廖竹君的日志

插件压敏电阻可以用贴片代替吗？它来了

已有 64 次阅读 2020-11-21 22:44

压敏电阻功能

压敏电阻是电源口浪涌保护的不可或缺的保护器件，它具有类似于二极管的非线性，非欧姆电流-电压特性。然而，与二极管相反，它在两个横向电流方向上具有相同的特性。传统上，压敏电阻的确是通过连接两个整流器来构造的，例如反并联的氧化铜或氧化锗整流器组态。在低电压下，压敏电阻具有较高的电阻，该电阻随着电压的升高而减小。现代压敏电阻主要基于烧结的陶瓷金属氧化物材料，这些材料仅在微观尺度上表现出方向性。这种类型通常称为金属氧化物压敏电阻（MOV）。

压敏电阻被用作电路中的控制或补偿元件，以提供最佳工作条件或防止过大的瞬态电压。当用作保护设备时，它们在触发时会将过高电压产生的电流与敏感组件分流。

压敏电阻静态电阻

在正常工作状态下，压敏电阻具有很高的电阻，因此，其一部分就是通过允许较低的阈值电压不受影响地以与齐纳二极管类似的方式工作。

但是，当压敏电阻两端的电压（任一极性）都超过压敏电阻的额定值时，其有效电阻会随着电压的升高而大大降低。

根据欧姆定律，只要R保持恒定，固定电阻器的电流-电压（IV）特性就是一条直线。然后，电流与电阻两端的电势差成正比。

但是压敏电阻的IV曲线不是一条直线，因为电压的微小变化会引起电流的显着变化。下面给出了标准压敏电阻的典型归一化电压与电流特性曲线。

压敏电阻特性曲线

从上方我们可以看到，压敏电阻具有对称的双向特性，也就是说，压敏电阻在正弦波形的两个方向（象限I和II）上工作，其行为类似于背对背连接的两个齐纳二极管。当不导通时，IV曲线显示为线性关系，因为流经压敏电阻的电流保持恒定且仅在几微安的“泄漏”电流时很低。这是由于其高电阻充当开路，并保持恒定，直到压敏电阻两端的电压（任一极性）达到特定的“额定电压”为止。

该额定电压或钳位电压是在规定的1mA直流电流下测得的压敏电阻两端的电压。也就是说，在其端子上施加的直流电压电平允许1mA的电流流过压敏电阻的电阻体，而电阻体本身取决于其构造中使用的材料。在此电压电平下，压敏电阻开始从其绝缘状态变为导通状态。

当压敏电阻两端的瞬态电压等于或大于额定值时，由于其半导体材料的雪崩效应，器件的电阻突然变得很小，从而将压敏电阻变成导体。流经压敏电阻的小泄漏电流迅速上升，但其两端的电压被限制在刚好高于压敏电阻电压的水平。

换句话说，压敏电阻通过允许更多的电流流过而自动调节其两端的瞬态电压，并且由于其陡峭的非线性IV曲线，它可以在狭窄的电压范围内通过变化范围很大的电流，从而消除了任何电压尖峰。

压敏电阻值

由于压敏电阻在其两个端子之间的主要导电区域的行为就像电介质，因此在其钳位电压以下，压敏电阻的作用就像电容器而不是电阻。每个半导体压敏电阻的电容值直接取决于其面积，并且随其厚度成反比。

当在直流电路中使用时，压敏电阻的电容或多或少保持恒定，只要所施加的电压不会增加到高于钳位电压电平，并在其最大额定连续直流电压附近突然下降。

但是，在交流电路中，此电容会影响其IV特性的非导电泄漏区域中的器件的体电阻。由于它们通常与电气设备并联以防止过电压，所以压敏电阻的泄漏电阻会随着频率的升高而迅速下降。

这种关系与频率和所产生的并联电阻，它的交流电抗Xc大致成线性关系，可以像普通电容器那样使用通常的1 /（2πƒC）来计算。然后，随着频率增加，其泄漏电流也增加。

但是，除了基于硅半导体的压敏电阻之外，还开发了金属氧化物压敏电阻来克服与其碳化硅表亲相关的一些限制。

金属氧化物压敏电阻

所述金属氧化物变阻器或MOV的简称，是一个电压相关电阻器，其中电阻材料是金属氧化物，主要按压氧化锌（ZnO）为陶瓷类材料。金属氧化物压敏电阻由大约90％的氧化锌作为陶瓷基础材料以及其他填充材料组成，用于在氧化锌晶粒之间形成结。

现在，金属氧化物压敏电阻是最常见的电压钳位器件，可用于各种电压和电流。在其结构中使用金属氧化物意味着MOV在吸收短期电压瞬变方面非常有效，并且具有更高的能量处理能力。

与普通压敏电阻一样，金属氧化物压敏电阻在特定电压下开始导通，并在电压降至阈值电压以下时停止导通。标准碳化硅（SiC）压敏电阻和MOV型压敏电阻之间的主要区别在于，在正常工作条件下，流经MOV氧化锌材料的泄漏电流很小，而其在钳位瞬态过程中的工作速度要快得多。

MOV通常具有径向引线和坚硬的外部蓝色或黑色环氧树脂涂层，该涂层与圆盘陶瓷电容器非常相似，可以以类似的方式物理安装在电路板和PCB上。典型的金属氧化物压敏电阻的结构如下：

金属氧化物压敏电阻结构

为了为特定应用选择正确的MOV，希望对源阻抗和瞬态可能的脉冲功率有所了解。对于输入的线路或相位瞬变，正确选择MOV会比较困难，因为通常电源的特性是未知的。通常，选择MOV进行电路电气保护以免受电源瞬变和尖峰的影响，只是出于有根据的猜测。

但是，金属氧化物压敏电阻的压敏电阻电压范围很广，从AC或DC约10伏到1,000伏以上，因此可以通过了解电源电压来进行选择。例如，为此选择一个MOV或硅压敏电阻，对于其电压，其最大连续均方根电压额定值应刚好高于最高预期电源电压，例如120伏电源的均方根值为130伏，230伏电源的均方根为260伏。供应。

压敏电阻将采用的最大浪涌电流值取决于瞬态脉冲宽度和脉冲重复次数。可以对瞬态脉冲的宽度进行假设，该宽度通常为20至50微秒（μs）长。如果峰值脉冲电流额定值不足，则压敏电阻可能会过热并损坏。因此，为了使压敏电阻正常工作而不会发生任何故障或退化，它必须能够快速耗散瞬态脉冲的吸收能量，并安全地返回到其预脉冲状态。