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                               壓敏電阻選擇方法及計算

尺有所短、寸有所長    壓敏電阻的選擇  

1、             壓敏電阻的命名；

我國規(guī)定壓敏電阻用“MY”表示.。J為家用、后綴字母W－穩(wěn)壓 G－過壓 P高頻電路 L－防雷 H－滅弧 Z－消噪 B－補償 C－消磁 N－高性能或高可靠。

2、壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌量，但不能承受毫安級以上的持續(xù)電流，在用作過壓保護時必須考慮到這一點。

3、選用壓敏電阻時一般選擇標稱壓敏電壓（VIma）和通流容量兩個參數(shù) 1）壓敏電壓；即擊穿電壓或閥值電壓指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻時測得的電壓值，其產(chǎn)品電壓范圍可從10－9000v不等，可根據(jù)需要正確選用。一般Vima＝1.5Vp＝2.2VAC（vp是電路額定電流的峰值，VAC是額定交流電壓的有效值。）Zno（氧化鋅）壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到保護效果與使用壽命，如家電用額定電壓是220v則；vima＝1.5vp＝1.5×根號2×220＝467v；因此vima值可選；vima＝2.2VAC=2.2×220＝484v；可在470－484v之間選擇。 

2）通流容量；指大脈沖電流的峰值是在環(huán)境溫度25c°在時規(guī)定的沖擊電流波形和沖擊次數(shù)而言，壓敏電阻的變化不超過10％時的大脈沖電流值。

壓敏電阻的選擇與使用 

2008年12月26日 星期五 09:11 引用 壓敏電阻的選擇與使用 

壓敏電阻的測量： 壓敏電阻一般并聯(lián)在電路中使用，當電阻兩端的電壓發(fā)生急劇變化時，電阻短路將電流保險絲熔斷，起到保護作用。壓敏電阻在電路中，常用于電源過壓保護和穩(wěn)壓。測量時將萬用表置10k檔，表筆接于電阻兩端，萬用表上應(yīng)顯示出壓敏電阻上標示的阻值，如果超出這個數(shù)值很大，則說明壓敏電阻已損。   

壓敏電阻標稱參數(shù)

壓敏電阻用字母“MY”表示，如加J為家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用于穩(wěn)壓、過壓保護、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補償、消磁、高能或高可靠等方面。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級以上的持續(xù)電流，在用作過壓保護時必須考慮到這一點。壓敏電阻的選用，一般選擇標稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數(shù)。

1、所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10－9000V不等?？筛鶕?jù)具體需要正確選用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到保護效果與使用壽命。如一臺用電器的額定電源電壓為220V，則壓敏電阻電壓值

V1mA=1.5Vp=1.5××220V=476V，V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V，因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470－480V之間。

2、所謂通流容量，即大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25℃情況下，對于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過±10％時的大脈沖電流值。為了延長器件的使用壽命，ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應(yīng)小于手冊中給出的產(chǎn)品大通流量。然而從保護效果出發(fā)，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下，實際發(fā)生的通流量是很難精確計算的，則選用2－20KA的產(chǎn)品。如手頭產(chǎn)品的通流量不能滿足使用要求時，可將幾只單個的壓敏電阻并聯(lián)使用，并聯(lián)后的壓敏電不變，其通流量為各單只壓敏電阻數(shù)值之和。要求并聯(lián)的壓敏電阻伏安特性盡量相同，否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻。

壓敏電阻器的應(yīng)用原理

壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件，可以用來代替瞬態(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對IC及其它設(shè)備的電路進行保護，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流（如雷擊等）而造成對它們的損壞。使用時只需將壓敏電阻器并接于被保護的IC或設(shè)備電路上，當電壓瞬間高于某一數(shù)值時，壓敏電阻器阻值迅速下降，導(dǎo)通大電流，從而保護IC或電器設(shè)備；當電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時，壓敏電阻器阻值極高，近乎開路，因而不會影響器件或電器設(shè)備的正常工作。

