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压敏电阻器及其分类与参数
发布者:深圳市踏歌科技辽宁福彩网  发布时间:2016-10-24
  什么是压敏电阻器及其分类与参数?
  目前市场上压敏电阻主要分为普通插件压敏电阻,雷压敏电阻,和贴片压敏电阻防普通插件压敏电阻主要是用于线路过压保护,和小器件电子产品的防雷过压保护,片径普遍在20mm以下,防雷压敏电阻主要是指片径在25mm以上的插件压敏电阻,引线形式一般分为直引线或者电极片方式,其中电极片方式因其结构原因具有更大的流通量,贴片压敏电阻主要用来作为低压产品的过压保护或者ESD防静电,封装形式从(0201~4032)使用在ESD静电防护上贴片压敏电阻,特别是信号线的ESD防护需要注意其寄生电容的大小,对于高频信号选用防静电压敏电阻电容量应尽量选小。下面是ESD静电防护推荐电容量选择。

  压敏电阻器与其他浪涌抑制器比较的优势
  1. 更好的热特性
  与硅二极管只有一个P-N结承受浪涌电流不一样,氧化锌压敏电阻器是由数百万个P-N结组成,这种结构有更好的能量吸收能力和浪涌承受能力。
  2.反应速度快
  压敏电阻器有与其它的半导体元件类似的动作特性。因为压敏电阻器的传导发生非常快,延时只在纳秒级的范围内,所以能够满足任何实际需求。
  3.过温条件下有稳定的电压
  在超过崩溃电压的情况下,一旦环境温度超过正常的工作温度范围,齐纳二极管的限制电压会随着环境温度的升高而升高,而压敏电阻器的限制电压在超过工作温度范围的情况下仍然几乎保持恒定。当压敏电阻器的漏电流随着元件本体温度的升高而增加时,压敏电阻器的限制电压不会随着温度的改变而改变。
  4.电容
  与齐纳二极管相比,压敏电阻器有更高的电容值,根据不同的应用领域,对浪涌抑制器的电容值是不同的,在直流电路中,压敏电阻器的电容既可起到去耦的作用又可以起到抑制瞬时过电压的双重作用。
  5.低成本
  与二级管相比,压敏电阻器具有成本低和尺寸小的优点。

应用介面

传输速率

上升时间

建议使用容值

HDMI 1.3 Data Port 10.2G bps 0.02~0.03ns <0.15pF

USB 3.0 Data Port

4.80G bps

0。05~0。06ns

<0.3pF

USB 2.0 Data Port

480M bps

0.5~0.6ns

<4pF

USB 1.0 Data Port

12M bps

4~20ns

5~10 pF

Wireless Device

1.5M bps

75~300ns

5~10 pF

RS232, IrDA1.0

115。2 K

1us~8us

10~100 pF

Audio (Microphone/Sperker)

20~20K Hz

0。05ms~5ms

10~1000 pF


  下面先介绍以下插件压敏电阻
  --------------------------------------------------------------------------------
  压敏电阻器简称VSR,是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体元件。它在电路中用文字符号“RV”或“R”表示,图1-21是其电路图形符号。
压敏电阻器的电路图形符号
  (一)压敏电阻器的种类
  压敏电阻器可以按结构、制造过程、使用材料和伏安特性分类。
  1.按结构分类  压敏电阻器按其结构可分为结型压敏电阻器、体型压敏电阻器、单颗粒层压敏电阻器和薄膜压敏电阻器等。
  结型压敏电阻器是因为电阻体与金属电极之间的特殊接触,才具有了非线性特性,而体型压敏电阻器的非线性是由电阻体本身的半导体性质决定的。
  2.按使用材料分类  压敏电阻器按其使用材料的不同可分为氧化锌压敏电阻器、碳化硅压敏电阻器、金属氧化物压敏电阻器、锗(硅)压敏电阻器、钛酸钡压敏电阻器等多种。
  3.按其伏安特性分类  压敏电阻器按其伏安特性可分为对称型压敏电阻器(无极性)和非对称型压敏电阻器(有极性)。

