壓敏電阻和應(yīng)用

壓敏電阻是一種無(wú)源雙端固態(tài)半導(dǎo)體器件，用于為電氣和電子電路提供保護(hù)

與提供過(guò)流保護(hù)的保險(xiǎn)絲或斷路器不同，壓敏電阻通過(guò)電壓鉗位提供過(guò)壓保護(hù)，與齊納二極管類似。

“壓敏電阻”一詞是 VARI -able resi的組合 - STOR 用于描述他們?cè)陂_(kāi)發(fā)初期的操作方式，這有點(diǎn)誤導(dǎo)，因?yàn)閴好綦娮璨荒芟?a target="_blank">電位器或變阻器一樣手動(dòng)變化。

壓敏電阻

但與可變電阻不同，其電阻值可在其最小值和最大值之間手動(dòng)變化，壓敏電阻自動(dòng)改變其電阻值隨著電壓的變化使其成為電壓相關(guān)的非線性電阻或簡(jiǎn)稱VDR。

現(xiàn)在的電阻體壓敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，使其成為一種具有非歐姆對(duì)稱電壓和電流特性的半導(dǎo)體電阻，適用于交流和直流電壓應(yīng)用。

在許多方面，壓敏電阻的尺寸和尺寸相似設(shè)計(jì)成電容器并經(jīng)常被混淆為一體。然而，電容器不能像壓敏電阻那樣抑制電壓浪涌。當(dāng)對(duì)電路施加高壓浪涌時(shí)，結(jié)果通常對(duì)電路造成災(zāi)難性影響，因此壓敏電阻在保護(hù)精密電子電路免受開(kāi)關(guān)尖峰和過(guò)壓瞬變方面起著重要作用。

瞬態(tài)浪涌源自各種電路和電源，無(wú)論它們是由交流電源還是直流電源供電，因?yàn)樗鼈兺ǔＴ陔娐繁旧韮?nèi)產(chǎn)生或從外部源傳輸?shù)诫娐分?。電路中的瞬態(tài)電壓可以快速上升，將電壓升高到幾千伏，這些電壓尖峰必須防止出現(xiàn)在精密的電子電路和元件上。

最常見(jiàn)的電壓瞬變?cè)粗皇怯捎诟袘?yīng)線圈和變壓器磁化電流的切換，直流電機(jī)開(kāi)關(guān)應(yīng)用以及熒光照明電路或其他電源浪涌的接通引起的 L（di / dt）效應(yīng)。

交流波形瞬態(tài)

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壓敏電阻通過(guò)主電源連接在電路中 - 用于交流操作的中性，相間，或用于直流操作的正到負(fù)，并具有適合其應(yīng)用的額定電壓。壓敏電阻也可用于直流電壓穩(wěn)定，特別是用于防止過(guò)壓脈沖的電子電路。

壓敏電阻靜電

在正常操作下，壓敏電阻具有非常高的電阻，因此其部分名稱通過(guò)允許較低閾值電壓不受影響地以與齊納二極管類似的方式工作。

然而，當(dāng)電壓壓敏電阻兩端（極性值）超過(guò)壓敏電阻額定值，其有效電阻隨著電壓的增加而強(qiáng)烈下降，如圖所示。

從歐姆定律我們知道固定電阻的電流 - 電壓（IV）特性如果 R 保持不變，則為直線。然后，電流與電阻兩端的電位差成正比。

但壓敏電阻的I-V曲線不是直線，因?yàn)殡妷旱奈⑿∽兓瘯?huì)導(dǎo)致電流發(fā)生顯著變化。下面給出了標(biāo)準(zhǔn)壓敏電阻的典型歸一化電壓 - 電流特性曲線。

壓敏電阻特性曲線

從上面我們可以看出，壓敏電阻具有對(duì)稱的雙向特性，即壓敏電阻在正弦波形的兩個(gè)方向（象限Ι和ΙΙΙ）中工作，其行為方式與連接的兩個(gè)齊納二極管相似-to-回來(lái)。當(dāng)不導(dǎo)通時(shí)，I-V曲線顯示出線性關(guān)系，因?yàn)榱鬟^(guò)壓敏電阻的電流保持恒定，并且只有幾微安的“泄漏”電流。這是因?yàn)樗母唠娮杵鸬介_(kāi)路的作用，并且在壓敏電阻上的電壓（任一極性）達(dá)到特定的“額定電壓”之前保持不變。

