壓敏電阻工作原理、選型及其應(yīng)用

壓敏電阻的主要特點(diǎn)是工作電壓范圍寬（6～3000V，分若干檔），對(duì)過壓脈沖響應(yīng)快（納秒級(jí)），耐沖擊電流的能力強(qiáng)（100～2000A），漏電流小（微安級(jí)），電阻溫度系數(shù)小，性優(yōu)價(jià)廉，體積小，是一種理想的保護(hù)元件，可以構(gòu)成過壓保護(hù)電路、消噪電路、消火花電路、吸收回路。在供電網(wǎng)絡(luò)疊加有過電壓脈沖時(shí)，接壓敏電阻后，過電壓峰值波形削平，限制在一定的幅度內(nèi)。在開啟或關(guān)閉帶有感性、容性的負(fù)載電路時(shí)，直流波形出現(xiàn)開關(guān)尖脈沖，壓敏電阻在電路中能吸收這種反電功勢(shì)，從而有效的保護(hù)開關(guān)電路不受損害。

常用的壓敏電阻有碳化硅壓敏電阻和氧化鋅壓敏電阻，其中氧化鋅壓敏電阻應(yīng)用更為廣泛，它是以氧化鋅為主要原料，添加多種微量金屬氧化物，經(jīng)混合成型、燒結(jié)裝配而成的一種新型理想的過壓保護(hù)器件，它的導(dǎo)電值隨施加電壓的改變而呈非線性變化，人們稱它為壓敏電阻或浪涌吸收器。

標(biāo)稱電壓或壓敏電壓U1mA：在直流電壓條件下，壓敏電阻流過規(guī)定的電流時(shí)，壓敏電阻的端電壓稱為壓敏電阻的壓敏電壓。

測(cè)試電流I1mA：與壓敏電壓相對(duì)應(yīng)的電流稱為測(cè)試電流，通常測(cè)試電流規(guī)定為直流1mA。

電壓比：壓敏電阻流過規(guī)定大小的電流時(shí)產(chǎn)生的直流壓降與壓敏電壓的比值稱為電壓比。

電壓變化率：壓敏電阻在沖擊試驗(yàn)前后，壓敏電壓相對(duì)變化的百分比稱為電壓變化率。公式如下：

電壓變化率=(U1-U2)*100%

漏電流（μA）：當(dāng)元件兩端電壓等于規(guī)定電流下兩端電壓的75%時(shí)，壓敏電阻上所通過的直流電流稱為漏電流。

額定功率P：在規(guī)定的環(huán)境溫度下壓敏電阻的負(fù)荷功率稱為額定功率。

壓敏電阻不是一般意義上的電阻。它是由用絕緣膜隔離金屬氧化物（如氧化鋅）顆粒構(gòu)成的，國(guó)外稱為MOV（Metal Oxide Varistor），在低電壓下具有很大電阻,很小的漏電流；當(dāng)加高電壓時(shí)，壓敏電阻中絕緣膜變成導(dǎo)體，電壓稍微增加，電流急劇增大，類似于穩(wěn)壓管擊穿特性，可以承受很大的瞬時(shí)功率。

放電管（Gas Tube）是防雷保護(hù)設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種開關(guān)器件，無(wú)論是交直流電源的防雷還是各種信號(hào)電路的防雷，都可以用它來將雷電流泄放入大地。其主要特點(diǎn)是：放電電流大，極間電容?。ā?pF），絕緣電阻高（≥109Ω），擊穿電壓分散性較大（±20%），反應(yīng)速度較慢（最快為0.1～0.2μs）。按電極數(shù)分，有二極放電管和三極放電管（相當(dāng)于兩個(gè)二極放電管串聯(lián)）兩種。其外形為圓柱形,有帶引線和不帶引線兩種結(jié)構(gòu)形式（有的還帶有過熱時(shí)短路的保護(hù)卡）。

