2019年05月23日

压敏电阻及应用

2012 年 1 月 6 日
 

压敏电阻器简称压敏电阻.它是在某一特定的电压范围内其电导随电压的增加而急剧增大的一种敏感元件。由其具有稳压和过电压保护等功能,故人们也将其称为“限幅器”、“斩波器”或“浪涌吸收器”.还称其为是家用电器和各种电器设备及电子器件的“安全卫士”或“警卫员”。

一、压敏电阻的主要特性

压敏电阻的种类很多.其中最有代表性的当首推氧化锌压敏电阻。这种电子陶瓷半导体元件的微观结构如图1.其基片是由大量的氧化锌晶粒及晶粒周围呈P型半导体性质的以氧化铋为主要成份的晶界层所组成。每个晶粒与晶界层形成一个相当齐纳二极管的PN结势垒.构成

一个单元。很明显,基片内串联的单元越多.击穿电压也就越高;并联的单元越多。

横截面积越大.其通流容量也就越大。氧化锌压敏电阻的伏安特性如图2。这种对称型的伏安特性可用于吸收交流或直流正、负极性的浪涌电压。在一定的电压范围内.其阻抗接近于开路状态.只有微安级的漏电流通过,故功耗甚微。该元件的适用电压范围特别广.可从几伏到几十万伏,而且对过电压的响应时间非常快.一般不大干50 n S:当电压达到一

定值。压敏电阻中的电流陡然增大。它承受电流的能力非常惊人,可达几十千安,而且不会导致电流的上升速率增大.不会产生续流和放电延迟现象。虽然压敏电阻的瞬时功率非常大,但平均持续功率却很小.故不能长时间工作于导通状态。

表示压敏电阻特性的参数有数个.其中最重要的就是压敏电压和通流容量。所谓压敏电压。是指压敏电阻在一定沮度范围内规定电流下的电压降。通常规定电流为1m A直流,该基准电流下的压敏电压记作V lmA。必须指出的是。压敏电阻的残压与压敏电压并非同一概念,它是压敏电阻通过某一给定的脉冲电流在其两端产生的电压降。压敏电阻的耐浪涌能力用通流容量表示。所谓通流容量。是指按规定的时间间隔和次数,在压敏电阻上施加规定的波形电流冲击时,压敏电压参数变化不超过规定值的最大峰值电流。目前测试该参数大多采用8×20uS的冲击波形,要求VlmA的变化率不超过±lO%。

压敏电阻的外形封装主要有片状引线型、环型、芯轴型和圆柱型油浸罐式几种。其中.大通流容量的压敏电阻采用后两种封装形式。

二,压敏电阻的正确选用

压敏电阻的图形符号如图3。

其中图3(a)、(b)分别为国标规定符号和国内常用符号;图3(c)、(d)分别为日本及其它国家所采用的符号。压敏电阻用字母R或RV表示。

正确选用压敏电阻,首先必须了解压敏电阻型号的组成与含义。压敏电阻的型号通常由以下五部分组成:

M Y口-口口口

其中。第1部分“M Y”表示压敏电阻;第Ⅱ部分用汉语拼音字母表示产品的分类与用途,如果J、W、G、L、H、Z、B、D等分别代表家用、稳压、过压保护、防雷、灭弧、消噪、补偿、通用;第Ⅲ部分表示以mm作为计量单位的基片直径;第Ⅳ部分用字母表示电压允许误差.如K±lO%.M±20%;第V部分表看标称压敏电压,可以带计量单位。当不带计量单位(V)采用三位数字表示压敏电压时.若V lmA是两位数,后面要加“O”。20则表示82V;如V lmA是三位数且末位数是0,如820V,应用82l表示;而8200 V则用822表示。例如型号MYGlOK47l表示是过压保护用压敏电阻,瓷片直径lO m m,允许偏差±lO%.标称电压是.470 V。由于目前国内在该产品的型号组成上尚未达到完全统一。故选用时应以产品样本为准。例如,某压敏电阻型号为M Y L 30-470V/5K A-K.则表示防雷用压敏电阻,基体直径30mm,压敏电压470V.通流容量5kA,电压允差±10%。

压敏电阻的正确选择和使用.要注意以下几点:

1.压敏电压参数的选择。该参数的选取,要根据实际电路和电源情况而定。若压敏电阻用于过压保护,其标称电压必须高于实际电路的电压值。在直流电压Vdc下,一般取V1mA=(1.5~2.2)Vdc;当用于交流电压Vac(有效值)下时.则取VlmA=(1.8~2.5)Vac;若压敏电阻上的电压是脉冲电压,则Vlma=(1.4~2)×脉冲电压幅值。如果压敏电阻在电路中处于间断工作状态.以上各式的系数宜取得小一些;若其长时间工作于不间断状态,系数应取大一点。V1mA的上限则由被保护器件或装置的耐压所决定。压敏电阻在吸收过电压时的残压应被抑制在器件或装置的耐压以下。虽然压敏电压选择低一些有利于提高

