压敏电阻特性及选用.doc

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1、压敏电阻的原理、选型及设计实例分析压敏电阻的设计与选型2013/4/1116:44:30关键词： 传感技术 过电压 压敏电阻器 保护器目前压敏电阻绝大多数为氧化锌压敏电阻，本文就不要以氧化锌压敏电阻来介绍原理、选型以及应用实例。压敏电阻的原理ZnO压敏电阻实际上是一种伏安特性呈非线性的敏感元件，在正常电压条件下，这相当于一只小电容器，而当电路出现过电压时，它的内阻急剧下降并迅速导通，其工作电流增加几个数量级，从而有效地保护了电路中的其它元器件不致过压而损坏。它的伏安特性是对称的，如图(1)a所示。这种元件是利用陶瓷工艺制

2、成的，它的内部微观结构如图(1)b所示。微观结构中包括氧化锌晶粒以及晶粒周围的晶界层。氧化锌晶粒的电阻率很低，而晶界层的电阻率却很高，相接触的两个晶粒之间形成了一个相当于齐纳二极管的势垒，这就是一压敏电阻单元，每个单元击穿电压大约为3.5V，如果将许多的这种单元加以串联和并联就构成了压敏电阻的基体。串联的单元越多，其击穿电压就超高，基片的横截面积越大，其通流容量也越大。压敏电阻在工作时，每个压敏电阻单元都在承受浪涌电能量，而不象齐纳二极管那样只是结区承受电功率，这就是压敏电阻为什么比齐纳二极管能承受大得多的电能量的原因。

3、 图1压敏电阻伏安特性压敏电阻在电路中通常并接在被保护电器的输入端，如图(2)所示。 图2压敏电阻在电路中通常并接在被保护电器的输入端压敏电阻的Zv与电路总阻抗（包括浪涌源阻抗Zs）构成分压器，因此压敏电阻的限制电压为V=VsZv/(Zs+Zv)。Zv的阻值可以从正常时的兆欧级降到几欧，甚至小于1Ω。由此可见Zv在瞬间流过很大的电流，过电压大部分降落在Zs上，而用电器的输入电压比较稳定，因而能起到的保护作用。图(3)所示特性曲线可以说明其保护原理。直线段是总阻抗Zs，曲线是压敏电阻的特性曲线，两者相交于点Q，即保护工作点

4、，对应的限制电压为V，它是使用了压敏电阻后加在用电器上的工作电压。Vs为浪涌电压，它已超过了用电器的耐压值VL，加上压敏电阻后，用电器的工作电压V小于耐压值VL，从而有效地保护了用电器。不同的线路阻抗具有不同的保护特性，从保护效果来看，Zs越大，其保护效果就越好，若Zs=0，即电路阻抗为零，压敏电阻就不起保护作用了。图(4)所描述的曲线可以说明Zs与保护特性之间的关系。图3压敏电阻特性曲线                             图4Zs与保护特性之间的关系压敏电阻的设计与选型    压敏电阻的选用原则：

5、瞻前顾后，符合标准，折中考虑，实验为准。具体来说，瞻前需考虑到：系统电压正常波动范围的上限值，故障套件下的最高暂态电压及其持续时间；冲击源的冲击电压峰值和源阻抗（或冲击电流），冲击的时间宽度及频率等；顾后即考虑到：被保护对象的耐压水平；被保护对象允许的压敏电阻的固有电容和阻性漏电流。瞻前顾后的基本要求为：在预期的冲击源的最大冲击电压下，压敏电阻的限制电压，应低于被保护对象的冲击耐压值；在系统电压正常波动范围的上限值和故障以及最高环境温度条件下，压敏电阻的预期工作寿命时间应大于设计要求值；压敏电阻的通流量，额定能量，功耗应

6、大于冲击源预订的最大冲击电流，冲击能量和平均功耗，在规定条件下，压敏电阻的冲击寿命次数应大于寿命期内冲击源的冲击次数；在系统电压和冲击源发生超过预期值的异常情况时，压敏电阻不会起火，不会发生危及邻近元器件的爆裂，且没有导致点击的危险；压敏电阻的电容量和非线性电流对被保护对象或系统的影响，应在允许的范围内。符合标准即符合相关的安规测试。折中考虑即在压敏电阻应用中，有些要求是互相矛盾的，因此要折中考虑，例如限制电压和电压寿命对压敏电压的要有时是矛盾的，保护的可靠度与保护的成本有时是矛盾的。实验为准即在选定压敏电压后，还需在现

7、场作用条件下或者尽可能的接近真实情况来模拟环境条件进行实验验证，在验证中需检测在正常工作条件下压敏电阻对被保护对象的影响程度是否在允许的范围，进行模拟冲击实验以检验过压保护性能是否满足设计要求。 一般地说，压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用，在正常情况下，压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压，即使在电源波动情况最坏时，也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压，该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。 又如在AC220V线间使用（暂不考虑能量和耐量）,设电源电压波动系数为0.8～1.3，在最坏情况下

8、，压敏电阻器两端的电压可达220×1.3=286V，从额定值可以查出应选择的压敏电阻规格为471K。对于普通一次电源，如果输入电压范围Vin=85-264Vac，依照我司压敏电阻电压降额要求0.9,可知电压可达264/0.9=293Vac,即至少选取300Vac（471K）； 值得注意的是：第一，必须保证在电压波动最