电阻篇 | 二、压敏电阻
定义
压敏电阻是一种具有非线性伏安特性得电阻器件,无极性,主要用在电路承受过压时进行电压钳位,吸收多余得电流以保护敏感器件,英文名称 Voltage Dependent Resistor,简称VDR,或者叫做Varistor。
工作原理
压敏电阻时一种限压型保护器件,利用压敏电阻得非线性特征,当过电压在非线性压敏电阻两端时,压敏电阻可以将电压钳位在一个相对固定得电压值,从而实现对后级电路得保护,具体实现过程理解,当加在压敏电阻两端得电压低于其阈值时,流过压敏电阻的电流极小,它相当于一个组织无穷大的电阻,这时压敏电阻相当于一个断开的开关。当加在压敏电阻两端的电压高于其阈值时,流过它的电流激增,它相当于一个阻值无穷小的电阻,这时压敏电阻相当于一个闭合的开关。
主要作用
压敏电阻主要用于雷击,浪涌等瞬态过电压保护。
失效模式
压敏电阻会在所加电压过大时短路,压敏电阻承受高压出现雪崩击穿后会使压敏电阻充当分流器,基于这一特性,可以防止在未检测到保护电路故障时,可能导致的负载算坏,使用压敏电阻时,选择对重复浪涌具有重复耐久性的压敏电阻。
压敏电阻标识
压敏电阻实物常见未蓝色和黄色,07D471K,07D代表圆形外径7mm,471代表压敏电阻值470V,K代表误差±10%(J ±5%,L±15%,M±20%)
压敏电阻基本参数
以上图05D180K型号参数为例说明
①Maximum Allowable Voltage 最大连续工作电压,需要略低于压敏电压值,不然最大连续电压在压敏电压值附近会影响压敏电阻的使用寿命。
②Varistor Voltage(@1mA DC)压敏电压,指通过规定持续时间的脉冲电流,一般为1mA,持续时间一般小于400ms时压敏电阻器两端的电压值即在1mA的时候施加直流电压,当超过18V时,电压钳位在18V。
③Clamping Voltage@Test currnet(@8/20us)最大限制电压,在压敏能够承受的最大脉冲峰值电流Ip及规定波形下压敏电阻两端电压峰值,即超过40V施加1A电流,该压敏电阻会被损坏的。
④Maximum Energy(@10/1000us)最大能量,压敏电阻所吸收的能量按照下面公式计算,W = KIVT(J)
K 电流I的波形系数 (2ms方波K=1,8/20us方波K=1.4,10/1000us方波 K=1.4 )
I 流过压敏电阻的峰值电流
V 在电流I流过压敏电阻时压敏电阻两端的电压
T 电流的持续时间
⑤Maximum Peak Current(@8/20us)最大峰值电流,以特定的脉冲电流8/20us波形冲击压敏电阻器一次或者两次,每间隔5分钟,使的压敏电压变化仍在10%以内的最大冲击电流。
⑥Rated Power 额定功率,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,并且冲击后压敏电压变化率不大于10%。
⑦Typical Capacitance @1kHz 压敏电阻的结电容一般为几百到几千pF,因为其结电容较大会增加漏电流,在设计防护电路时需要充分考虑,很多情况下,不宜直接应用在高频信号线路保护中。 电容太小会影响信号响应时间,压敏电阻的响应时间为纳秒级,用于电力电子装置的过电压保护,其响应速度可以满足要求。
压敏电阻浪涌抑制示意图
压敏电阻典型电路
图所示为小功率电源模块中常用的EMC前级原理图,FUSE为保险丝,MOV为压敏电阻,Cx为X电容,LDM为差模电感,Lcm为共模电感,Cy1和Cy2为Y电容,NTC为热敏电阻。其中Y电容、共模电感等的主要作用虽然不是为了改善电路的浪涌抗扰度,但它们却间接地影响了抗浪涌电路的设计。