  (二)压敏电阻器的结构特性与作用
  1.压敏电阻器的结构特性  压敏电阻器与普通电阻器不同,它是根据半导体材料的非线性特性制成的。
  图1-22是压敏电阻器外形,其内部结构如图1-23所示。
压敏电阻器外形压敏电阻器的内部结构
  普通电阻器遵守欧姆定律,而压敏电阻器的电压与电流则呈特殊的非线性关系。当压敏电阻器两端所加电压低于标称额定电压值时,压敏电阻器的电阻值接近无穷大,内部几乎无电流流过。当压敏电阻器两端电压略高于标称额定电压时,压敏电阻器将迅速击穿导通,并由高阻状态变为低阻状态,工作电流也急剧增大。当其两端电压低于标称额定电压时,压敏电阻器又能恢复为高阻状态。当压敏电阻器两端电压超过其最大限制电压时,压敏电阻器将完全击穿损坏,无法再自行恢复。

  过压保护器件的选型要点
  电路保护主要有三种形式:过压保护、过流保护和过温保护。选择适当的电路保护器件是实现高效、可靠的电路保护设计之关键的第一步,那么,如何合理选择电路保护器件?不同的保护器件其保护原理也各有不同,选择的时候应结合其保护原理、工作条件和使用环境来考虑。本文李工将介绍常用的几种过压选型技巧,帮助大家来正确选择电路保护器件。