壓敏電阻的選用

選用壓敏電阻器前，應(yīng)先了解以下相關(guān)技術(shù)參數(shù)：標稱電壓是指在規(guī)定的溫度和直流電流下，壓敏電阻器兩端的電壓值。漏電流是指在25℃條件下，當施加大連續(xù)直流電壓時，壓敏電阻器中流過的電流值。等級電壓是指壓敏電阻中通過8／20等級電流脈沖時在其兩端呈現(xiàn)的電壓峰值。通流量是表示施加規(guī)定的脈沖電流（8／20μs）波形時的峰值電流。浪涌環(huán)境參數(shù)包括大浪涌電流Ipm（或大浪涌電壓Vpm和浪涌源阻抗Zo）、浪涌脈沖寬度Tt、相鄰兩次浪涌的小時間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預(yù)定工作壽命期內(nèi)，浪涌脈沖的總次數(shù)N等。

標稱電壓選取

一般地說，壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置并聯(lián)使用，在正常情況下，壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應(yīng)低于標稱電壓，即使在電源波動情況壞時，也不應(yīng)高于額定值中選擇的大連續(xù)工作電壓，該大連續(xù)工作電壓值所對應(yīng)的標稱電壓值即為選用值。對于過壓保護方面的應(yīng)用，壓敏電壓值應(yīng)大于實際電路的電壓值，一般應(yīng)使用下式進行選擇：

VmA＝av／bc式中：

a為電路電壓波動系數(shù)，一般取1.2；v為電路直流工作電壓（交流時為有效值）；b為壓敏電壓誤差，一般取0.85；c為元件的老化系數(shù)，一般取0.9；

這樣計算得到的VmA實際數(shù)值是直流工作電壓的1．5倍，在交流狀態(tài)下還要考慮峰值，因此計算結(jié)果應(yīng)擴大1．414倍。另外，選用時還必須注意：

(1)   必須保證在電壓波動大時，連續(xù)工作電壓也不會超過大允許值，否則將縮短壓敏電阻的使用壽命；

(2)   在電源線與大地間使用壓敏電阻時，有時由于接地不良而使線與地之間電壓上升，所以通常采用比線與線間使用場合更高標稱電壓的壓敏電阻器。  壓敏電阻所吸收的浪涌電流應(yīng)小于產(chǎn)品的大通流量。

應(yīng) 用   

  電路浪涌和瞬變防護時的電路。對于壓敏電阻的應(yīng)用連接，大致可分為四種類型：

種類型是電源線之間或電源線和大地之間的連接，作為壓敏電阻器，有代表性的使用場合是在電源線及長距離傳輸?shù)男盘柧€遇到雷擊而使導(dǎo)線存在浪涌脈沖等情況下對電子產(chǎn)品起保護作用。一般在線間接入壓敏電阻器可對線間的感應(yīng)脈沖有效，而在線與地間接入壓敏電阻則對傳輸線和大地間的感應(yīng)脈沖有效。若進一步將線間連接與線地連接兩種形式組合起來，則可對浪涌脈沖有更好的吸收作用。

  第二種類型為負荷中的連接，它主要用于對感性負載突然開閉引起的感應(yīng)脈沖進行吸收，以防止元件受到破壞。一般來說，只要并聯(lián)在感性負載上就可以了，但根據(jù)電流種類和能量大小的不同，可以考慮與R－C串聯(lián)吸收電路合用。

第三種類型是接點間的連接，這種連接主要是為了防止感應(yīng)電荷開關(guān)接點被電弧燒壞的情況發(fā)生，一般與接點并聯(lián)接入壓敏電阻器即可。

  第四種類型主要用于半導(dǎo)體器件的保護連接，這種連接方式主要用于可控硅、大功率三極管等半導(dǎo)體器件，一般采用與保護器件并聯(lián)的方式，以限制電壓低于被保護器件的耐壓等級，這對半導(dǎo)體器件是一種有效的保護。

氧化鋅壓敏電阻存在的問題   

  現(xiàn)有壓敏電阻在配方和性能上分為相互不能替代的兩大類：

1 高壓型壓敏電阻

高壓型壓敏電阻，其優(yōu)點是電壓梯度高（100～250V/mm）、大電流特性好（V10kA/V1mA≤1.4）但僅對窄脈寬(2≤ms)的過壓和浪涌有理想的防護能力，能量密度較小，（50～300）J/cm3。

