压敏电阻原理、参数、选型

压敏电阻并不是电阻,而是一种具有瞬态电压抑制功能的元件,效果同TVS。这篇博客介绍压敏电阻的一些基本知识,包括参数、选型、应用等。

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文章目录

    • 一、命名
    • 二、工作原理
    • 三、参数解读
    • 四、选型要点
    • 五、应用
    • 六、分类

一、命名

压敏电阻用MY表示,MY后缀J (家用)、W(稳压)、G(过压)、P (高频)、L(防雷)、H(灭弧)、Z(消噪)等,这是一般通用命名方式,不同厂家的命名不太一样。

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二、工作原理

压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件,英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为VDR ,或者叫做Varistor。压敏电阻不是真正的电阻,而是一种具有瞬态电压抑制功能的元件,无正负极之分,这一点不同于TVS,使用时同样是并接与被保护IC或电路,压敏电阻的响应时间会比TVS慢一点。
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压敏电阻电路符号

当加到压敏电阻上的电压超过一定值时,它的阻值会迅速下降,以导通大电流,保护后端电路;当低于其工作电压时,压敏电阻阻值极高,相当于开路,不影响后端电路的工作状态。

压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌能量, 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。

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压敏电阻与被保护设备连接


三、参数解读

如下是一个压敏电阻的SPEC参数。
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压敏电阻电气参数

1. 压敏电压

指击穿电压或阈值电压,特定电流下测得的压敏电阻两端的电压,一般是1mA直流电流通入压敏电阻时测试得到的。一般符号是: V B V_{B} VB@1mA(DC)或者 V 1 m A V_{1mA} V1mA

2. 最大工作电压

分为交流和直流两种情况。对交流来说,一般用AC RMS表示,指的是加在压敏电阻上的交流有效值不能超过这个值,上面SPEC的 V W A C V_{WAC} VWAC指加在压敏电阻上的交流电压有效值不能超过4V。对直流来说,被保护信号或者电路的最高电压不能超过这个值。

SPEC中的 V D C V_{DC} VDC是5.5V,即对于5.5V以上的直流电路来说,这个压敏电阻是不合适的。

3. 最大钳位电压

指施加规定的脉冲能量波形如(8/20µs)时压敏电阻两端电压,从SPEC看,对压敏电阻施加8/20µs脉冲波形时,最大钳位电压是18V。8/20us脉冲指的是8us达到100%Ipp,20us达到50%Ipp。

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4. 能量耐量

指施加规定的脉冲能量波形(如10/1000µs波形)时压敏电阻吸收的最大能量,符号用E表示,单位是J(焦耳Joule),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。

能量耐量的计算公式是: W = K I V T ( J ) W=KIVT(J) W=KIVT(J) I I I是流过压敏电阻的峰值电流, K K K是电流 I I I的波形系数,不同的脉冲波形系数 K K K不同(2ms的方波K=1,8/20μs的波形K=1.4,10/1000μs的波形K=1.4), T T T是电流的持续时间, V V V是在电流为 I I I时压敏电阻两端电压。

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5. 浪涌电流

指的是施加规定的脉冲能量波形(如8/20µs)时,压敏电阻的电气特性不会下降的最大电流,从SPEC上可以看到此压敏电阻,在8/20µs脉冲波形下,最大浪涌电流到3A。

有这么定义的: 1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。

在一些资料上,会有通流容量这个概念,也可以把最大浪涌电流看作通流容量,通流容量比较难计算,多个压敏电阻并联,其压敏电压不变,通流量等于几者之和,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对选型来说,一般参照SPEC即可。

6. 静电电容

指的是压敏电阻器本身固有的电容容量,一般测试条件是振荡器频率为1KHz或1MHz,振荡器电压1Vrms。

7. 漏电流

现在一般SPEC不给出压敏电阻的漏电流参数,漏电流又称为等待电流,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。


四、选型要点

在了解压敏电阻的重要参数后,如何对其选型呢?

  • 在交流电路中: V 1 m A ( m i n ) ≥ ( 2.2 − 2.5 ) ∗ V A C V_{1mA(min)}≥(2.2-2.5)*V_{AC} V1mA(min)(2.22.5)VAC V A C V_{AC} VAC指被保护交流电路工作电压有效值。
  • 在直流回路中: V 1 m A ( m i n ) ≥ ( 1.6 − 2 ) ∗ V D C V_{1mA(min)}≥(1.6-2)*V_{DC} V1mA(min)(1.62)VDC V D C V_{DC} VDC指直流电路工作最大电压。

假设直流回路中,需要被保护的信号电压是3V,那压敏电阻的最小压敏电压为4.8V,一般在选型时,物料的最大容许交流和直流电压都会给出,并且压敏电压也会给出,不超过最大容许电压即可,同时需要注意,不能比最大容许电压小太多,这样电压的正常工作电压会比压敏电压小得更多,上图SPEC中,最大直流容许是5.5V,我们一般3V的电源和信号就可以使用。

  • 如果被保护电路工作电压或耐压较低,而浪涌能量又比较大,则可选择压敏电压 V 1 m A V_{1mA} V1mA 较低、片径较大的压敏电阻器;如果 工作电压或耐压较高,则可选择压敏电压 V 1 m A V_{1mA} V1mA 较高的压敏电阻器,既保护了电路,又能延长压敏电阻寿命。

  • 压敏电阻的电容量一般是几十到几百pF,所以不能用在高频信号中。


五、应用

因为压敏电阻带有电容量成分,一般几十pF到几百pF不等,所以一般压敏需要用在低频信号上。直流电源和交流电源都可以使用。


六、分类

按结构分:可以分为结型压敏电阻器、体型压敏电阻器、单颗粒层压敏电阻器和薄膜压敏电阻器。

按使用材料分:可分为氧化锌压敏电阻器、碳化硅压敏电阻器、金属氧化物压敏电阻器、锗(硅)压敏电阻器、钛酸钡压敏电阻器。

按伏安特性分:可分为对称型压敏电阻器(无极性)和非对称型压敏电阻器(有极性),我们一般使用的压敏电阻都是没有极性的。

压敏电阻属于瞬态抑制器件,有时候可以替代TVS,之前写的TVS选型博客TVS参数、选型、使用注意事项


永远相信美好的事情即将发生!作者记得诚,写于安徽合肥,时间2020-02-25 PM22:00

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