压敏电阻选择方法及计算

 

尺有所短、寸有所长    压敏电阻的选择  

 

1、             压敏电阻的命名；

我国规定压敏电阻用“MY”表示.。J为家用、后缀字母W－稳压 G－过压 P高频电路 L－防雷 H－灭弧 Z－消噪 B－补偿 C－消磁 N－高性能或高可靠。

2、压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。

3、选用压敏电阻时一般选择标称压敏电压（VIma）和通流容量两个参数 1）压敏电压；即击穿电压或阀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时测得的电压值，其产品电压范围可从10－9000v不等，可根据需要正确选用。一般Vima＝1.5Vp＝2.2VAC（vp是电路额定电流的峰值，VAC是额定交流电压的有效值。）Zno（氧化锌）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，如家电用额定电压是220v则；vima＝1.5vp＝1.5×根号2×220＝467v；因此vima值可选；vima＝2.2VAC=2.2×220＝484v；可在470－484v之间选择。 

2）通流容量；指大脉冲电流的峰值是在环境温度25c°在时规定的冲击电流波形和冲击次数而言，压敏电阻的变化不超过10％时的大脉冲电流值。

压敏电阻的选择与使用 

2008年12月26日 星期五 09:11 引用 压敏电阻的选择与使用 

压敏电阻的测量： 压敏电阻一般并联在电路中使用，当电阻两端的电压发生急剧变化时，电阻短路将电流保险丝熔断，起到保护作用。压敏电阻在电路中，常用于电源过压保护和稳压。测量时将万用表置10k档，表笔接于电阻两端，万用表上应显示出压敏电阻上标示的阻值，如果超出这个数值很大，则说明压敏电阻已损。   

 

压敏电阻标称参数

 

压敏电阻用字母“MY”表示，如加J为家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。

 

1、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××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。

 

2、所谓通流容量，即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，则选用2－20KA的产品。如手头产品的通流量不能满足使用要求时，可将几只单个的压敏电阻并联使用，并联后的压敏电不变，其通流量为各单只压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同，否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻。

 

压敏电阻器的应用原理

压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。压敏电阻器可以对IC及其它设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流（如雷击等）而造成对它们的损坏。使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC或设备电路上，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，从而保护IC或电器设备；当电压低于压敏电阻器工作电压值时，压敏电阻器阻值极高，近乎开路，因而不会影响器件或电器设备的正常工作。

 

压敏电阻的选用

 

选用压敏电阻器前，应先了解以下相关技术参数：标称电压是指在规定的温度和直流电流下，压敏电阻器两端的电压值。漏电流是指在25℃条件下，当施加大连续直流电压时，压敏电阻器中流过的电流值。等级电压是指压敏电阻中通过8／20等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值。通流量是表示施加规定的脉冲电流（8／20μs）波形时的峰值电流。浪涌环境参数包括大浪涌电流Ipm（或大浪涌电压Vpm和浪涌源阻抗Zo）、浪涌脉冲宽度Tt、相邻两次浪涌的小时间间隔Tm以及在压敏电阻器的预定工作寿命期内，浪涌脉冲的总次数N等。

 

标称电压选取

 

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坏时，也不应高于额定值中选择的大连续工作电压，该大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过压保护方面的应用，压敏电压值应大于实际电路的电压值，一般应使用下式进行选择：

VmA＝av／bc式中：

a为电路电压波动系数，一般取1.2；v为电路直流工作电压（交流时为有效值）；b为压敏电压误差，一般取0.85；c为元件的老化系数，一般取0.9；

这样计算得到的VmA实际数值是直流工作电压的1．5倍，在交流状态下还要考虑峰值，因此计算结果应扩大1．414倍。另外，选用时还必须注意：

(1)   必须保证在电压波动大时，连续工作电压也不会超过大允许值，否则将缩短压敏电阻的使用寿命；

(2)   在电源线与大地间使用压敏电阻时，有时由于接地不良而使线与地之间电压上升，所以通常采用比线与线间使用场合更高标称电压的压敏电阻器。  压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的大通流量。

应 用   

  电路浪涌和瞬变防护时的电路。对于压敏电阻的应用连接，大致可分为四种类型：

 

种类型是电源线之间或电源线和大地之间的连接，作为压敏电阻器，有代表性的使用场合是在电源线及长距离传输的信号线遇到雷击而使导线存在浪涌脉冲等情况下对电子产品起保护作用。一般在线间接入压敏电阻器可对线间的感应脉冲有效，而在线与地间接入压敏电阻则对传输线和大地间的感应脉冲有效。若进一步将线间连接与线地连接两种形式组合起来，则可对浪涌脉冲有更好的吸收作用。

