壓敏電阻功能

壓敏電阻是電源口浪涌保護(hù)的不可或缺的保護(hù)器件，它具有類似于二極管的非線性，非歐姆 電流-電壓特性。然而，與二極管相反，它在兩個(gè)橫向電流方向上具有相同的特性。傳統(tǒng)上，壓敏電阻的確是通過(guò)連接兩個(gè)整流器來(lái)構(gòu)造的，例如反并聯(lián)的氧化銅或氧化鍺整流器組態(tài)。在低電壓下，壓敏電阻具有較高的電阻，該電阻隨著電壓的升高而減小?，F(xiàn)代壓敏電阻主要基于燒結(jié)的陶瓷金屬氧化物材料，這些材料僅在微觀尺度上表現(xiàn)出方向性。這種類型通常稱為金屬氧化物壓敏電阻（MOV）。

  

壓敏電阻被用作電路中的控制或補(bǔ)償元件，以提供最佳工作條件或防止過(guò)大的瞬態(tài)電壓。當(dāng)用作保護(hù)設(shè)備時(shí)，它們?cè)谟|發(fā)時(shí)會(huì)將過(guò)高電壓產(chǎn)生的電流與敏感組件分流。

壓敏電阻靜態(tài)電阻

  

在正常工作狀態(tài)下，壓敏電阻具有很高的電阻，因此，其一部分就是通過(guò)允許較低的閾值電壓不受影響地以與齊納二極管類似的方式工作。

但是，當(dāng)壓敏電阻兩端的電壓（任一極性）都超過(guò)壓敏電阻的額定值時(shí)，其有效電阻會(huì)隨著電壓的升高而大大降低。

根據(jù)歐姆定律，只要R保持恒定，固定電阻器的電流-電壓（IV）特性就是一條直線。然后，電流與電阻兩端的電勢(shì)差成正比。

但是壓敏電阻的IV曲線不是一條直線，因?yàn)殡妷旱奈⑿∽兓瘯?huì)引起電流的顯著變化。下面給出了標(biāo)準(zhǔn)壓敏電阻的典型歸一化電壓與電流特性曲線。

壓敏電阻特性曲線

  

從上方我們可以看到，壓敏電阻具有對(duì)稱的雙向特性，也就是說(shuō)，壓敏電阻在正弦波形的兩個(gè)方向（象限I和II）上工作，其行為類似于背對(duì)背連接的兩個(gè)齊納二極管。當(dāng)不導(dǎo)通時(shí)，IV曲線顯示為線性關(guān)系，因?yàn)榱鹘?jīng)壓敏電阻的電流保持恒定且僅在幾微安的“泄漏”電流時(shí)很低。這是由于其高電阻充當(dāng)開(kāi)路，并保持恒定，直到壓敏電阻兩端的電壓（任一極性）達(dá)到特定的“額定電壓”為止。

該額定電壓或鉗位電壓是在規(guī)定的1mA直流電流下測(cè)得的壓敏電阻兩端的電壓。也就是說(shuō)，在其端子上施加的直流電壓電平允許1mA的電流流過(guò)壓敏電阻的電阻體，而電阻體本身取決于其構(gòu)造中使用的材料。在此電壓電平下，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)，由于其半導(dǎo)體材料的雪崩效應(yīng)，器件的電阻突然變得很小，從而將壓敏電阻變成導(dǎo)體。流經(jīng)壓敏電阻的小泄漏電流迅速上升，但其兩端的電壓被限制在剛好高于壓敏電阻電壓的水平。

換句話說(shuō)，壓敏電阻通過(guò)允許更多的電流流過(guò)而自動(dòng)調(diào)節(jié)其兩端的瞬態(tài)電壓，并且由于其陡峭的非線性IV曲線，它可以在狹窄的電壓范圍內(nèi)通過(guò)變化范圍很大的電流，從而消除了任何電壓尖峰。

