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(xiàn)在大(dà)量使用(yòng)的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器，它的主體材料有二價元素(Zn)和(hé)六價元素氧(O)所構成。所以從(cóng)材料的角度來(lái)看(kàn)，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體”。
對(duì)于我們設備中使用(yòng)的壓敏電阻，原選用(yòng)型号爲14D101K，實際運行3個月中，此型号壓敏電阻經常燒毀。後改爲14D121K，實際運行3個月，沒有發現(xiàn)燒壞。所以，爲指導以後工(gōng)作(zuò)，整理(lǐ)并學習此資料，并在整理(lǐ)過程中，發現(xiàn)壓敏電阻不應該直接并接在元件的輸入端。具體壓敏電阻的資料如下(xià)：
一、壓敏電阻的原理(lǐ)
壓敏電阻意思是“在一定電流電壓範圍内電阻值随電壓而變”，或者是說“電阻值對(duì)電壓敏感”的阻器。相應的英文(wén)名稱叫“VoltageDependentResistor”簡寫爲“VDR”。
随着加在它上(shàng)面的電壓不斷增大(dà)，它的電阻值可以從(cóng)MΩ(兆歐)級變到(dào)mΩ(毫歐)級。當電壓較低(dī)時(shí)，壓敏電阻工(gōng)作(zuò)于漏電流區(qū)，呈現(xiàn)很(hěn)大(dà)的電阻，漏電流很(hěn)小(xiǎo);當電壓升高(gāo)進入非線性區(qū)後，電流在相當大(dà)的範圍内變化時(shí)，電壓變化不大(dà)，呈現(xiàn)較好(hǎo)的限壓特性;電壓再升高(gāo)，壓敏電阻進入飽和(hé)區(qū)，呈現(xiàn)一個很(hěn)小(xiǎo)的線性電阻，由于電流很(hěn)大(dà)，時(shí)間一長就會(huì)使壓敏電阻過熱燒毀甚至炸裂。正常使用(yòng)時(shí)壓敏電阻處于漏電流區(qū)，受到(dào)浪湧沖擊時(shí)進入非線性區(qū)洩放(fàng)浪湧電流，一般不能(néng)進入飽和(hé)區(qū)
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(xiàn)在大(dà)量使用(yòng)的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器，它的主體材料有二價元素(Zn)和(hé)六價元素氧(O)所構成。所以從(cóng)材料的角度來(lái)看(kàn)，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體”。
二、壓敏電阻的作(zuò)用(yòng)
壓敏電阻的最大(dà)特點是當加在它上(shàng)面的電壓低(dī)于它的閥值"UN"時(shí)，流過它的電流極小(xiǎo)，相當于一隻關死的閥門(mén)，當電壓超過UN時(shí)，流過它的電流激增，相當于閥門(mén)打開(kāi)。利用(yòng)這(zhè)一功能(néng)，可以抑制電路中經常出現(xiàn)的異常過電壓，保護電路免受過電壓的損害。
壓敏電阻器是一種具有瞬态電壓抑制功能(néng)的元件，可以用(yòng)來(lái)代替瞬态抑制二極管、齊納二極管和(hé)電容器的組合。壓敏電阻器可以對(duì)IC及其它設備的電路進行保護，防止因靜電放(fàng)電、浪湧及其它瞬态電流(如雷擊等)而造成對(duì)它們的損壞。使用(yòng)時(shí)隻需将壓敏電阻器并接于被保護的IC或設備電路上(shàng)，當電壓瞬間高(gāo)于某一數值時(shí)，壓敏電阻器阻值迅速下(xià)降，導通大(dà)電流，從(cóng)而保護IC或電器設備;當電壓低(dī)于壓敏電阻器工(gōng)作(zuò)電壓值時(shí)，壓敏電阻器阻值極高(gāo)，近乎開(kāi)路，因而不會(huì)影響器件或電器設備的正常工(gōng)作(zuò)。