2 高能型壓敏電阻

  高能型壓敏電阻，其優(yōu)點是能量密度較大（300J/cm3～750J/cm3），承受長脈寬浪涌能力強，但電壓梯度較低（20V/mm～500V/mm），大電流特性差（V10kA/V1mA>2.0）。

  這兩種配方的性能差別造成了許多應(yīng)用上的“死區(qū)”，在10kV電壓等級的輸配電系統(tǒng)中廣泛采用了真空開關(guān)，由于它動作速度快、拉弧小，會在操作瞬間造成極高過壓和浪涌能量，如果選用高壓型壓敏電阻加以保護（如避雷器），雖然它電壓梯度高、成本較低，但能量容量小，容易損壞；如果選用高能型壓敏電阻，雖然它能量容量大，壽命較長，但電壓梯度低，成本太高，是前者的5～13倍。在中小功率變頻電源中，過壓保護的對象是功率半導(dǎo)體器件，它對壓敏電阻的大電流特性和能量容量的要求都很嚴格，而且要同時做到元件的小型化。高能型壓敏電阻在能量容量上可以滿足要求，但大電流性能不夠理想，小直徑元件的殘壓比較高，往往達不到限壓要求；高壓型壓敏電阻的大電流特性較好，易于小型化，但能量容量不夠，達不到吸能要求。中小功率變頻電源在這一領(lǐng)域壓敏電阻的應(yīng)用幾乎還是空白。

（一）壓敏電阻器的種類

壓敏電阻器可以按結(jié)構(gòu)、制造過程、使用材料和伏安特性分類。

1．按結(jié)構(gòu)分類  壓敏電阻器按其結(jié)構(gòu)可分為結(jié)型壓敏電阻器、體型壓敏電阻器、單顆粒層壓敏電阻器和薄膜壓敏電阻器等。

結(jié)型壓敏電阻器是因為電阻體與金屬電極之間的特殊接觸，才具有了非線性特性，而體型壓敏電阻器的非線性是由電阻體本身的半導(dǎo)體性質(zhì)決定的。

2．按使用材料分類  壓敏電阻器按其使用材料的不同可分為氧化鋅壓敏電阻器、碳化硅壓敏電阻器、金屬氧化物壓敏電阻器、鍺（硅）壓敏電阻器、鈦酸鋇壓敏電阻器等多種。

3．按其伏安特性分類  壓敏電阻器按其伏安特性可分為對稱型壓敏電阻器（無極性）和非對稱型壓敏電阻器（有極性）。

（二）壓敏電阻器的結(jié)構(gòu)特性與作用

1．壓敏電阻器的結(jié)構(gòu)特性

壓敏電阻器與普通電阻器不同，它是根據(jù)半導(dǎo)體材料的非線性特性制成的。

圖1-22是壓敏電阻器外形，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-23所示。

普通電阻器遵守歐姆定律，而壓敏電阻器的電壓與電流則呈特殊的非線性關(guān)系。當壓敏電阻器兩端所加電壓低于標稱額定電壓值時，壓敏電阻器的電阻值接近無窮大，內(nèi)部幾乎無電流流過。當壓敏電阻器兩端電壓略高于標稱額定電壓時，壓敏電阻器將迅速擊穿導(dǎo)通，并由高阻狀態(tài)變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，工作電流也急劇增大。當其兩端電壓低于標稱額定電壓時，壓敏電阻器又能恢復(fù)為高阻狀態(tài)。當壓敏電阻器兩端電壓超過其大限制電壓時，壓敏電阻器將完全擊穿損壞，無法再自行恢復(fù)。

2．壓敏電阻器的作用與應(yīng)用  壓敏電阻器廣泛地應(yīng)用在家用電器及其它電子產(chǎn)品中，起過電壓保護、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護半導(dǎo)體元器件等作用。 

圖1-24是壓敏電阻器的典型應(yīng)用電路。

（三）壓敏電阻器的主要參數(shù)

壓敏電阻器的主要參數(shù)有標稱電壓、電壓比、大控制電壓、殘壓比、通流容量、漏電流、電壓溫度系數(shù)、電流溫度系數(shù)、電壓非線性系數(shù)、絕緣電阻、靜態(tài)電容等。

