如何選擇合適應(yīng)用設(shè)計的壓敏電阻？

“壓敏電阻"是一種具有非線性伏安特性的電阻器件，主要用于在電路承受過壓時進行電壓鉗位，吸收多余的電流以保護敏感器件。英文名稱叫“Voltage Dependent Resistor”簡寫為“VDR”, 或者叫做“Varistor"。壓敏電阻器的電阻體材料是半導(dǎo)體，所以它是半導(dǎo)體電阻器的一個品種?，F(xiàn)在大量使用的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器，它的主體材料有二價元素鋅(Zn)和六價元素氧(O)所構(gòu)成。所以從材料的角度來看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導(dǎo)體”。 在中國臺灣，壓敏電阻器稱為"突波吸收器",有時也稱為“電沖擊(浪涌)抑制器(吸收器)”。壓敏電阻是一種限壓型保護器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實現(xiàn)對后級電路的保護。壓敏電阻的主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時間等。壓敏電阻的響應(yīng)時間為ns級，比氣體放電管快，比TVS管稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過電壓保護其響應(yīng)速度可以滿足要求。壓敏電阻的結(jié)電容一般在幾百到幾千Pf的數(shù)量級范圍，很多情況下不宜直接應(yīng)用在高頻信號線路的保護中，應(yīng)用在交流電路的保護中時，因為其結(jié)電容較大會增加漏電流，在設(shè)計防護電路時需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量較大，但比氣體放電管小。壓敏電阻器簡稱VDR，是一種對電壓敏感的非線性過電壓保護半導(dǎo)體元件。

ZnO壓敏電阻實際上是一種伏安特性呈非線性的敏感元件，在正常電壓條件下，這相當(dāng)于一只小電容器，而當(dāng)電路出現(xiàn)過電壓時，它的內(nèi)阻急劇下降并迅速導(dǎo)通，其工作電流增加幾個數(shù)量級，從而有效地保護了電路中的其它元器件不致過壓而損壞。

它的伏安特性是對稱的，如圖(1)a 所示。這種元件是利用陶瓷工藝制成的，它的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)如圖(1)b 所示。微觀結(jié)構(gòu)中包括氧化鋅晶粒以及晶粒周圍的晶界層。氧化鋅晶粒的電阻率很低，而晶界層的電阻率卻很高，相接觸的兩個晶粒之間形成了一個相當(dāng)于齊納二極管的勢壘，這就是一壓敏電阻單元，每個單元擊穿電壓大約為3.5V，如果將許多的這種單元加以串聯(lián)和并聯(lián)就構(gòu)成了壓敏電阻的基體。串聯(lián)的單元越多，其擊穿電壓就超高，基片的橫截面積越大，其通流容量也越大。壓敏電阻在工作時，每個壓敏電阻單元都在承受浪涌電能量，而不象齊納二極管那樣只是結(jié)區(qū)承受電功率， 這就是壓敏電阻為什么比齊納二極管能承受大得多的電能量的原因。

壓敏電阻的Zv與電路總阻抗(包括浪涌源阻抗Zs)構(gòu)成分壓器，因此壓敏電阻的限制電壓為 V=VsZv/(Zs+Zv)。Zv的阻值可以從正常時的兆歐級降到幾歐，甚至小于1Ω。由此可見Zv在瞬間流過很大的電流，過電壓大部分降落在Zs上， 而用電器的輸入電壓比較穩(wěn)定，因而能起到的保護作用。圖(3)所示特性曲線可以說明其保護原理。直線段是總阻抗Zs，曲線是壓敏電阻的特性曲線，兩者相交 于點Q，即保護工作點，對應(yīng)的限制電壓為V，它是使用了壓敏電阻后加在用電器上的工作電壓。Vs為浪涌電壓，它已超過了用電器的耐壓值VL，加上壓敏電阻 后，用電器的工作電壓V小于耐壓值VL，從而有效地保護了用電器。不同的線路阻抗具有不同的保護特性，從保護效果來看，Zs越大，其保護效果就越好，若 Zs=0，即電路阻抗為零，壓敏電阻就不起保護作用了。圖(4)所描述的曲線可以說明Zs與保護特性之間的關(guān)系。

從上圖看471KD10與471KD20的數(shù)據(jù)來比較，我們可以看出允許的最大交流與直流電壓都相同，但是最大的鉗位電壓上面我們可以看出KD10的與KD20通過的電流時25A與100A，這說明我們在同一個電路上，打同一等級的雷擊浪涌時，KD10的鉗位電壓要比KD20的高。

從這些數(shù)據(jù)來看的話，我們在做雷擊實驗的時候要是不過的話，可以選擇大一號的壓敏電阻，這樣我們的產(chǎn)品要安全的多。有時可以并聯(lián)一個同一型號的壓敏電阻也可以降低鉗位電壓，從而達到很好的保護我們的產(chǎn)品。

02

壓敏電阻在電源里面非常的常見，它的應(yīng)用一般都是在開關(guān)電源的輸入部分，用來防雷擊浪涌。

1、一般的應(yīng)用是輸入端L相與N相跨接一壓敏電阻。

2、共模電感上也可能會放陶瓷放電管。

3、L相與N相對大地上用壓敏串陶瓷放電管。

這些電路的作用都是用來防雷用，電路都是非常的常見。但是壓敏電阻的選取的過程中，很多的工程師都是說是經(jīng)驗，對于壓敏電阻上的一些參數(shù)了解的非常少。

1、壓敏電阻的選取是要根據(jù)我們的輸入電壓來選取，我們是需要查看壓敏電阻的規(guī)格書，一般我的輸入電壓AC85V-264V，我們在選取壓敏電阻的時候就需要查看規(guī)格書上面的最大允許電壓要比我們的輸入電壓要高。

列如我們常用的471 它的最大允許電壓AC300V DC385V同時通流量也是需要注意的，一般規(guī)格書上給出來的通流是1次的通流量，我們在選取的時候一定需要留有很大的余量，通流量是我們選擇直徑的依據(jù)，如果一個417KD10 的壓敏電阻在計算的時候剛好接近規(guī)格書上的通流量2500A，我們可以選取兩個來并，如果空間不夠的時候我們可以選擇加強型的。

看下圖我們能看出來我們普通型的通流量是2500A，增強型的是3500A

圖2上面我們看到壓敏電阻上串聯(lián)陶瓷放電管，陶瓷放電管上并聯(lián)了電阻，陶瓷放電管的作用是觸發(fā)導(dǎo)通后，陶瓷放電管上的殘余電壓非常低，這樣的最后的鉗位電壓基本上是由壓敏電阻來決定，陶瓷放電與壓敏電阻串聯(lián)時，我們可以選取391的壓敏電阻+600V的陶瓷放電管，這樣鉗位電壓要比單各壓敏電阻471要低很多。391的鉗位電話有時650V 471的鉗位電壓時775V。

并電阻在陶瓷放電管上的作用：有些工程師在選取的陶瓷放電管時，導(dǎo)通電壓可能小于輸入電壓，因為壓敏電阻上的寄宿電容要比陶瓷放電管上的電容大的多，一般壓敏電阻上的寄生電容有1KHz時有幾百pF 而陶瓷放電管在1MHz時只有幾pF。因此寄生電容上的分壓，導(dǎo)致陶瓷放電管上的壓降基本上等于輸入電壓。這時并電阻就可以降低放電管上的壓降。

共模電感上并聯(lián)陶瓷放電管與L相與N相對大地跨接壓敏電阻串陶瓷放電管一樣的作用，有時可能只會出現(xiàn)一組電路。作用都時用來防共模雷擊。