三、壓敏電阻的标稱參數
壓敏電阻用(yòng)字母“MY”表示，如加J爲家用(yòng)，後面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分别用(yòng)于穩壓、過壓保護、高(gāo)頻電路、防雷、滅弧、消噪、補償、消磁、高(gāo)能(néng)或高(gāo)可靠等方面。壓敏電阻雖然能(néng)吸收很(hěn)大(dà)的浪湧電能(néng)量，但(dàn)不能(néng)承受毫安級以上(shàng)的持續電流，在用(yòng)作(zuò)過壓保護時(shí)必須考慮到(dào)這(zhè)一點。
四、壓敏電阻的特性參數
①壓敏電壓UN(U1mA)：通常以在壓敏電阻上(shàng)通過1mA直流電流時(shí)的電壓來(lái)表示其是否導通的标志電壓，這(zhè)個電壓就稱爲壓敏電壓UN。壓敏電壓也(yě)常用(yòng)符号U1mA表示。壓敏電壓的誤差範圍一般是±10%。在試驗和(hé)實際使用(yòng)中，通常把壓敏電壓從(cóng)正常值下(xià)降10%作(zuò)爲壓敏電阻失效的判據。
②最大(dà)持續工(gōng)作(zuò)電壓UC：指壓敏電阻能(néng)長期承受的最大(dà)交流電壓(有效值)Uac或最大(dà)直流電壓Udc。一般Uac≈0.64U1mA，Udc≈0.83U1mA。
③通流量(最大(dà)沖擊電流)IP：指壓敏電阻能(néng)夠承受的8/20μs波的最大(dà)沖擊電流峰值。“能(néng)夠承受”的含義是，沖擊後壓敏電壓的變化率不大(dà)于10%。現(xiàn)行的技術規格書中通常都給出了(le)沖擊1次的IP值。
④最大(dà)箝位電壓(限制電壓)VC：技術規格書中給出的最大(dà)箝位電壓值是指給壓敏電阻施加規定的8/20μs波沖擊電流IX(A)時(shí)壓敏電阻上(shàng)呈現(xiàn)的電壓。
實際使用(yòng)中，壓敏電壓越高(gāo)，施加的沖擊電流越大(dà)，限制電壓(或稱殘壓)就越高(gāo)，可從(cóng)産品給出的V-I曲線上(shàng)查到(dào)。
⑤額定能(néng)量E：額定能(néng)量是指壓敏電阻能(néng)夠承受規定波形的沖擊電流沖擊一次的最大(dà)能(néng)量(沖擊後壓敏電壓的變化率不大(dà)于10%)，可用(yòng)下(xià)式表示：
E=K*IP*VC*T
式中：IP、VC見上(shàng)，T爲脈沖寬度，K爲與波形有關的常數。對(duì)于8/20μs波和(hé)10/1000μs波，K=1.4;對(duì)于2ms方波，K=1。
⑥額定功率(最大(dà)平均功率)Pm：指壓敏電阻在室溫下(xià)，連續承受多次沖擊，且各次沖擊之間間隔時(shí)間較短，因而有熱積累效應的情況下(xià)，能(néng)夠承受的最大(dà)平均功率。盡管壓敏電阻能(néng)承受很(hěn)大(dà)的脈沖功率，但(dàn)能(néng)承受的平均功率卻很(hěn)小(xiǎo)。
⑦電容C0：指壓敏電阻兩電極間呈現(xiàn)的電容，在幾pF～幾百nF的範圍内。體積越小(xiǎo)，壓敏電壓越高(gāo)，電容越小(xiǎo)。
⑧漏電流Il：給壓敏電阻施加最大(dà)直流電壓Udc時(shí)流過的電流。測量漏電流時(shí)，通常給壓敏電阻加上(shàng)Udc=0.83U1mA的電壓(有時(shí)也(yě)用(yòng)0.75U1mA)。一般要求靜态漏電流Il≤20μA(也(yě)有要求≤10μA的)。在實際使用(yòng)中，更關心的不是靜态漏電流值本身的大(dà)小(xiǎo)，而是它的穩定性，即在沖擊試驗後或在高(gāo)溫條件下(xià)的變化率。在沖擊試驗後或在高(gāo)溫條件下(xià)其變化率不超過一倍，即認爲是穩定的。
⑨非線性指數α：指電壓的變化對(duì)電流的影響能(néng)力，可用(yòng)公式表示爲：
I=KUα或α=loglog
