壓敏電阻和應(yīng)用

壓敏電阻是一種無源雙端固態(tài)半導(dǎo)體器件，用于為電氣和電子電路提供保護

與提供過流保護的保險絲或斷路器不同，壓敏電阻通過電壓鉗位提供過壓保護，與齊納二極管類似。

“壓敏電阻”一詞是 VARI -able resi的組合 - STOR 用于描述他們在開發(fā)初期的操作方式，這有點誤導(dǎo)，因為壓敏電阻不能像電位器或變阻器一樣手動變化。

壓敏電阻

但與可變電阻不同，其電阻值可在其最小值和最大值之間手動變化，壓敏電阻自動改變其電阻值隨著電壓的變化使其成為電壓相關(guān)的非線性電阻或簡稱VDR。

現(xiàn)在的電阻體壓敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，使其成為一種具有非歐姆對稱電壓和電流特性的半導(dǎo)體電阻，適用于交流和直流電壓應(yīng)用。

在許多方面，壓敏電阻的尺寸和尺寸相似設(shè)計成電容器并經(jīng)常被混淆為一體。然而，電容器不能像壓敏電阻那樣抑制電壓浪涌。當(dāng)對電路施加高壓浪涌時，結(jié)果通常對電路造成災(zāi)難性影響，因此壓敏電阻在保護精密電子電路免受開關(guān)尖峰和過壓瞬變方面起著重要作用。

瞬態(tài)浪涌源自各種電路和電源，無論它們是由交流電源還是直流電源供電，因為它們通常在電路本身內(nèi)產(chǎn)生或從外部源傳輸?shù)诫娐分?。電路中的瞬態(tài)電壓可以快速上升，將電壓升高到幾千伏，這些電壓尖峰必須防止出現(xiàn)在精密的電子電路和元件上。

最常見的電壓瞬變源之一是由于感應(yīng)線圈和變壓器磁化電流的切換，直流電機開關(guān)應(yīng)用以及熒光照明電路或其他電源浪涌的接通引起的 L（di / dt）效應(yīng)。

交流波形瞬態(tài)

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壓敏電阻通過主電源連接在電路中 - 用于交流操作的中性，相間，或用于直流操作的正到負，并具有適合其應(yīng)用的額定電壓。壓敏電阻也可用于直流電壓穩(wěn)定，特別是用于防止過壓脈沖的電子電路。

壓敏電阻靜電

在正常操作下，壓敏電阻具有非常高的電阻，因此其部分名稱通過允許較低閾值電壓不受影響地以與齊納二極管類似的方式工作。

然而，當(dāng)電壓壓敏電阻兩端（極性值）超過壓敏電阻額定值，其有效電阻隨著電壓的增加而強烈下降，如圖所示。

從歐姆定律我們知道固定電阻的電流 - 電壓（IV）特性如果 R 保持不變，則為直線。然后，電流與電阻兩端的電位差成正比。

但壓敏電阻的I-V曲線不是直線，因為電壓的微小變化會導(dǎo)致電流發(fā)生顯著變化。下面給出了標(biāo)準(zhǔn)壓敏電阻的典型歸一化電壓 - 電流特性曲線。

壓敏電阻特性曲線

從上面我們可以看出，壓敏電阻具有對稱的雙向特性，即壓敏電阻在正弦波形的兩個方向（象限Ι和ΙΙΙ）中工作，其行為方式與連接的兩個齊納二極管相似-to-回來。當(dāng)不導(dǎo)通時，I-V曲線顯示出線性關(guān)系，因為流過壓敏電阻的電流保持恒定，并且只有幾微安的“泄漏”電流。這是因為它的高電阻起到開路的作用，并且在壓敏電阻上的電壓（任一極性）達到特定的“額定電壓”之前保持不變。

這個額定或鉗位電壓是整個電壓。壓敏電阻用規(guī)定的直流電流1mA測量。也就是說，在其端子上施加的DC電壓電平允許1mA的電流流過變阻器電阻體，其本身取決于其構(gòu)造中使用的材料。在此電壓水平下，壓敏電阻開始從其絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。

當(dāng)壓敏電阻兩端的瞬態(tài)電壓等于或大于額定值時，器件的電阻突然變?yōu)橛捎诎雽?dǎo)體材料的雪崩效應(yīng)，非常小的變阻器變成導(dǎo)體。流過壓敏電阻的小漏電流迅速上升，但其上的電壓被限制在恰好高于壓敏電壓的水平。

換句話說，壓敏電阻通過允許更多電壓來自我調(diào)節(jié)其上的瞬態(tài)電壓。電流流過它，由于其陡峭的非線性IV曲線，它可以在很窄的電壓范圍內(nèi)通過各種電流，從而削減任何電壓尖峰。

壓敏電阻電容值

由于在其兩個端子之間的變阻器的主導(dǎo)電區(qū)域表現(xiàn)得像電介質(zhì)，在其鉗位電壓以下，變阻器的作用類似于電容器而不是電阻器。每個半導(dǎo)體壓敏電阻的電容值都直接取決于其面積，并與其厚度成反比。

當(dāng)用于直流電路時，壓敏電阻的電容或多或少保持恒定，前提是所施加的電壓不會增加到鉗位電壓以上，并在接近其最大額定連續(xù)直流電壓時突然下降。

然而，在交流電路中，此電容會影響器件在非導(dǎo)通泄漏區(qū)域的體電阻其IV特征。由于它們通常與電氣設(shè)備并聯(lián)以保護其免受過電壓的影響，因此變阻器的漏電阻隨著頻率的增加而迅速下降。

