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压敏电阻应若何运用?一文读懂压敏电阻的事理及运用方法_压敏电阻_电压

admin 2025-01-14 17:06:41 0

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一、压敏电阻的事理

压敏电阻意思是“在一定电流电压范围内电阻值随电压而变”,或者是说“电阻值对电压敏感”的阻器。
相应的英文名称叫“VoltageDependentResistor”简写为“VDR”。

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随着加在它上面的电压不断增大,它的电阻值可以从 MΩ(兆欧)级变到 mΩ(毫欧)级。
当电压较低时,压敏电阻事情于泄电流区,呈现很大的电阻,泄电流很小;当电压升高进入非线性区后,电流在相称大的范围内变革时,电压变革不大,呈现较好的限压特性;电压再升高,压敏电阻进入饱和区,呈现一个很小的线性电阻,由于电流很大,韶光一长就会使压敏电阻过热烧毁乃至炸裂。
正常利用时压敏电阻处于泄电流区,受到浪涌冲击时进入非线性区泄放浪涌电流,一样平常不能进入饱和区

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(图片来自网络侵删)

压敏电阻器的电阻体材料是半导体,以是它是半导体电阻器的一个品种。
现在大量利用的\"大众氧化锌\"大众(ZnO)压敏电阻器,它的主体材料有二价元素(Zn)和六价元素氧(O)所构成。
以是从材料的角度来看,氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。

二、压敏电阻的浸染

压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值\"大众UN\公众时,流过它的电流极小,相称于一只关去世的阀门,当电压超过 UN 时,流过它的电流激增,相称于阀门打开。
利用这一功能,可以抑制电路中常常涌现的非常过电压,保护电路免受过电压的危害。

压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件,可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。
压敏电阻器可以对 IC 及其它设备的电路进行保护,防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流(如雷击等)而造成对它们的破坏。
利用时只需将压敏电阻器并接于被保护的 IC 或设备电路上,当电压瞬间高于某一数值时,压敏电阻器阻值迅速低落,导通大电流,从而保护 IC 或电器设备;当电压低于压敏电阻器事情电压值时,压敏电阻器阻值极高,近乎开路,因而不会影响器件或电器设备的正常事情。

三、压敏电阻的标称参数

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。
压敏电阻虽然能接管很大的浪涌电能量,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。

四、压敏电阻的特性参数

①压敏电压 UN(U1mA):常日以在压敏电阻上通过 1mA 直流电流时的电压来表示其是否导通的标志电压,这个电压就称为压敏电压 UN。
压敏电压也常用符号 U1mA 表示。
压敏电压的偏差范围一样平常是±10%。
在试验和实际利用中,常日把压敏电压从正常值低落 10%作为压敏电阻失落效的判据。

②最大持续事情电压 UC:指压敏电阻能长期承受的最大互换电压(有效值)Uac 或最大直流电压 Udc。
一样平常 Uac≈0.64U1mA,Udc≈0.83U1mA。

③通流量(最大冲击电流)IP:指压敏电阻能够承受的 8/20μs 波的最大冲击电流峰值。
“能够承受”的含义是,冲击后压敏电压的变革率不大于 10%。
现行的技能规格书中常日都给出了冲击 1 次的 IP 值。

④最大箝位电压(限定电压)VC:技能规格书中给出的最大箝位电压值是指给压敏电阻施加规定的 8/20μs 波冲击电流 IX(A)时压敏电阻上呈现的电压。

实际利用中,压敏电压越高,施加的冲击电流越大,限定电压(或称残压)就越高,可从产品给出的 V-I 曲线上查到。

⑤额定能量 E:额定能量是指压敏电阻能够承受规定波形的冲击电流冲击一次的最大能量(冲击后压敏电压的变革率不大于 10%),可用下式表示:

E=KIPVCT

式中:IP、VC 见上,T 为脉冲宽度,K 为与波形有关的常数。
对付 8/20μs 波和 10/1000μs 波,K=1.4;对付 2ms 方波,K=1。

⑥额定功率(最大均匀功率)Pm:指压敏电阻在室温下,连续承受多次冲击,且各次冲击之间间隔韶光较短,因而有热积累效应的情形下,能够承受的最大均匀功率。
只管压敏电阻能承受很大的脉冲功率,但能承受的均匀功率却很小。

⑦电容 C0:指压敏电阻两电极间呈现的电容,在几 pF~几百 nF 的范围内。
体积越小,压敏电压越高,电容越小。

⑧泄电流 Il:给压敏电阻施加最大直流电压 Udc 时流过的电流。
丈量泄电流时,常日给压敏电阻加上 Udc=0.83U1mA 的电压(有时也用 0.75U1mA)。
一样平常哀求静态泄电流 Il≤20μA(也有哀求≤10μA 的)。
在实际利用中,更关心的不是静态泄电流值本身的大小,而是它的稳定性,即在冲击试验后或在高温条件下的变革率。
在冲击试验后或在高温条件下其变革率不超过一倍,即认为是稳定的。

⑨非线性指数α:指电压的变革对电流的影响能力,可用公式表示为:

I=KUα或α=loglog

由前式可见,α越大表明电压的变革对电流的影响能力越大,非线性特性越好。
由后式可见,α是伏安特性上各点斜率的倒数,特性越平坦的地方,α越大(泄电流区和饱和区α=1,又称低α区)。
用仪器丈量时,一样平常设定 I2=1mA,I1=0.1mA,以是

αT=1/log(U1mA/U0.1mA)