1．壓敏電壓：所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10－9000V不等?？筛鶕?jù)具體需要正確選用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到保護效果與使用壽命。如一臺用電器的額定電源電壓為220V，則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V，V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V，因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470－480V之間。MYG05K規(guī)定通過的電流為0.1mA，MYG07K、MYG10K、MYG14K、MYG20K標稱電壓是指通過1mA直流電流時，壓敏電阻器兩端的電壓值。

2．大允許電壓（大限制電壓）：此電壓分交流和直流兩種情況，如為交流，則指的是該壓敏電阻所允許加的交流電壓的有效值，以ACrms表示，所以在該交流電壓有效值作用下應(yīng)該選用具有該大允許電壓的壓敏電阻，實際上V1mA與ACrms間彼此是相互關(guān)聯(lián)的，知道了前者也就知道了后者，不過ACrms對使用者更直接，使用者可根據(jù)電路工作電壓，可以直接按ACrms來選取合適的壓敏電阻。在交流回路中，應(yīng)當有：min(U1mA)≥(2.2～2.5)Uac，

式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時，有適當?shù)陌踩６?。對直流而言在直流回路中，?yīng)當有：min(U1mA)≥(1.6～2)Udc，式中Udc為回路中的直流額定工作電壓。在交流回路中，應(yīng)當有：min(U1mA)≥(2.2～2.5)Uac，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時，有適當?shù)陌踩６?。在信號回路中時，應(yīng)當有：min(U1mA)≥(1.2～1.5)Umax，式中Umax為信號回路的峰值電壓。壓敏電阻的通流容量應(yīng)根據(jù)防雷電路的設(shè)計指標來定。一般而言，壓敏電阻的通流容量要大于等于防雷電路設(shè)計的通流容量。

3．通流容量： 所謂通流容量，即大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25℃情況下，對于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過± 10％時的大脈沖電流值。為了延長器件的使用壽命，ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應(yīng)小于手冊中給出的產(chǎn)品大通流量。然而從保護效果出發(fā)，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下，實際發(fā)生的通流量是很難精確計算的。簡單的講-通流容量也稱通流量，是指在規(guī)定的條件（以規(guī)定的時間間隔和次數(shù)，施加標準的沖擊電流）下，允許通過壓敏電阻器上的大脈沖（峰值）電流值。一般過壓是一個或一系列的脈沖波。實驗壓敏電阻所用的沖擊波有兩種，一種是為8/20μs波，即通常所說的波頭為8μs波尾時間為20μs的脈沖波，另外一種為2ms的方波，如下圖所示：

4．大限制電壓：  大限制電壓是指壓敏電阻器兩端所能承受的電壓值，它表示在規(guī)定的沖擊電流Ip通過壓敏電阻時次兩端所產(chǎn)生的電壓此電壓又稱為殘壓，所以選用的壓敏電阻的殘壓一定要小于被保護物的耐壓水平Vo,否則便達不到可靠的保護目的，通常沖擊電流Ip值較大，例如2.或者10A，因而壓敏電阻對應(yīng)的大限制電壓Vc相當大，例如MYG7K471其Vc=775(Ip=10A時)。

5．大能量(能量耐量)：  壓敏電阻所吸收的能量通常按下式計算W=kIVT(J)其中I——流過壓敏電阻的峰值

V——在電流I流過壓敏電阻時壓敏電阻兩端的電壓T——電流持續(xù)時間k——電流I的波形系數(shù) 對：2ms的方波k=1

8/20μs波k=1.410/1000μsk=1.4

壓敏電阻對2ms方波，吸收能量可達330J每平方厘米；對8/20μs波，電流密度可達2000A每立方厘米，這表明他的通流能力及能量耐量都是很大的 

   一般來說壓敏電阻的片徑越大，它的能量耐量越大，耐沖擊電流也越大，選用壓敏電阻時還應(yīng)當考慮經(jīng)常遇到能量較小、但出現(xiàn)頻率次數(shù)較高的過電壓，如幾十秒、一兩分鐘出現(xiàn)一次或多次的過電壓，這時就應(yīng)該考慮壓敏電阻所能吸收的平均功率。