保护效果,但如果选择过低,电压稍一升高压敏电阻就会导通漉过大电流,易引起元件温升加剧甚至被烧毁。

2.通流容量的选取。为延长压敏电阻的使用寿命并为电子线路提供可靠保护,该参数的选择应留有充分余量。根据经验,一般用于操作过电压保护时,压敏电阻的通漉容量选择1 KA~5 KA;如用于防雷浪涌保护,可选用2 KA~20KA的元件。

3.当压敏电阻串联使用时,应确保每只压敏电阻的通流容量相同,特性相近。串联后的最大允许电路电压等于各只压敏电阻最大允许电路电压之和。在浪涌电流特别大的情况下也可将若干只压敏电阻并联使用,但要保证每只元件的压敏电压相同和伏安特性一致。并联后的压敏电压不变,总通流容量为各个压敏电阻的通流容量之和。由于串并联的只数增加往往使-口可靠性降低,故应控制串并联压敏电阻的数量。

4.由于压敏电阻的固有静态电容从几百到几千徽微法,在频率较高时应选用容值小的压敏电阻,并要在压敏电阻上串接高频阻流圈,以减小高频信号衰减。

此外,使用压敏电阻还要使引线与接线尽可能短。用作雷浪涌吸收时务必注意要可靠接地。

三、压敏电阻应用实例

家用电器及各种电子设备可靠性与安全性要求的日益提高,使压敏电阻的应用也日益广泛。现仅就其在过电压保护方面的应用作一简单介绍,期望起到抛砖引玉之作用。

(一)电源电路的过压保护

压敏电阻用于彩色电视机电源输入端的电路如图4。

交流电源一旦因某种因素导致电压升高或因错相引入380 V的电压而超过压敏电阻R V 1的压敏电压,R V 1即刻导通流过大电流,使F熔断,从而防止了电源过电压侵入到机内把电子元器件毁坏。F延时熔断后氖泡点亮,发出F熔断的警告。在消磁电路中,与P T C热敏电阻和消磁线圈串接的压敏电阻R V 2,既对消磁电路起到保护作用,又可降低P T C元件的耐压要求。东芝G R系列电冰箱控

制电路电源输入侧就采用了T N R80l 15G 471 K型压敏电阻,F55录象机则采用了EN B 46l D型压敏电阻。压敏电阻用作按键式电话机电源过压保护的电路如图5。

图6示出了新一代高灵敏度漏电保护器电路。

交流电源一旦出现过电压,R V立刻导通。零序互感器次级随即产生感生电流,并通过电阻转换成电压输入到I C放大器。放大后的信号使S C R导通,脱扣器动作,在O.1 S内切断交流电源。

压敏电阻不仅可用于电源变压器或整流器的输入端,也可用到其输出侧。象夏普彩电直流电源采用一仅115V~135 V的R I MV型稳压二极管作过压保护,该器件在市场上不易买到,在维修时若采用压敏电阻取而代之,非常经济方便。

(二)电子器件的保护典型的晶体管过压保护电路如图7。

在此类电路中,R V的压敏电

压必须高于电源电压但又必须低于晶体管的击穿电压BVceo。其中,图7(b)是电视机的场输出级电路。在帧回扫期问,晶体管的集电极电压等于电源电压与扼流圈产生的反峰电压之和。R V的作用是将该反峰电压抑制在R V的残压之下,使晶体管免遭击穿。用R V作为集成电路(IC)浪涌吸收器的电路如图8。R V将过电压限幅再经R C积分电路进一步消除噪声影响,使I C得到保护。除此之外,压敏电阻还可用于功率二极臂,晶闸管和固态继电器等电

子器件或组件的保护。特别是采用压敏电阻器去消除显象管的极问跳火.要比放电管或金属间隙片可靠得多,

(三)操作过电压保护

在含有继电器、接触器、电磁离合器等感性负载的电路中,当切断电路瞬间.电漉在负荷与电源两侧产生的过电压可以超过电源电压的数十倍,在触点间产生电弧和火花放电.不仅易损坏触头,导致器件击穿,面且会使其它系统产生误动作。将压敏电阻与继电器电感线圈或触点并联,如图9,感性负载储存的能量可通过R V泄放吸收。

(四)雷浪涌保护

直击雷、感应雷或沿电源线进入系统的浸入波这种大气过电压所产生的电流上升时间非常快,持续时问仅几十徽秒.峰值电流达几十安到几百安,对电力等系统的用电设备破坏作用很大。压敏电阻用作避雷器,如图10,雷浪涌电压和电流可经线一地问的R V入地,而且它们的对地电压之差又受到线~线问R V的进一步抑制。图11示出了公用天线电规(CATV)系统的CA放大器、混合器的过电压保护电路示意图。

压敏电阻的应用实例繁花似锦.而且正继续向一切可能应用的领域渗透。


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