壓敏電阻值

由于壓敏電阻在其兩個(gè)端子之間的主要導(dǎo)電區(qū)域的行為就像電介質(zhì)，因此在其鉗位電壓以下，壓敏電阻的作用就像電容器而不是電阻。每個(gè)半導(dǎo)體壓敏電阻的電容值直接取決于其面積，并且隨其厚度成反比。

當(dāng)在直流電路中使用時(shí)，壓敏電阻的電容或多或少保持恒定，只要所施加的電壓不會(huì)增加到高于鉗位電壓電平，并在其最大額定連續(xù)直流電壓附近突然下降。

但是，在交流電路中，此電容會(huì)影響其IV特性的非導(dǎo)電泄漏區(qū)域中的器件的體電阻。由于它們通常與電氣設(shè)備并聯(lián)以防止過(guò)電壓，所以壓敏電阻的泄漏電阻會(huì)隨著頻率的升高而迅速下降。

這種關(guān)系與頻率和所產(chǎn)生的并聯(lián)電阻，它的交流電抗Xc大致成線性關(guān)系，可以像普通電容器那樣使用通常的1 /（2πC）來(lái)計(jì)算。然后，隨著頻率增加，其泄漏電流也增加。

但是，除了基于硅半導(dǎo)體的壓敏電阻之外，還開(kāi)發(fā)了金屬氧化物壓敏電阻來(lái)克服與其碳化硅表親相關(guān)的一些限制。

金屬氧化物壓敏電阻

所述金屬氧化物變阻器或MOV的簡(jiǎn)稱，是一個(gè)電壓相關(guān)電阻器，其中電阻材料是金屬氧化物，主要按壓氧化鋅（ZnO）為陶瓷類材料。金屬氧化物壓敏電阻由大約90％的氧化鋅作為陶瓷基礎(chǔ)材料以及其他填充材料組成，用于在氧化鋅晶粒之間形成結(jié)。

現(xiàn)在，金屬氧化物壓敏電阻是最常見(jiàn)的電壓鉗位器件，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電壓下開(kāi)始導(dǎo)通，并在電壓降至閾值電壓以下時(shí)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，在正常工作條件下，流經(jīng)MOV氧化鋅材料的泄漏電流很小，而其在鉗位瞬態(tài)過(guò)程中的工作速度要快得多。

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，該涂層與圓盤陶瓷電容器非常相似，可以以類似的方式物理安裝在電路板和PCB上。典型的金屬氧化物壓敏電阻的結(jié)構(gòu)如下：

金屬氧化物壓敏電阻結(jié)構(gòu)

  

為了為特定應(yīng)用選擇正確的MOV，希望對(duì)源阻抗和瞬態(tài)可能的脈沖功率有所了解。對(duì)于輸入的線路或相位瞬變，正確選擇MOV會(huì)比較困難，因?yàn)橥ǔｋ娫吹奶匦允俏粗?。通常，選擇MOV進(jìn)行電路電氣保護(hù)以免受電源瞬變和尖峰的影響，只是出于有根據(jù)的猜測(cè)。

但是，金屬氧化物壓敏電阻的壓敏電阻電壓范圍很廣，從AC或DC約10伏到1,000伏以上，因此可以通過(guò)了解電源電壓來(lái)進(jìn)行選擇。例如，為此選擇一個(gè)MOV或硅壓敏電阻，對(duì)于其電壓，其最大連續(xù)均方根電壓額定值應(yīng)剛好高于最高預(yù)期電源電壓，例如120伏電源的均方根值為130伏，230伏電源的均方根為260伏。供應(yīng)。

壓敏電阻將采用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)?？梢詫?duì)瞬態(tài)脈沖的寬度進(jìn)行假設(shè)，該寬度通常為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，為了使壓敏電阻正常工作而不會(huì)發(fā)生任何故障或退化，它必須能夠快速耗散瞬態(tài)脈沖的吸收能量，并安全地返回到其預(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)用中，以抑制交流或直流電源線上從家用電器，照明設(shè)備到工業(yè)設(shè)備的電源瞬變。壓敏電阻可以直接連接在電源和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)之間，以保護(hù)晶體管，MOSFET和晶閘管橋。

  

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