這個(gè)額定或鉗位電壓是整個(gè)電壓。壓敏電阻用規(guī)定的直流電流1mA測(cè)量。也就是說(shuō)，在其端子上施加的DC電壓電平允許1mA的電流流過(guò)變阻器電阻體，其本身取決于其構(gòu)造中使用的材料。在此電壓水平下，壓敏電阻開(kāi)始從其絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。

當(dāng)壓敏電阻兩端的瞬態(tài)電壓等于或大于額定值時(shí)，器件的電阻突然變?yōu)橛捎诎雽?dǎo)體材料的雪崩效應(yīng)，非常小的變阻器變成導(dǎo)體。流過(guò)壓敏電阻的小漏電流迅速上升，但其上的電壓被限制在恰好高于壓敏電壓的水平。

換句話說(shuō)，壓敏電阻通過(guò)允許更多電壓來(lái)自我調(diào)節(jié)其上的瞬態(tài)電壓。電流流過(guò)它，由于其陡峭的非線性IV曲線，它可以在很窄的電壓范圍內(nèi)通過(guò)各種電流，從而削減任何電壓尖峰。

壓敏電阻電容值

由于在其兩個(gè)端子之間的變阻器的主導(dǎo)電區(qū)域表現(xiàn)得像電介質(zhì)，在其鉗位電壓以下，變阻器的作用類似于電容器而不是電阻器。每個(gè)半導(dǎo)體壓敏電阻的電容值都直接取決于其面積，并與其厚度成反比。

當(dāng)用于直流電路時(shí)，壓敏電阻的電容或多或少保持恒定，前提是所施加的電壓不會(huì)增加到鉗位電壓以上，并在接近其最大額定連續(xù)直流電壓時(shí)突然下降。

然而，在交流電路中，此電容會(huì)影響器件在非導(dǎo)通泄漏區(qū)域的體電阻其IV特征。由于它們通常與電氣設(shè)備并聯(lián)以保護(hù)其免受過(guò)電壓的影響，因此變阻器的漏電阻隨著頻率的增加而迅速下降。

這種關(guān)系與頻率和由此產(chǎn)生的并聯(lián)電阻近似成線性關(guān)系。 ，對(duì)于普通電容器，其AC電抗 Xc 可以使用通常的 1 /（2πC）來(lái)計(jì)算。然后隨著頻率的增加，其泄漏電流也隨之增加。

但是，除了基于硅半導(dǎo)體的壓敏電阻外，還開(kāi)發(fā)了金屬氧化物壓敏電阻，以克服與碳化硅材料相關(guān)的一些局限性。

金屬氧化物壓敏電阻

金屬氧化物壓敏電阻或MOV，是一種電壓相關(guān)電阻，其中電阻材料是金屬氧化物，主要是氧化鋅（ZnO）壓制成陶瓷狀材料。金屬氧化物壓敏電阻由大約90％的氧化鋅作為陶瓷基材和其他填充材料組成，用于形成氧化鋅顆粒之間的連接點(diǎn)。

金屬氧化物壓敏電阻是目前最常見(jiàn)的電壓鉗位裝置可用于各種電壓和電流。在其結(jié)構(gòu)中使用金屬氧化物意味著MOV在吸收短期電壓瞬變方面非常有效，并且具有更高的能量處理能力。

與普通壓敏電阻一樣，金屬氧化物壓敏電阻在特定情況下開(kāi)始傳導(dǎo)當(dāng)電壓低于閾值電壓時(shí)，電壓停止導(dǎo)通。標(biāo)準(zhǔn)碳化硅（SiC）壓敏電阻和MOV型壓敏電阻之間的主要區(qū)別在于，通過(guò)MOV的氧化鋅材料的漏電流在正常工作條件下是非常小的電流，并且其在鉗位瞬態(tài)中的操作速度要快得多。