五、压敏电阻的降额特性

对压敏电阻进行冲击试验时,随着所要进行的冲击次数的增加,每次所施加的冲击电流要相应地减小。
例如:Ф20 基片的标准压敏电阻(U1mA≥82V 的),其降额特性如下表所示(可从厂家给出的浪涌寿命次数定额曲线中查到):

许可冲击次数 1 次 2 次 10 次 100 次 1000 次 10000 次

每次冲击电流 6500A4000A2000A1000A430A200A

六、压敏电阻的丈量

丈量时将万用表置 10k 档,表笔接于电阻两端,万用表上应显示出压敏电阻上标示的阻值,如果超出这个数值很大,则解释压敏电阻已损

七、压敏电阻的选型

压敏电阻的选用,一样平常选择标称压敏电压 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,大多数情形下用 1mA 直流电流利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。
可根据详细须要精确选用。
一样平常 1mA=“1”.5Vp=“2”.2VAC,式中,Vp 为电路额定电压的峰值。
VAC 为额定互换电压的有效值。
ZnO 压敏电阻的电压值选择是至关主要的,它关系到保护效果与利用寿命。
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××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℃情形下,对付规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言,压敏电压的变革不超过±10%时的最大脉冲电流值。
为了延长器件的利用寿命,ZnO 压敏电阻所接管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,哀求所选用的通流量大一些好。
在许多情形下,实际发生的通流量是很难精确打算的,则选用 2-20KA 的产品。
如手头产品的通流量不能知足利用哀求时,可将几只单个的压敏电阻并联利用,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。
哀求并联的压敏电阻伏安特性只管即便相同,否则易引起分流不屈均而破坏压敏电阻。

八、压敏电阻的利用

压敏电阻一样平常并联在电路中利用,当电阻两端的电压发生急剧变革时,电阻短路将电流保险丝熔断,起到保护浸染。
压敏电阻在电路中,常用于电源过压保护和稳压。

电源防雷器的可靠性、安全性在很大程度上依赖于压敏电阻的精确利用,以下原则可供给用参考。
特殊要指出的是,在电源防雷设计中还要考虑各个地方的电源质量差别、雷击频度和强度的差别、被保护设备的安装利用情形和冲击耐受能力等的差别,不能用一个公式照搬照套。
设计好的防雷保护装置必须在现场利用条件下或尽可能靠近真实情形的仿照条件下进行试验验证。

①压敏电压的打算:

一样平常可用下式打算:

U1mA=KUac

式中:K 为与电源质量有关的系数,一样平常取 K=(2~3),电源质量较好的城市可取小些,电源质量较差的屯子(特殊是山区)可取大些。
Uac 为互换电源电压有效值。
对付 220V~240V 互换电源防雷器,应选用压敏电压为 470V~620V 的压敏电阻较得当。
选用压敏电压高一点的压敏电阻,可以降落故障率,延长利用寿命,但残压略有增大。

②标称放电电流的打算:

压敏电阻的标称放电电流应大于哀求承受的浪涌电流或每年可能涌现的最大浪涌电流。
标称放电电流应按压敏电阻浪涌寿命次数定额曲线中冲击 10 次以上的数值进行打算,约为最大冲击通流量的 30%(即 0.3IP)旁边。

③压敏电阻的并联:

当一个压敏电阻知足不了标称放电电流的哀求时,应采取多个压敏电阻并联利用。
有时为了降落限定电压,纵然标称放电电流知足哀求也采取多个压敏电阻并联。
要特殊把稳的是,压敏电阻并联利用时,一定要严格挑选参数同等的(例如:ΔU1mA≤3V,Δα≤3)进行配对,以担保电流的均匀分配。

九、压敏电阻利用时的把稳事变

压敏电阻的失落效模式常日是短路,为了防止压敏电阻的失落效造成电源短路而动怒,可以在每个压敏电阻上串联一个温度保险管或热分开机构。
温度保险管应与压敏电阻有良好的热耦合,当压敏电阻失落效(高阻抗短路)时,它所产生的热量把温度保险管熔断,从而使失落效的压敏电阻与电路分离,确保设备的安全。
当较高的工频暂时过电压浸染在压敏电阻上时,可能使压敏电阻瞬间击穿短路(低阻抗短路),而温度保险管还来不及熔断,还可能动怒。
为避免这种征象发生,可在每个压敏电阻上再串联一个耐冲击工频保险丝(单用工频保险丝则在老化失落效时可能不熔断)。
也可以把压敏电阻与陶瓷气体放电管串联利用,正常事情时陶瓷气体放电管不导通,压敏电阻没有泄电流,可以大大延长利用寿命;受浪涌冲击时,陶瓷气体放电管首先击穿,然后由压敏电阻限定浪涌电压,总的残压为两者之和,略有增大(几十伏);冲击过去后,由于压敏电阻限定了电流,放电管不能坚持导通而熄弧,规复为正常事情状态;当压敏电阻短路失落效后,因陶瓷气体放电管流过很大的工频电流也会很快失落效,但它的失落效模式绝大多数是开路,因而不易引动怒警。

以是,我们设备中压敏电阻的选型基本没有缺点,根据公式,该当选取压敏电压即标称电压为 130V 的压敏电阻,根据就上不就下的原则,实际该当选取 14D151 型号。
而且,在实际利用方法上,我们不应该直接将压敏电阻并接,根据实际情形,该当把压敏电阻与陶瓷气体放电管串联利用。

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