压敏电阻选型与应用

1、氧化锌压敏电阻器应用原理
压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。
压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比TVS管稍慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围，很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中，应用在交流电路的保护中时，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。压敏电阻的通流容量较大，但比气体放电管小。
压敏电阻器与被保护的电器设备或元器件并联使用。当电路中出现雷电过电压或瞬态操作过电压Vs时，压敏电阻器和被保护的设备及元器件同时承受Vs，由于压敏电阻器响应速度很快，它以纳秒级时间迅速呈现优良非线性导电特性(见图3中击穿区)，此时压敏电阻器两端电压迅速下降，远远小于Vs，这样被保护的设备及元器件上实际承受的电压就远低于过电压Vs，从而使设备及元器件免遭过电压的冲击。
2、氧化锌压敏电阻器压敏电压的选择
根据被保护电源电压选择压敏电阻器的规定电流下的电压V1mA。一般选择原则为：
对于直流回路：V1mA≥2.0VDC
对于交流回路：V1mA≥2.2V有效值
特别指出对于压敏电阻压敏电压的选择标准是要高于供电电压，在能够满足可以保护需要保护器件的的同时，尽可能选择压敏电压高的压敏电阻，这样不仅可以保护器件，也能提高压敏电阻的使用寿命。比如要保护的器件耐压为Vdc=550Vdc,器件的工作电压V=300Vdc,那么我们选择压敏电阻就应该是压敏电压为470V的压敏电阻，压敏电压范围是(423-517)，压敏电压最大负误差470-47=423Vdc大于器件的供电电压300Vac，最大正误差为470 47=517Vdc小于器件的耐压550Vdc。
选用时还必须注意：
（1）必须保证在电压波动最大时，连续工作电压也不会超过最大允许值，否则将缩短压敏电阻的使用寿命；
（2）在电源线与大地间使用压敏电阻时，有时由于接地不良而使线与地之间电压上升，所以通常采用比线与线间使用场合更高标称电压的压敏电阻器。
3、通流量的选取
通常产品给出的通流量是按产品标准给定的波形、冲击次数和间隙时间进行脉冲试验时产品所能承受的最大电流值。而产品所能承受的冲击数是波形、幅值和间隙时间的函数，当电流波形幅值降低50％时冲击次数可增加一倍，所以在实际应用中，压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量。
4、应用
图1所示是采用压敏电压器进行电路浪涌和瞬变防护时的电路连接图。对于压敏电阻的应用连接，大致可分为四种类型：
第一种类型是电源线之间或电源线和大地之间的连接，如图1（a）所示。作为压敏电阻器，最具有代表性的使用场合是在电源线及长距离传输的信号线遇到雷击而使导线存在浪涌脉冲等情况下对电子产品起保护作用。一般在线间接入压敏电阻器可对线间的感应脉冲有效，而在线与地间接入压敏电阻则对传输线和大地间的感应脉冲有效。若进一步将线间连接与线地连接两种形式组合起来，则可对浪涌脉冲有更好的吸收作用。
第二种类型为负荷中的连接，见图1（b）。它主要用于对感性负载突然开闭引起的感应脉冲进行吸收，以防止元件受到破坏。一般来说，只要并联在感性负载上就可以了，但根据电流种类和能量大小的不同，可以考虑与R－C串联吸收电路合用。
第三种类型是接点间的连接，见图1（c）。这种连接主要是为了防止感应电荷开关接点被电弧烧坏的情况发生，一般与接点并联接入压敏电阻器即可。
　　第四种类型主要用于半导体器件的保护连接，见图1（d）。这种连接方式主要用于可控硅、大功率三极管等半导体器件，一般采用与保护器件并联的方式，以限制电压低于被保护器件的耐压等级，这对半导体器件是一种有效的保护。

5、选型原则
如果电器设备耐压水平Vo较低，而浪涌能量又比较大，则可选择压敏电压V1mA较低、片径较大的压敏电阻器；如果Vo较高，则可选择压敏电压V1mA较高的压敏电阻器，这样既可以保护电器设备，又能延长压敏电阻使用寿命。
压敏电阻器主要应用于各种电子产品的过电压保护电路中，它有多种型号和规格。所选压敏电阻器的主要参数（包括标称电压、最大连续工作电压、最大限制电压、通流容量等）必须符合应用电路的要求，尤其是标称电压要准确。标称电压过高，压敏电阻器起不到过电压保护作用，标称电压过低，压敏电阻器容易误动作或被击穿。
6、氧化锌压敏电阻器的使用方法
压敏电阻器是一种无极性过电压保护元件，无论是交流还是直流电路，只需将压敏电阻器与被保护电器设备或元器件并联即可达到保护设备的目的(如图4所示)

当过电压幅值高于规定电流下的电压，过电流幅值小于压敏电阻器的最大峰值电流时(若无压敏电阻器足以使设备元器件破坏)，压敏电阻器处于击穿区，可将过电压瞬时限制在很低的幅值上，此时通过压敏电阻器的浪涌电流幅值不大(<100A/cm2),不足以对压敏电阻器产生劣化；当过电压幅值很高时，压敏电阻器将过电压限制在较低的水平上(小于设备的耐压水平)，同时通过压敏电阻器的冲击电流很大，使压敏电阻器性能劣化即将失效，这时通过熔断器的电流很大，熔断器断开，这样既可使电器设备、元器件免受过电压冲击，也可避免由于压敏电阻器的劣化击穿造成线路L-N、L-PE之间短路(推荐的熔断器规格见表1)。

压敏电阻器在电路的过电压防护中，如果正常工作在图3的预击穿区和击穿区，理论上是不会损坏的。但由于压敏电阻器要长期承受电源电压，电路中暂态过电压、超能量过电压随机的不断冲击及吸收电路储能元件释放能量，因此，压敏电阻器也是会损坏的，它的寿命根据所在电路经受的过电压幅值和能量的不同而不同。