6．電壓比：電壓比是指壓敏電阻器的電流為1mA時產(chǎn)生的電壓值與壓敏電阻器的電流為0.1mA時產(chǎn)生的電壓值之比。

7．額定功率： 在規(guī)定的環(huán)境溫度下所能消耗的大功率。

8．大峰值電流一次：以8/20μs標準波形的電流作一次沖擊的大電流值，此時壓敏電壓變化率仍在±10%以內(nèi)。2次：以8/20μs標準波形的電流作兩次沖擊的大電流值，兩次沖擊時間間隔為5分鐘，此時壓敏電壓變化率仍在±10%以內(nèi)。

9．殘壓比：流過壓敏電阻器的電流為某一值時，在它兩端所產(chǎn)生的電壓稱為這一電流值為殘壓。殘壓比則的殘壓與標稱電壓之比。

10．漏電流：漏電流又稱等待電流，是指壓敏電阻器在規(guī)定的溫度和大直流電壓下，流過壓敏電阻器的電流。

11．電壓溫度系數(shù)：  電壓溫度系數(shù)是指在規(guī)定的溫度范圍（溫度為20~70℃）內(nèi)，壓敏電阻器標稱電壓的變化率，即在通過壓敏電阻器的電流保持恒定時，溫度改變1℃時壓敏電阻兩端的相對變化。

12．電流溫度系數(shù)：電流溫度系數(shù)是指在壓敏電阻器的兩端電壓保持恒定時，溫度改變1℃時，流過壓敏電阻器電流的相對變化。

13．電壓非線性系數(shù)：電壓非線性系數(shù)是指壓敏電阻器在給定的外加電壓作用下，其靜態(tài)電阻值與動態(tài)電阻值之比。

14．絕緣電阻：絕緣電阻是指壓敏電阻器的引出線（引腳）與電阻體絕緣表面之間的電阻值。

15．靜態(tài)電容：靜態(tài)電容是指壓敏電阻器本身固有的電容容量。

2 壓敏電阻器的應(yīng)用原理。

壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件，可以用來代替瞬態(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對IC及其它設(shè)備的電路進行保護，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流（如雷擊等）而造成對它們的損壞。使用時只需將壓敏電阻器并接于被保護的IC或設(shè)備電路上，當電壓瞬間高于某一數(shù)值時，壓敏電阻器阻值迅速下降，導(dǎo)通大電流，從而保護IC或電器設(shè)備；當電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時，壓敏電阻器阻值極高，近乎開路，因而不會影響器件或電器設(shè)備的正常工作。een'WWl

壓敏電阻器的應(yīng)用廣泛,壓敏電阻主要可用于直流電源、交流電源、低頻信號線路、帶饋電的天饋線路。從手持式電子產(chǎn)品到工業(yè)設(shè)備，其規(guī)格與尺寸多種多樣。隨著手持式電子產(chǎn)品的廣泛使用，尤其是手機、手提電腦、PDA、數(shù)字相機、醫(yī)療儀器等，其電路系統(tǒng)的速度要求更高，并且要求工作電壓更低，這就對壓敏電阻器提出了體積更小、性能更高的要求。因此，表面組裝的壓敏電阻器元件也就開始大量涌現(xiàn)，而其銷售年增長率要高于有引線的壓敏電阻器一倍多。

預(yù)計2002年壓敏電阻器的市場增長率為13％，其中，多層片式壓敏電阻器市場增長率為20％～30％，徑向引線產(chǎn)品增長率為5％～10％。需求主要來自于電源設(shè)備，包括DC電源設(shè)備、不間斷電源，以及新的消費類電子產(chǎn)品，如數(shù)字音頻/視頻設(shè)備、視頻游戲，數(shù)字相機等。片式壓敏電阻器已占美國市場銷售總額的40％～45％。（0402）尺寸的片式壓敏電阻器。0201尺寸的產(chǎn)品尚未上市。AVX公司的0402片式壓敏電阻器有5.6V、9V、14V和18V等幾種電壓范圍的產(chǎn)品，它們的額定功率為50mJ,典型電容值范圍從90pF(18V的產(chǎn)品)～360pF(5.6V的產(chǎn)品)。MaidaDevelopment公司也生產(chǎn)片式系列的壓敏電阻器，但目前只推出了非標準尺寸的產(chǎn)品，1210、1206、0805、0603和0402的產(chǎn)品正在試產(chǎn)。