MOV通常具有徑向引線和堅(jiān)硬的外部藍(lán)色或黑色環(huán)氧樹(shù)脂涂層，其非常類似于圓盤陶瓷電容器，并且可以以類似的方式物理地安裝在電路板和PCB上。典型金屬氧化物壓敏電阻的構(gòu)造如下：

金屬氧化物壓敏電阻構(gòu)造

要為特定應(yīng)用選擇正確的MOV，需要了解源阻抗和瞬態(tài)脈沖功率。對(duì)于輸入線路或相位瞬變，正確的MOV的選擇稍微困難一些，因?yàn)橥ǔｋ娫吹奶匦允俏粗?。一般?lái)說(shuō)，MOV選擇用于電路電源瞬變和尖峰的電氣保護(hù)通常只是一個(gè)有根據(jù)的猜測(cè)。

然而，金屬氧化物壓敏電阻可用于各種變阻器電壓，從大約10伏到1000伏以上的交流電或直流電，因此可以通過(guò)了解電源電壓來(lái)幫助選擇。例如，選擇MOV或硅壓敏電阻，對(duì)于電壓，其最大連續(xù)均方根電壓額定值應(yīng)略高于最高預(yù)期電源電壓，例如120伏電源為130伏有效值，230伏為260伏有效值供應(yīng)。

壓敏電阻的最大浪涌電流值取決于瞬態(tài)脈沖寬度和脈沖重復(fù)次數(shù)。可以對(duì)瞬態(tài)脈沖的寬度做出假設(shè)，其通常為20至50微秒（μs）長(zhǎng)。如果峰值脈沖電流額定值不足，則壓敏電阻可能會(huì)過(guò)熱并損壞。因此，如果壓敏電阻在沒(méi)有任何故障或降級(jí)的情況下運(yùn)行，它必須能夠快速消耗瞬態(tài)脈沖的吸收能量并安全返回其預(yù)脈沖狀態(tài)。

壓敏電阻應(yīng)用

壓敏電阻具有許多優(yōu)點(diǎn)，可用于許多不同類型的應(yīng)用，用于抑制從家用電器和照明到交流或直流電源線上的工業(yè)設(shè)備的電源瞬變。壓敏電阻可以直接連接在主電源和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)之間，用于保護(hù)晶體管，MOSFET和晶閘管橋。

壓敏電阻應(yīng)用

壓敏電阻匯總

在本教程中，我們已經(jīng)看到電壓相關(guān)電阻或VDR的基本功能是保護(hù)電子設(shè)備和電路免受電壓浪涌的影響。尖峰，例如由感應(yīng)開(kāi)關(guān)瞬變產(chǎn)生的尖峰。

由于這種變阻器用于敏感電子電路，以確保如果電壓突然超過(guò)預(yù)定值，壓敏電阻將有效地成為短路保護(hù)壓電電路由于能夠承受數(shù)百安培的峰值電流而從電壓分流的電路。

壓敏電阻是一種具有非線性，非歐姆電流電壓特性且可靠的電阻器提供過(guò)電壓保護(hù)的經(jīng)濟(jì)方法nts和surges。

他們通過(guò)在較低電壓下充當(dāng)高阻阻斷器件并在較高電壓下充當(dāng)良好的低電阻導(dǎo)電器件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。壓敏電阻在保護(hù)電氣或電子電路方面的有效性取決于壓敏電阻在電壓，電流和能量耗散方面的正確選擇。

金屬氧化物壓敏電阻或MOV通常由小圓盤制成形金屬氧化鋅材料。它們具有特定電壓范圍的許多值。 MOV的額定電壓稱為“變阻器電壓”，當(dāng)電流為1mA時(shí)，壓敏電阻上的電壓通過(guò)器件。當(dāng)器件開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)，該變阻器電壓電平基本上是I-V特性曲線上的點(diǎn)。金屬氧化物壓敏電阻也可以串聯(lián)連接，以提高額定鉗位電壓。

雖然金屬氧化物壓敏電阻廣泛用于許多交流電力電子電路，以防止瞬態(tài)過(guò)電壓，但也有其他類型的固體狀態(tài)電壓抑制設(shè)備，如二極管，齊納二極管和抑制器，它們都可以用于某些交流或直流電壓抑制應(yīng)用以及壓敏電阻。