由前式可見，α越大(dà)表明(míng)電壓的變化對(duì)電流的影響能(néng)力越大(dà)，非線性特性越好(hǎo)。由後式可見，α是伏安特性上(shàng)各點斜率的倒數，特性越平坦的地方，α越大(dà)(漏電流區(qū)和(hé)飽和(hé)區(qū)α=1，又稱低(dī)α區(qū))。用(yòng)儀器測量時(shí)，一般設定I2=1mA，I1=0.1mA，所以
αT=1/log(U1mA/U0.1mA)
五、壓敏電阻的降額特性
對(duì)壓敏電阻進行沖擊試驗時(shí)，随着所要進行的沖擊次數的增加，每次所施加的沖擊電流要相應地減小(xiǎo)。例如：Ф20基片的标準壓敏電阻(U1mA≥82V的)，其降額特性如下(xià)表所示(可從(cóng)廠(chǎng)家給出的浪湧壽命次數定額曲線中查到(dào))：
允許沖擊次數1次2次10次100次1000次10000次
每次沖擊電流6500A4000A2000A1000A430A200A
六、壓敏電阻的測量
測量時(shí)将萬用(yòng)表置10k檔，表筆(bǐ)接于電阻兩端，萬用(yòng)表上(shàng)應顯示出壓敏電阻上(shàng)标示的阻值，如果超出這(zhè)個數值很(hěn)大(dà)，則說明(míng)壓敏電阻已損
七、壓敏電阻的選型
壓敏電阻的選用(yòng)，一般選擇标稱壓敏電壓V1mA和(hé)通流容量兩個參數。
1、所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或阈值電壓。指在規定電流下(xià)的電壓值，大(dà)多數情況下(xià)用(yòng)1mA直流電流通入壓敏電阻器時(shí)測得的電壓值，其産品的壓敏電壓範圍可以從(cóng)10-9000V不等。可根據具體需要正确選用(yòng)。一般1mA=“1”.5Vp=“2”.2VAC，式中，Vp爲電路額定電壓的峰值。VAC爲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(dào)保護效果與使用(yòng)壽命。如一台用(yòng)電器的額定電源電壓爲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，即最大(dà)脈沖電流的峰值是環境溫度爲25℃情況下(xià)，對(duì)于規定的沖擊電流波形和(hé)規定的沖擊電流次數而言，壓敏電壓的變化不超過±10%時(shí)的最大(dà)脈沖電流值。爲了(le)延長器件的使用(yòng)壽命，ZnO壓敏電阻所吸收的浪湧電流幅值應小(xiǎo)于手冊中給出的産品最大(dà)通流量。然而從(cóng)保護效果出發，要求所選用(yòng)的通流量大(dà)一些(xiē)好(hǎo)。在許多情況下(xià)，實際發生的通流量是很(hěn)難精确計(jì)算(suàn)的，則選用(yòng)2-20KA的産品。如手頭産品的通流量不能(néng)滿足使用(yòng)要求時(shí)，可将幾隻單個的壓敏電阻并聯使用(yòng)，并聯後的壓敏電不變，其通流量爲各單隻壓敏電阻數值之和(hé)。要求并聯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。
八、壓敏電阻的使用(yòng)
壓敏電阻一般并聯在電路中使用(yòng)，當電阻兩端的電壓發生急劇(jù)變化時(shí)，電阻短路将電流保險絲熔斷，起到(dào)保護作(zuò)用(yòng)。壓敏電阻在電路中，常用(yòng)于電源過壓保護和(hé)穩壓。
電源防雷器的可靠性、安全性在很(hěn)大(dà)程度上(shàng)依賴于壓敏電阻的正确使用(yòng)，以下(xià)原則可供使用(yòng)參考。特别要指出的是，在電源防雷設計(jì)中還要考慮各個地方的電源質量差别、雷擊頻度和(hé)強度的差别、被保護設備的安裝使用(yòng)情況和(hé)沖擊耐受能(néng)力等的差别，不能(néng)用(yòng)一個公式照搬照套。設計(jì)好(hǎo)的防雷保護裝置必須在現(xiàn)場使用(yòng)條件下(xià)或盡可能(néng)接近真實情況的模拟條件下(xià)進行試驗驗證。
