壓敏電阻主要應用于開關電源的AC輸入側,通常是為了解決輸入端的異常過高幅電壓的波動,在一些高壓繼電器開關、交流三相電機啟動等均容易産生此波動,從而導緻輸入電源波動從而損傷後端其他負載,因此在認證測試中也會用類似原理進行模拟浪湧。由于壓敏電阻基礎知識内容相對較多,圍繞壓敏電阻會進行分期講解,避免冗長。
何為壓敏電阻- 壓敏電阻器也稱之為VDR,顧名思義電阻值随着外加電壓敏感變化的電阻器,型号為 20D201K 的壓敏電阻器随着外加電壓從 180V 上升到 420V,其電阻值從 18 MΩ 下降為 0.42Ω,在這個過程裡,電壓僅上升了 2.33 倍,而電阻值下降了 4280 多萬倍。
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壓敏電阻用途:異常過電壓的感知、抑制和浪湧能量的吸收;
壓敏電阻特性參數1、伏安特性曲線
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伏安特性
- 其伏安特性随溫度的變化如圖所示,由該圖可見預擊穿區的特性随溫度變化很大,即在外加電壓相同的情況下,流過壓敏電阻的電流會随着環境溫度的提高而大幅度增加;擊穿區的特性幾乎不受溫度的影響;
2、壓敏電壓和直流參考電流- 從其伏安特性曲線可看出:壓敏電阻在其特性曲線的預擊穿區内有一個拐點,這個拐點對應着一組特定的拐點電壓和電流;
- 當外加電壓高于這個拐點電壓,壓敏電阻就進入“導通”狀态(電阻值變小);
- 當外加電壓低于這個拐點電壓,壓敏電阻就進入了“截止”狀态(電阻值變大);
- 因此可将拐點電壓理解為壓敏電壓 UN(導通和截止狀态之間的臨界電壓)。
3、最大連續工作電壓 MCOV
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交流電路
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直流電路
- 是指壓敏電阻在應用時能長期承受的最�直流電壓��UDC或最大交流電壓有效值 URMS。
- 用于交流電路,确定 URMS 的原則:最大連續交流工作電壓的峰值(√2URMS)≤壓敏電壓 UN的公差(±10%)下限值;
- 用于直流電路,确定 UDC 的原則是:壓敏電阻在 UDC 作用下的功耗與其在URMS作用下的功耗大體相等或略小與其在 URMS作用下的功耗
4、特殊特性應用- 長期的靜态功率很小,而瞬間的動态功率很大,如瓷片直徑 20mm、 200V 的壓敏電阻,其長期的靜态功率僅有 1W,而在操作過電壓下的瞬間動态功率卻能達到 50KW,在雷擊過電壓作用下的瞬間動态功率則高達 9000KW 以上。由于壓敏電阻的靜态功率很小,因此施加在壓敏電阻兩端的長期工作電壓絕對要小于其壓敏電壓 UN,否則壓敏電阻将因不堪重負而燒毀。
5、漏電流 IL- 環境溫度 25℃時,在壓敏電阻上施加其所屬規格的最大連續直流工作電壓 UDC,流過壓敏電阻的直流電流;
- 交流漏電流的大小不僅與交流電壓(有效值)的大小有關,也和它的頻率有關,頻率越高,漏電流越大;
6、非線性指數 α- 是一個元件的電阻值是否随電壓或電流變化和變化是否敏感的标志,
- α=1 時�線性電阻��,即電阻值不随電壓變化;
- α >1 時為非線性電阻,即電阻值随電壓變化(電壓上升則電阻值下降);
- α 越大,電阻值随電壓的變化就越明顯;
7、殘壓 UR、殘壓比 KR和限制電壓 Up
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- 殘壓 UR是指特定波形�浪湧電流��流入壓敏電阻器時,它兩端電壓的峰值,電流波的峰值點和電壓波的峰值點在時間上并不重合,電壓波的峰值點一般略微超前于電流波的峰值點;
- 殘壓比 KR=UR/UN;
- 限制電壓 Up是殘壓 UR的一種特殊形式,也是壓敏電阻抑制瞬态過電壓能力的特征指标。
8、通流量(最大峰值電流)Im- 壓敏電阻能夠承受的波形為 8/20µs 的最大浪湧電流峰值
9、最大能量 Em
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- 是指壓敏電阻能夠耗散的規定波形的浪湧電流�脈沖電流��的的最大能量;
- 能夠承受的含義是,沖擊後的壓敏電壓 UN的與沖擊前相比不大于±10%,且同時不能發生目視可見的機械損傷;Em 與電流波形密切相關,IEC 規定的能量測試波形為 2ms 标準方波。
10�電壓溫度系數�� TC
