载上的带短路接点压敏电阻。

  作用压敏电阻主要应用于瞬态过电压保护,但是它的类似于半导体稳压管的伏安特性,还使它具有多种电路元件功能,例如可用作:

  (1)直流高压小电流稳压元件,其稳定电压可高达数千伏以上,这是硅稳压管无法达到的。

  (2)电压波动检测元件。

  (3)直流电平移位元件。

  (4)均压元件。

  (5)荧光启动元件

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( 发表人:王增涛 )

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