①壓敏電壓的計(jì)算(suàn)：
一般可用(yòng)下(xià)式計(jì)算(suàn)：
U1mA=KUac
式中：K爲與電源質量有關的系數，一般取K=(2～3)，電源質量較好(hǎo)的城(chéng)市可取小(xiǎo)些(xiē)，電源質量較差的農(nóng)村(特别是山區(qū))可取大(dà)些(xiē)。Uac爲交流電源電壓有效值。對(duì)于220V～240V交流電源防雷器，應選用(yòng)壓敏電壓爲470V～620V的壓敏電阻較合适。選用(yòng)壓敏電壓高(gāo)一點的壓敏電阻，可以降低(dī)故障率，延長使用(yòng)壽命，但(dàn)殘壓略有增大(dà)。
②标稱放(fàng)電電流的計(jì)算(suàn)：
壓敏電阻的标稱放(fàng)電電流應大(dà)于要求承受的浪湧電流或每年可能(néng)出現(xiàn)的最大(dà)浪湧電流。标稱放(fàng)電電流應按壓敏電阻浪湧壽命次數定額曲線中沖擊10次以上(shàng)的數值進行計(jì)算(suàn)，約爲最大(dà)沖擊通流量的30%(即0.3IP)左右。
③壓敏電阻的并聯：
當一個壓敏電阻滿足不了(le)标稱放(fàng)電電流的要求時(shí)，應采用(yòng)多個壓敏電阻并聯使用(yòng)。有時(shí)爲了(le)降低(dī)限制電壓，即使标稱放(fàng)電電流滿足要求也(yě)采用(yòng)多個壓敏電阻并聯。要特别注意的是，壓敏電阻并聯使用(yòng)時(shí)，一定要嚴格挑選參數一緻的(例如：ΔU1mA≤3V，Δα≤3)進行配對(duì)，以保證電流的均勻分配。
九、壓敏電阻使用(yòng)時(shí)的注意事(shì)項
壓敏電阻的失效模式通常是短路，爲了(le)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(shàng)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(hǎo)的熱耦合，當壓敏電阻失效(高(gāo)阻抗短路)時(shí)，它所産生的熱量把溫度保險管熔斷，從(cóng)而使失效的壓敏電阻與電路分離，确保設備的安全。當較高(gāo)的工(gōng)頻暫時(shí)過電壓作(zuò)用(yòng)在壓敏電阻上(shàng)時(shí)，可能(néng)使壓敏電阻瞬間擊穿短路(低(dī)阻抗短路)，而溫度保險管還來(lái)不及熔斷，還可能(néng)起火。爲避免這(zhè)種現(xiàn)象發生，可在每個壓敏電阻上(shàng)再串聯一個耐沖擊工(gōng)頻保險絲(單用(yòng)工(gōng)頻保險絲則在老(lǎo)化失效時(shí)可能(néng)不熔斷)。也(yě)可以把壓敏電阻與陶瓷氣體放(fàng)電管串聯使用(yòng)，正常工(gōng)作(zuò)時(shí)陶瓷氣體放(fàng)電管不導通，壓敏電阻沒有漏電流，可以大(dà)大(dà)延長使用(yòng)壽命;受浪湧沖擊時(shí)，陶瓷氣體放(fàng)電管首先擊穿，然後由壓敏電阻限制浪湧電壓，總的殘壓爲兩者之和(hé)，略有增大(dà)(幾十伏);沖擊過去後，由于壓敏電阻限制了(le)電流，放(fàng)電管不能(néng)維持導通而熄弧，恢複爲正常工(gōng)作(zuò)狀态;當壓敏電阻短路失效後，因陶瓷氣體放(fàng)電管流過很(hěn)大(dà)的工(gōng)頻電流也(yě)會(huì)很(hěn)快(kuài)失效，但(dàn)它的失效模式絕大(dà)多數是開(kāi)路，因而不易引起火災。
所以，我們設備中壓敏電阻的選型基本沒有錯誤，根據公式，應該選取壓敏電壓即标稱電壓爲130V的壓敏電阻，根據就上(shàng)不就下(xià)的原則，實際應該選取14D151型号。而且，在實際使用(yòng)方法上(shàng)，我們不應該直接将壓敏電阻并接，根據實際情況，應該把壓敏電阻與陶瓷氣體放(fàng)電管串聯使用(yòng)。 |