 

  第二种类型为负荷中的连接，它主要用于对感性负载突然开闭引起的感应脉冲进行吸收，以防止元件受到破坏。一般来说，只要并联在感性负载上就可以了，但根据电流种类和能量大小的不同，可以考虑与R－C串联吸收电路合用。

第三种类型是接点间的连接，这种连接主要是为了防止感应电荷开关接点被电弧烧坏的情况发生，一般与接点并联接入压敏电阻器即可。

  第四种类型主要用于半导体器件的保护连接，这种连接方式主要用于可控硅、大功率三极管等半导体器件，一般采用与保护器件并联的方式，以限制电压低于被保护器件的耐压等级，这对半导体器件是一种有效的保护。

 

氧化锌压敏电阻存在的问题   

  现有压敏电阻在配方和性能上分为相互不能替代的两大类：

1 高压型压敏电阻

高压型压敏电阻，其优点是电压梯度高（100～250V/mm）、大电流特性好（V10kA/V1mA≤1.4）但仅对窄脉宽(2≤ms)的过压和浪涌有理想的防护能力，能量密度较小，（50～300）J/cm3。

 

2 高能型压敏电阻

 

  高能型压敏电阻，其优点是能量密度较大（300J/cm3～750J/cm3），承受长脉宽浪涌能力强，但电压梯度较低（20V/mm～500V/mm），大电流特性差（V10kA/V1mA>2.0）。

  这两种配方的性能差别造成了许多应用上的“死区”，在10kV电压等级的输配电系统中广泛采用了真空开关，由于它动作速度快、拉弧小，会在操作瞬间造成极高过压和浪涌能量，如果选用高压型压敏电阻加以保护（如避雷器），虽然它电压梯度高、成本较低，但能量容量小，容易损坏；如果选用高能型压敏电阻，虽然它能量容量大，寿命较长，但电压梯度低，成本太高，是前者的5～13倍。在中小功率变频电源中，过压保护的对象是功率半导体器件，它对压敏电阻的大电流特性和能量容量的要求都很严格，而且要同时做到元件的小型化。高能型压敏电阻在能量容量上可以满足要求，但大电流性能不够理想，小直径元件的残压比较高，往往达不到限压要求；高压型压敏电阻的大电流特性较好，易于小型化，但能量容量不够，达不到吸能要求。中小功率变频电源在这一领域压敏电阻的应用几乎还是空白。

（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。

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。

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。

（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、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．大允许电压（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：

      

4．大限制电压：  大限制电压是指压敏电阻器两端所能承受的电压值，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.或者10A，因而压敏电阻对应的大限制电压Vc相当大，例如MYG7K471其Vc=775(Ip=10A时)。

 

5．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=1.410/1000μsk=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大功率。

 

8．大峰值电流一次：以8/20μs标准波形的电流作一次冲击的大电流值，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。

 

2 压敏电阻器的应用原理。

 

压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。压敏电阻器可以对IC及其它设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流（如雷击等）而造成对它们的损坏。使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC或设备电路上，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，从而保护IC或电器设备；当电压低于压敏电阻器工作电压值时，压敏电阻器阻值极高，近乎开路，因而不会影响器件或电器设备的正常工作。een'WWl

压敏电阻器的应用广泛,压敏电阻主要可用于直流电源、交流电源、低频信号线路、带馈电的天馈线路。从手持式电子产品到工业设备，其规格与尺寸多种多样。随着手持式电子产品的广泛使用，尤其是手机、手提电脑、PDA、数字相机、医疗仪器等，其电路系统的速度要求更高，并且要求工作电压更低，这就对压敏电阻器提出了体积更小、性能更高的要求。因此，表面组装的压敏电阻器元件也就开始大量涌现，而其销售年增长率要高于有引线的压敏电阻器一倍多。

预计2002年压敏电阻器的市场增长率为13％，其中，多层片式压敏电阻器市场增长率为20％～30％，径向引线产品增长率为5％～10％。需求主要来自于电源设备，包括DC电源设备、不间断电源，以及新的消费类电子产品，如数字音频/视频设备、视频游戏，数字相机等。片式压敏电阻器已占美国市场销售总额的40％～45％。（0402）尺寸的片式压敏电阻器。0201尺寸的产品尚未上市。AVX公司的0402片式压敏电阻器有5.6V、9V、14V和18V等几种电压范围的产品，它们的额定功率为50mJ,典型电容值范围从90pF(18V的产品)～360pF(5.6V的产品)。MaidaDevelopment公司也生产片式系列的压敏电阻器，但目前只推出了非标准尺寸的产品，1210、1206、0805、0603和0402的产品正在试产。