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- 在電流(直流)相同的情況下,壓敏電阻的電壓随溫度的上升而下降,即壓敏電阻的電壓溫度系數為負值;
- 電流越小,電壓随溫度的變化越明顯;
- 1mA 以上的電壓随溫度的變化不明顯,一般可以忽略不計。
11、電容量- 壓敏電阻在導通前的電阻值很大,兩個電極之間存在着 pF 級�電容��;
- 在工頻下,如此之小的電容對被保護電路的正常工作幾乎沒有任何影響;
- 但在高頻或數字線路中,如不考慮壓敏電阻的電容量,有時會造成信号失真或産�諧振��。
12、響應時間
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- 響應時間 τ的定義如圖中的電壓 Vc 指壓敏電阻對 8/20µs 标準雷電流波的殘壓;當浪湧電流的峰值相等,但視在前沿時間 TS比 8µs 更短時,殘壓 V1就會高于 Vc,Vos稱作電壓過沖;從 V1峰值點到 50%Vos 的過沖時間為 t2,響應時間τ=t2-t1,測量值一般在 25ns 以内。
- 對沖擊電壓波前的響應特性,依賴于侵入波的上升速率、沖擊�阻抗��、保護器件内�電抗��的作用,以及抑制元件内部導電機理所決定的響應特性。換言之,對波前的響應,除了受抑制元件響應速度的影響外,更多地受到包括連接線阻抗在内的試驗線路狀态的制約。此外,在規定條件下測得的響應電壓的峰值,對沖擊保護的目的而言,才是具有頭等重要意義的特性。因此,對于本标準所述器件的典型應用而言,對波前的響應,被認為是一個可能引起誤導的且沒有必要的技術要求,在沒有特殊要求的情況下,對波前的響應不應規定技術要求,也不進行試驗、測量、計算或認證
13、脈沖電流穩定性(一萬次沖擊壽命)
![壓敏電阻的作用和功能(壓敏電阻應用) 壓敏電阻的作用和功能(壓敏電阻應用)9](/uploads3/large/tos-cn-i-qvj2lq49k0/3ca65f34b1e64dd5a029bcf6df279213.jpg)
- 對壓敏電阻施加峰值Ia的8/20µs标準雷電流波,單方向沖擊104 次,間隔時間10s,Ia的
- 規定值見表1-2-2,其後在室溫中恢複,恢複時間1~2小時。恢複後壓敏電阻器應滿足下列要求:
- 外觀檢驗:不應有可見損傷,且标志清楚。
- 壓敏電壓(規定電流下的電壓):變化率不大于±10%
- 由于該項考核的電流波形、電流峰值和沖擊次數是在規定條件下進行的,所以并不
- 能保證壓敏電阻在波長大于 20µs 或電流峰值大于規定的 Ia情況下,也能承受一萬次的沖擊。
14、額定功率(最大平均脈沖功率)
![壓敏電阻的作用和功能(壓敏電阻應用) 壓敏電阻的作用和功能(壓敏電阻應用)10](/uploads3/large/tos-cn-i-qvj2lq49k0/d177b9ce1aeb45ad99e8a5433bfe5430.jpg)
- 是指在電流脈沖群作用下,壓敏電阻器能承受且保持熱穩定和不發生結構破壞的最大平均功率;
- 在沒有專門要求的情況下,電流脈沖波形為8/20µs、峰值電流,沖擊10000次(每50次改變一次沖擊方向)。每秒鐘最大沖擊次數N按下式計算使得試樣的平均功率為額定的±10%,其後在室溫中恢複,恢複時間1~2小時。
- 恢複後壓敏電阻器應滿足下列要求:
- 1、外觀檢驗:不應有可見損傷,且标志清楚。
- 2、規定電流下的電壓:變化率不大于±10%
- 3、額定功率或最大平均脈沖功率Po具有兩個實際應用意義。當直流或交流工作電壓在短時間内(幾個小時)超過了規定的UDC或URMS時,如果壓敏電阻在該電壓下的實�有功功率��不大于Po,則壓敏電阻仍然是安全的,如果如果壓敏電阻在該電壓下的實際有功功率超過了規定的Po,則壓敏電阻會在短時間内會因溫度上升過快而損壞,甚至起火。當電路中存在周期性“毛刺”過電壓時(�晶閘管��的換向過電壓),壓敏電阻在該周期性過壓作用下的平均功率也應小于Po。
15、溫度降額曲線和脈沖電流降額曲線
![壓敏電阻的作用和功能(壓敏電阻應用) 壓敏電阻的作用和功能(壓敏電阻應用)11](/uploads3/large/tos-cn-i-qvj2lq49k0/beaa9f6c4845437eb2206f2ccd86c684.jpg)
- 當脈沖電流的波寬≠20µs,或脈沖電流的峰值小于一次通流量Im 時,壓敏電阻能夠承受的沖擊次數n 将随着電流波寬(等效方波持續時間)和電流峰值的大小發生變化,沖擊次數與波寬和峰值之間的關系曲線稱為脈沖電流降額曲線。
- 相近規格壓敏電阻的降額曲線是基本一緻的,采用分段方法提供脈沖電流降額曲線。
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