工作原理：

氣體放電管由封裝在充滿惰性氣體的陶瓷管中相隔一定距離的兩個(gè)電極組成。其電氣性能基本上取決于氣體種類、氣體壓力以及電極距離，中間所充的氣體主要是氖或氬, 并保持一定壓力,電極表面涂以發(fā)射劑以減少電子發(fā)射能。這些措施使得動(dòng)作電壓可以調(diào)整(一般是70伏到幾千伏)，而且可以保持在一個(gè)確定的誤差范圍內(nèi)。當(dāng)其兩端電壓低于放電電壓時(shí)，氣體放電管是一個(gè)絕緣體(電阻Rohm>100MΩ)。當(dāng)其兩端電壓升高到大于放電電壓時(shí)，產(chǎn)生弧光放電，氣體電離放電后由高阻抗轉(zhuǎn)為低阻抗, 使其兩端電壓迅速降低，大約降幾十伏。氣體放電管受到瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10-6秒量級(jí)的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，通過高達(dá)數(shù)十千安的浪涌電流。

特性曲線：

Vs導(dǎo)通電壓，Vg輝光電壓，Vf弧光電壓，Va熄弧電壓

特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：①擊穿（導(dǎo)通）前相當(dāng)于開路，電阻很大，沒有漏電流或漏電流很小；②擊穿（導(dǎo)通）后相當(dāng)于短路，可通過很大的電流，壓降很?。虎勖}沖通流容量（峰值電流）很大；2.5kA~100kA；④具有雙向?qū)ΨQ特性。⑤電容值很小，小于3pF。

缺點(diǎn)：①由于氣體電離需要一定的時(shí)間，所以響應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時(shí)間一般為0.2～0.3μs(200～300ns)，最快也有0.1μs(100ns)左右，在它未導(dǎo)通前，會(huì)有一個(gè)幅度較大的尖脈沖漏過去，而起不到保護(hù)作用。②擊穿電壓一致性較差，分散性較大，一般為±20%。③擊穿電壓只有幾個(gè)特定值。

選型及其應(yīng)用：

①在快速脈沖沖擊下，陶瓷氣體放電管氣體電離需要一定的時(shí)間（一般為0.2～0.3μs，最快的也有0.1μs左右），因而有一個(gè)幅度較高的尖脈沖會(huì)泄漏到后面去。若要抑制這個(gè)尖脈沖，有以下幾種方法：a、在放電管上并聯(lián)電容器或壓敏電阻；b、在放電管后串聯(lián)電感或留一段長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)膫鬏斁€，使尖脈沖衰減到較低的電平；c、采用兩級(jí)保護(hù)電路，以放電管作為第一級(jí)，以TVS管或半導(dǎo)體過壓保護(hù)器作為第二級(jí)，兩級(jí)之間用電阻、電感或自恢復(fù)保險(xiǎn)絲隔離。

②直流擊穿電壓Vsdc的選擇：直流擊穿電壓Vsdc的最小值應(yīng)大于可能出現(xiàn)的最高電源峰值電壓或最高信號(hào)電壓的1.2倍以上。

③沖擊放電電流的選擇：要根據(jù)線路上可能出現(xiàn)的最大浪涌電流或需要防護(hù)的最大浪涌電流選擇。放電管沖擊放電電流應(yīng)按標(biāo)稱沖擊放電電流（或單次沖擊放電電流的一半）來計(jì)算

④陶瓷氣體放電管因擊穿電壓誤差較大，一般不作并聯(lián)使用。

⑤續(xù)流問題：為了使放電管在沖擊擊穿后能正常熄弧，在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方（如有源電路中），可以在放電管上串聯(lián)壓敏電阻或自恢復(fù)保險(xiǎn)絲等限制續(xù)流，使它小于放電管的維持電流。

壓敏電阻和氣體放電管是兩種常見的電路保護(hù)元件：

1、氣體放電管只能放在N和PE之間，因?yàn)闅怏w放電管的導(dǎo)通延時(shí)長(zhǎng)和導(dǎo)通后需要續(xù)流，使電路容易短路。所以不能用在三相之間。

2、壓敏電阻是限壓型元器件，放電管是開關(guān)型元器件；

反應(yīng)時(shí)間都是納秒級(jí)的放電管比壓敏電阻慢一點(diǎn)；

壓敏電阻反應(yīng)時(shí)間是≤25NS 放電管是≤100NS；

壓敏電阻的性能存在一個(gè)衰減的問題，而放電管不存在。

3、各有優(yōu)缺點(diǎn)：壓敏電阻主要用于電源系統(tǒng)的防雷，氣體放電管主要用于信號(hào)線路如數(shù)據(jù)線、電話、有線電視、衛(wèi)星通信等的防雷。

