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压敏电阻器

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具有非线性伏安特性并有抑制瞬态过电压作用的固态电压敏感元件。当端电压低于某一阈值时,压敏电阻器的电流几乎等于零;超过此阈值时,电流值随端电压的增大而急剧增加。压敏电阻器的非线性伏安特性是由压敏体(或称压敏结)电压降的变化而引起的,所以又称为非线性电阻器。表中列出常见的压敏电阻器的类别。 在电力工业中,常使用压敏材料制成避雷器阀片。反向特性的硒整流片和雪崩二极管等也具有压敏特性,但习惯上仍沿用各自的原名。


1简介

具有非线性伏安特性并有抑制瞬态过电压作用的固态电压敏感元件。当端电压低于某一阈值时,压敏电阻器的电流几乎等于零;超过此阈值时,电流值随端电压的增大而急剧增加。压敏电阻器的线性伏安特性是由压敏体(或称压敏结)电压降的变化而引起的,所以又称为非线性电阻器。表中列出常见的压敏电阻器的类别?!≡诘缌ひ抵?常使用压敏材料制成避雷器阀片。反向特性的硒整流片和雪崩二极管等也具有压敏特性,但习惯上仍沿用各自的原名。

1929~1930年,美国和德国几乎同时用碳化硅压敏材料制成高压避雷器。40年代末,苏联制成低压碳化硅压敏电阻器。1968年日本研制出氧化锌压敏材料。这种材料具有比其他材料更为优异的电气性能,至今仍获得广泛应用。其他金属氧化物(Fe2O3、TiO等)压敏电阻器也得到发展。

压敏电阻器主要用于限制有害的大气过电压和操作过电压,能有效地?;は低郴蛏璞?。用氧化锌压敏材料制成高压绝缘子,既有绝缘作用,又能实现瞬态过电压?;?。此外,压敏电阻器在电子电路中可用于消火花、消噪音、稳压和函数变换等。

压敏电阻器的端电压超过某一阈值后,其伏安特性可用下式表示:式中I为通过压敏电阻器的电流峰值,U为端电压峰值,CA为材料常数,β为电流非线性指数,γ=1/β为电压非线性指数。其他参数还有标称工作电压、压敏电压、漏电流、通流容量、单片承受能量和使用寿命等。

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2片式

片式压敏电阻器(VARISTOR)是压敏电阻器的一种,它是用氧化锌非线性电阻元件作为核心而制成的电冲击?;て骷?。氧化锌非线性电阻元件是以氧化锌(ZnO)为主体材料,添加多种其他微量元素,用陶瓷工艺制成的化合物半导体元件。它的基本特性是电流一电压关系的非线性。当加在它两端的电压低于某个阀电压,即“压敏电压”时,它的电阻值极大,为兆欧级;而当加在它两端的电压超过压敏电压后,电阻值随电压的增高急速下降,可小到欧姆级、毫欧姆级。压敏电阻器与普通电阻器不同,普通电阻器遵守欧姆定律,而片式压敏电阻器的电压与电流则呈特殊的非线性关系。当片式压敏电阻器两端所加电压低于标称额定电压值时,其电阻值接近无穷大,内部几乎无电流流过。当片式压敏电阻器两端电压略高于标称额定电压时,它将被迅速击穿导通,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,片式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。一般而言,片式压敏电阻器的制作工艺流程如下:叠层,切割,排胶,烧结,倒角,涂敷,端电极,电镀。

片式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?;?、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、?;ぐ氲继逶骷茸饔?。

片式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。

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3压敏电压

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。

所谓压敏电压(VARISTOR VOLTAGE),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??筛菥咛逍枰费∮?。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?;ばЧ胧褂檬倜?。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。

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4大电压

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。

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5通流容量

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。

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?;ばЧ龇?,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,并联后的压敏电压不变,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。

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6限制电压

大限制电压是指压敏电阻器两端所能承受的高电压值,它表示在规定的冲击电流Ip通过压敏电阻器两端所产生的电压,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?;の锏哪脱顾絍o,否则便达不到可靠的?;つ康?,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)。

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7大能量

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=1.4,

10/1000μs k=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。

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8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。

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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的残压。残压比则为残压与标称电压之比。

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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。

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11系数

电压温度

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。

电流温度

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。

非线性

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。

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12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。

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13静态电容

静态电容是指压敏电阻器本身固有的电容容量。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?;な北匦肟悸堑秸庖坏?。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。

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14应用行业

压敏电阻主要是用来?;つ切┮资芫驳绾透哐沟绕苹祷肪车囊恢值缱?,在一些集成化较高,应用功能复杂的环境中应用较多,其中片式压敏电阻体积小,适应于高度集成化的电子环境。据了解,手持式电子产品的广泛应用,使得手机、手提电脑、PDA、数码相机和医疗仪器等产品对电路系统的速度和工作电压提出更为严格的要求。片式压敏电阻虽因其响应速度快、无极性、成本低以及和SMT工艺兼容等优点而被推到了市场前沿。

在手机中的应用中,由于增加了多种新功能,如彩屏、可拍照、MMS,手机中的IC集成度也越来越高,与此同时,半导体器件和IC的工作电压越来越低,当芯片变得越来越薄时,遭受过电压和静电放电(ESD)危害的几率大大增加了。由于过电压和静电放电对集成电路和半导体器件会造成损坏,因而需要大量的过电压?;ぴ炊园汗蟮陌氲继迤骷峁┍;?。

片式压敏电阻行情看好,但同时却面临了一个尴尬,片式压敏电阻由于价格坚挺,一般而言,同种类型的片式压敏电阻要比DIP型的价格高出3-5倍。以致扩大市场份额的过程中和贴片LED同显步履蹒跚。元件市场片式压敏电阻的实际情形是,供应市场不大,需求市场也不大。压敏电阻市场DIP直插产品是主流,SMT产品则是发展趋势。

参考资料

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