這種關(guān)系與頻率和由此產(chǎn)生的并聯(lián)電阻近似成線性關(guān)系。 ，對于普通電容器，其AC電抗 Xc 可以使用通常的 1 /（2πC）來計算。然后隨著頻率的增加，其泄漏電流也隨之增加。

但是，除了基于硅半導(dǎo)體的壓敏電阻外，還開發(fā)了金屬氧化物壓敏電阻，以克服與碳化硅材料相關(guān)的一些局限性。

金屬氧化物壓敏電阻

金屬氧化物壓敏電阻或MOV，是一種電壓相關(guān)電阻，其中電阻材料是金屬氧化物，主要是氧化鋅（ZnO）壓制成陶瓷狀材料。金屬氧化物壓敏電阻由大約90％的氧化鋅作為陶瓷基材和其他填充材料組成，用于形成氧化鋅顆粒之間的連接點。

金屬氧化物壓敏電阻是目前最常見的電壓鉗位裝置可用于各種電壓和電流。在其結(jié)構(gòu)中使用金屬氧化物意味著MOV在吸收短期電壓瞬變方面非常有效，并且具有更高的能量處理能力。

與普通壓敏電阻一樣，金屬氧化物壓敏電阻在特定情況下開始傳導(dǎo)當(dāng)電壓低于閾值電壓時，電壓停止導(dǎo)通。標(biāo)準(zhǔn)碳化硅（SiC）壓敏電阻和MOV型壓敏電阻之間的主要區(qū)別在于，通過MOV的氧化鋅材料的漏電流在正常工作條件下是非常小的電流，并且其在鉗位瞬態(tài)中的操作速度要快得多。

MOV通常具有徑向引線和堅硬的外部藍色或黑色環(huán)氧樹脂涂層，其非常類似于圓盤陶瓷電容器，并且可以以類似的方式物理地安裝在電路板和PCB上。典型金屬氧化物壓敏電阻的構(gòu)造如下：

金屬氧化物壓敏電阻構(gòu)造

要為特定應(yīng)用選擇正確的MOV，需要了解源阻抗和瞬態(tài)脈沖功率。對于輸入線路或相位瞬變，正確的MOV的選擇稍微困難一些，因為通常電源的特性是未知的。一般來說，MOV選擇用于電路電源瞬變和尖峰的電氣保護通常只是一個有根據(jù)的猜測。

然而，金屬氧化物壓敏電阻可用于各種變阻器電壓，從大約10伏到1000伏以上的交流電或直流電，因此可以通過了解電源電壓來幫助選擇。例如，選擇MOV或硅壓敏電阻，對于電壓，其最大連續(xù)均方根電壓額定值應(yīng)略高于最高預(yù)期電源電壓，例如120伏電源為130伏有效值，230伏為260伏有效值供應(yīng)。

壓敏電阻的最大浪涌電流值取決于瞬態(tài)脈沖寬度和脈沖重復(fù)次數(shù)?？梢詫λ矐B(tài)脈沖的寬度做出假設(shè)，其通常為20至50微秒（μs）長。如果峰值脈沖電流額定值不足，則壓敏電阻可能會過熱并損壞。因此，如果壓敏電阻在沒有任何故障或降級的情況下運行，它必須能夠快速消耗瞬態(tài)脈沖的吸收能量并安全返回其預(yù)脈沖狀態(tài)。

壓敏電阻應(yīng)用

壓敏電阻具有許多優(yōu)點，可用于許多不同類型的應(yīng)用，用于抑制從家用電器和照明到交流或直流電源線上的工業(yè)設(shè)備的電源瞬變。壓敏電阻可以直接連接在主電源和半導(dǎo)體開關(guān)之間，用于保護晶體管，MOSFET和晶閘管橋。

壓敏電阻應(yīng)用

壓敏電阻匯總

在本教程中，我們已經(jīng)看到電壓相關(guān)電阻或VDR的基本功能是保護電子設(shè)備和電路免受電壓浪涌的影響。尖峰，例如由感應(yīng)開關(guān)瞬變產(chǎn)生的尖峰。

由于這種變阻器用于敏感電子電路，以確保如果電壓突然超過預(yù)定值，壓敏電阻將有效地成為短路保護壓電電路由于能夠承受數(shù)百安培的峰值電流而從電壓分流的電路。

壓敏電阻是一種具有非線性，非歐姆電流電壓特性且可靠的電阻器提供過電壓保護的經(jīng)濟方法nts和surges。

他們通過在較低電壓下充當(dāng)高阻阻斷器件并在較高電壓下充當(dāng)良好的低電阻導(dǎo)電器件來實現(xiàn)這一目標(biāo)。壓敏電阻在保護電氣或電子電路方面的有效性取決于壓敏電阻在電壓，電流和能量耗散方面的正確選擇。

金屬氧化物壓敏電阻或MOV通常由小圓盤制成形金屬氧化鋅材料。它們具有特定電壓范圍的許多值。 MOV的額定電壓稱為“變阻器電壓”，當(dāng)電流為1mA時，壓敏電阻上的電壓通過器件。當(dāng)器件開始導(dǎo)通時，該變阻器電壓電平基本上是I-V特性曲線上的點。金屬氧化物壓敏電阻也可以串聯(lián)連接，以提高額定鉗位電壓。

雖然金屬氧化物壓敏電阻廣泛用于許多交流電力電子電路，以防止瞬態(tài)過電壓，但也有其他類型的固體狀態(tài)電壓抑制設(shè)備，如二極管，齊納二極管和抑制器，它們都可以用于某些交流或直流電壓抑制應(yīng)用以及壓敏電阻。