4、只在零線上接放電管不能防雷。但零線上能接放電管，而火線上則不行，這是因?yàn)檎Ｇ闆r下零線沒電壓，火線有。

5、壓敏電阻串氣體放電管，兩個(gè)的響應(yīng)特性互補(bǔ),組合使用效果最佳,具體來講,氣體放電管是硬響應(yīng)特性的放電元件,漏電流小,但是殘壓較高,反應(yīng)時(shí)間慢(≤100ns), 動(dòng)作電壓精度較低,而壓敏電阻是軟響應(yīng)特性的放電元件,殘壓較低,反應(yīng)時(shí)間較快(≤25ns),但是漏電流較大,所以兩個(gè)是“最佳拍檔”.

6、由于壓敏電阻（MOV）具有較大的寄生電容，用在交流電源系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生可觀的泄漏電流，性能較差的壓敏電阻使用一段時(shí)間后，因泄漏電流變大可能會(huì)發(fā)熱自爆。為解決這一問題在壓敏電阻之間串入氣體放電管。壓敏電阻與氣體放電管串聯(lián)，在這個(gè)支路中，氣體放電管將起一個(gè)開關(guān)作用，沒有暫態(tài)電壓時(shí)，它能將壓敏電阻與系統(tǒng)隔開，使壓敏電阻幾乎無(wú)泄漏電流。

答：氣體放電管有續(xù)流，但不容易失效。另耐沖擊電流能力強(qiáng)。壓敏電阻的主要特性是限壓，氣體放電管的主要特性是泄流，各用其長(zhǎng)處！

總而言之：

相間為差模防護(hù)，主要防護(hù)高壓，使用壓敏電阻；

相對(duì)地共模防護(hù)，主要為泄流，所以使用放電管；

這個(gè)口訣如果不懂，歡迎在后臺(tái)和我討論哦！

穩(wěn)壓二極管工作原理：通常，二極管都是正向?qū)?，反向截止，單向?qū)ㄐ?不過，加在二極管上的反向電壓如果超過二極管的承受能力，二極管就要擊穿損毀。但是有一種二極管，它的正向特性與普通二極管相同，而反向特性卻比較特殊;當(dāng)反向電壓加到一定程度時(shí)，雖然管子呈現(xiàn)擊穿狀態(tài)，通過較大電流，卻不損毀，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好;只要管子處在擊穿狀態(tài)，盡管流過管子的電在變化很大，而管子兩端的電壓卻變化極小起到穩(wěn)壓作用。這種特殊的二極管叫穩(wěn)壓二極管。

穩(wěn)壓管為什么要反接：因?yàn)榉€(wěn)壓二極管的伏安特性曲線的正向特性和普通二極管差不多，反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時(shí)，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值時(shí)，反向電流驟然增大，稱為擊穿，在這一臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻驟然降至很小值。盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實(shí)現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。換句話說：穩(wěn)壓管是利用二極管反向截止的特性的，如果正接不是相當(dāng)與直接導(dǎo)通短路了嗎？

瞬態(tài)抑制二極管-簡(jiǎn)稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件，利用P-N結(jié)的反向擊穿工作原理，將靜電的高壓脈沖導(dǎo)入地，從而保護(hù)了電器內(nèi)部對(duì)靜電敏感的元件。

以TVS二極管為例：當(dāng)瞬時(shí)電壓超過電路正常工作電壓后，TVS二極管便發(fā)生雪崩，提供給瞬時(shí)電流一個(gè)超低電阻通路，其結(jié)果是瞬時(shí)電流通過二極管被引開，避開被保護(hù)器件，并且在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路一直保持截止電壓。

當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束以后，TVS二極管自動(dòng)恢復(fù)高阻狀態(tài)，整個(gè)回路進(jìn)入正常電壓。TVS管的失效模式主要是短路，但當(dāng)通過的過電流太大時(shí)，也可能造成TVS管被炸裂而開路。

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編輯：黃飛

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