  过压保护器件(OVP)用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏,常用的过压保护器件有压敏电阻、瞬态电压抑制器、静电抑制器和放电管等。过压保护器件选型应注意以下四个要点:
  1)关断电压Vrwm的选择。一般关断电压至少要比线路最高工作电压高10%
  2)箝位电压VC的选择。VC是指在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它必须小于被保护电路的能承受的最大瞬态电压
  3)浪涌功率Pppm的选择。不同功率,保护的时间不同,如600w(10/1000us);300W(8/20us)
  4)极间电容的选择。被保护元器件的工作频率越高,要求TVS的电容要越小。
  2.压敏电阻器的作用与应用  压敏电阻器广泛地应用在家用电器及其它电子产品中,起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。
  图1-24是压敏电阻器的典型应用电路。
压敏电阻器的典型应用电路
  (三)压敏电阻器的主要参数
  压敏电阻器的主要参数有标称电压、电压比、最大控制电压、残压比、通流容量、漏电流、电压温度系数、电流温度系数、电压非线性系数、绝缘电阻、静态电容等。
  1.压敏电压: 所谓压敏电压,即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值,大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值,其产品的压敏电压范围可以从10-9000V不等。可根据具体需要正确选用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp为电路额定电压的峰值。VAC为额定交流电压的有效值。ZnO压敏电阻的电压值选择是至关重要的,它关系到保护效果与使用寿命。如一台用电器的额定电源电压为220V,则压敏电阻电压值V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V,因此压敏电阻的击穿电压可选在470-480V之间。MYG05K规定通过的电流为0.1mA,MYG07K、MYG10K、MYG14K、MYG20K标称电压是指通过1mA直流电流时,压敏电阻器两端的电压值。
  2.最大允许电压(最大限制电压):此电压分交流和直流两种情况,如为交流,则指的是该压敏电阻所允许加的交流电压的有效值,以ACrms表示,所以在该交流电压有效值作用下应该选用具有该最大允许电压的压敏电阻,实际上V1mA与ACrms间彼此是相互关联的,知道了前者也就知道了后者,不过ACrms对使用者更直接,使用者可根据电路工作电压,可以直接按ACrms来选取合适的压敏电阻。在交流回路中,应当有:min(U1mA) ≥(2.2~2.5)Uac,式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值。上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时,有适当的安全裕度。对直流而言在直流回路中,应当有:min(U1mA) ≥(1.6~2)Udc,式中Udc为回路中的直流额定工作电压。在交流回路中,应当有:min(U1mA) ≥(2.2~2.5)Uac,式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值。上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时,有适当的安全裕度。在信号回路中时,应当有:min(U1mA)≥(1.2~1.5)Umax,式中Umax为信号回路的峰值电压。压敏电阻的通流容量应根据防雷电路的设计指标来定。一般而言,压敏电阻的通流容量要大于等于防雷电路设计的通流容量。
  3.通流容量: 所谓通流容量,即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下,对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言,压敏电压的变化不超过± 10%时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命,ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发,要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下,实际发生的通流量是很难精确计算的。简单的讲-通流容量也称通流量,是指在规定的条件(以规定的时间间隔和次数,施加标准的冲击电流)下,允许通过压敏电阻器上的最大脉冲(峰值)电流值。一般过压是一个或一系列的脉冲波。实验压敏电阻所用的冲击波有两种,一种是为8/20μs波,即通常所说的波头为8μs波尾时间为20μs的脉冲波,另外一种为2ms的方波,如下图所示:
试验压敏电阻所用冲击电流波形
  4.最大限制电压:  最大限制电压是指压敏电阻器两端所能承受的最高电压值,它表示在规定的冲击电流Ip通过压敏电阻时次两端所产生的电压此电压又称为残压,所以选用的压敏电阻的残压一定要小于被保护物的耐压水平Vo,否则便达不到可靠的保护目的,通常冲击电流Ip值较大,例如2.5A或者10A,因而压敏电阻对应的最大限制电压Vc相当大,例如MYG7K471其Vc=775(Ip=10A时)。
  5.最大能量(能量耐量):  压敏电阻所吸收的能量通常按下式计算W=kIVT(J)
  其中I——流过压敏电阻的峰值
  V——在电流I流过压敏电阻时压敏电阻两端的电压
  T——电流持续时间
  k——电流I的波形系数
  对:
  2ms的方波   k=1
  8/20μs波   k=1.4
  10/1000μs  k=1.4
  压敏电阻对2ms方波,吸收能量可达330J每平方厘米;对8/20μs波,电流密度可达2000A每立方厘米,这表明他的通流能力及能量耐量都是很大的
  一般来说压敏电阻的片径越大,它的能量耐量越大,耐冲击电流也越大,选用压敏电阻时还应当考虑经常遇到能量较小、但出现频率次数较高的过电压,如几十秒、一两分钟出现一次或多次的过电压,这时就应该考虑压敏电阻所能吸收的平均功率。
  6.电压比:  电压比是指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA时产生的电压值之比。
  7.额定功率: 在规定的环境温度下所能消耗的最大功率。
  8.最大峰值电流 一次:以8/20μs标准波形的电流作一次冲击的最大电流值,此时压敏电压变化率仍在±10%以内。2次:以8/20μs标准波形的电流作两次冲击的最大电流值,两次冲击时间间隔为5分钟,此时压敏电压变化率仍在±10%以内。
  9.残压比:  流过压敏电阻器的电流为某一值时,在它两端所产生的电压称为这一电流值为残压。残压比则的残压与标称电压之比。
  10.漏电流:  漏电流又称等待电流,是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下,流过压敏电阻器的电流。
  11.电压温度系数:  电压温度系数是指在规定的温度范围(温度为20~70℃)内,压敏电阻器标称电压的变化率,即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时,温度改变1℃时压敏电阻两端的相对变化。
  12.电流温度系数:  电流温度系数是指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时,温度改变1℃时,流过压敏电阻器电流的相对变化。
  13.电压非线性系数:  电压非线性系数是指压敏电阻器在给定的外加电压作用下,其静态电阻值与动态电阻值之比。
  14.绝缘电阻:  绝缘电阻是指压敏电阻器的引出线(引脚)与电阻体绝缘表面之间的电阻值。
  15.静态电容:  静态电容是指压敏电阻器本身固有的电容容量。
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