1、氧化鋅壓敏電阻器應(yīng)用原理
??壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非線性特性,當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間,壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值,從而實現(xiàn)對后級電路的保護(hù)。壓敏電阻的主要參數(shù)有:壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時間等。
??? 壓敏電阻的響應(yīng)時間為ns級,比空氣放電管快,比TVS管稍慢一些,一般情況下用于電子電路的過電壓保護(hù)其響應(yīng)速度可以滿足要求。壓敏電阻的結(jié)電容一般在幾百到幾千pF的數(shù)量級范圍,很多情況下不宜直接應(yīng)用在高頻信號線路的保護(hù)中,應(yīng)用在交流電路的保護(hù)中時,因為其結(jié)電容較大會增加漏電流,在設(shè)計防護(hù)電路時需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量較大,但比氣體放電管小。
?? 壓敏電阻器與被保護(hù)的電器設(shè)備或元器件并聯(lián)使用。當(dāng)電路中出現(xiàn)雷電過電壓或瞬態(tài)操作過電壓Vs時,壓敏電阻器和被保護(hù)的設(shè)備及元器件同時承受Vs,由于壓敏電阻器響應(yīng)速度很快,它以納秒級時間迅速呈現(xiàn)優(yōu)良非線性導(dǎo)電特性(見圖3中擊穿區(qū)),此時壓敏電阻器兩端電壓迅速下降,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Vs,這樣被保護(hù)的設(shè)備及元器件上實際承受的電壓就遠(yuǎn)低于過電壓Vs,從而使設(shè)備及元器件免遭過電壓的沖擊。
2、氧化鋅壓敏電阻器壓敏電壓的選擇
?? 根據(jù)被保護(hù)電源電壓選擇壓敏電阻器的規(guī)定電流下的電壓V1mA。一般選擇原則為:
對于直流回路:V1mA≥2.0VDC
對于交流回路:V1mA≥2.2V有效值
?? 特別指出對于壓敏電阻壓敏電壓的選擇標(biāo)準(zhǔn)是要高于供電電壓,在能夠滿足可以保護(hù)需要保護(hù)器件的的同時,盡可能選擇壓敏電壓高的壓敏電阻,這樣不僅可以保護(hù)器件,也能提高壓敏電阻的使用壽命。比如要保護(hù)的器件耐壓為Vdc=550Vdc,器件的工作電壓V=300Vdc,那么我們選擇壓敏電阻就應(yīng)該是壓敏電壓為470V的壓敏電阻,壓敏電壓范圍是(423-517),壓敏電壓最大負(fù)誤差470-47=423Vdc大于器件的供電電壓300Vac,最大正誤差為470+47=517Vdc小于器件的耐壓550Vdc。
選用時還必須注意:
(1)必須保證在電壓波動最大時,連續(xù)工作電壓也不會超過最大允許值,否則將縮短壓敏電阻的使用壽命;
(2)在電源線與大地間使用壓敏電阻時,有時由于接地不良而使線與地之間電壓上升,所以通常采用比線與線間使用場合更高標(biāo)稱電壓的壓敏電阻器。
3、通流量的選取
????通常產(chǎn)品給出的通流量是按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)給定的波形、沖擊次數(shù)和間隙時間進(jìn)行脈沖試驗時產(chǎn)品所能承受的最大電流值。而產(chǎn)品所能承受的沖擊數(shù)是波形、幅值和間隙時間的函數(shù),當(dāng)電流波形幅值降低50%時沖擊次數(shù)可增加一倍,所以在實際應(yīng)用中,壓敏電阻所吸收的浪涌電流應(yīng)小于產(chǎn)品的最大通流量。
4、應(yīng)用
????圖1所示是采用壓敏電壓器進(jìn)行電路浪涌和瞬變防護(hù)時的電路連接圖。對于壓敏電阻的應(yīng)用連接,大致可分為四種類型:
???? 第一種類型是電源線之間或電源線和大地之間的連接,如圖1(a)所示。作為壓敏電阻器,最具有代表性的使用場合是在電源線及長距離傳輸?shù)男盘柧€遇到雷擊而使導(dǎo)線存在浪涌脈沖等情況下對電子產(chǎn)品起保護(hù)作用。一般在線間接入壓敏電阻器可對線間的感應(yīng)脈沖有效,而在線與地間接入壓敏電阻則對傳輸線和大地間的感應(yīng)脈沖有效。若進(jìn)一步將線間連接與線地連接兩種形式組合起來,則可對浪涌脈沖有更好的吸收作用。
???? 第二種類型為負(fù)荷中的連接,見圖1(b)。它主要用于對感性負(fù)載突然開閉引起的感應(yīng)脈沖進(jìn)行吸收,以防止元件受到破壞。一般來說,只要并聯(lián)在感性負(fù)載上就可以了,但根據(jù)電流種類和能量大小的不同,可以考慮與R-C串聯(lián)吸收電路合用。
???? 第三種類型是接點間的連接,見圖1(c)。這種連接主要是為了防止感應(yīng)電荷開關(guān)接點被電弧燒壞的情況發(fā)生,一般與接點并聯(lián)接入壓敏電阻器即可。
第四種類型主要用于半導(dǎo)體器件的保護(hù)連接,見圖1(d)。這種連接方式主要用于可控硅、大功率三極管等半導(dǎo)體器件,一般采用與保護(hù)器件并聯(lián)的方式,以限制電壓低于被保護(hù)器件的耐壓等級,這對半導(dǎo)體器件是一種有效的保護(hù)。
5、選型原則
?? 如果電器設(shè)備耐壓水平Vo較低,而浪涌能量又比較大,則可選擇壓敏電壓V1mA較低、片徑較大的壓敏電阻器;如果Vo較高,則可選擇壓敏電壓V1mA較高的壓敏電阻器,這樣既可以保護(hù)電器設(shè)備,又能延長壓敏電阻使用壽命。
? 壓敏電阻器主要應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的過電壓保護(hù)電路中,它有多種型號和規(guī)格。所選壓敏電阻器的主要參數(shù)(包括標(biāo)稱電壓、最大連續(xù)工作電壓、最大限制電壓、通流容量等)必須符合應(yīng)用電路的要求,尤其是標(biāo)稱電壓要準(zhǔn)確。標(biāo)稱電壓過高,壓敏電阻器起不到過電壓保護(hù)作用,標(biāo)稱電壓過低,壓敏電阻器容易誤動作或被擊穿。
6、氧化鋅壓敏電阻器的使用方法
?? 壓敏電阻器是一種無極性過電壓保護(hù)元件,無論是交流還是直流電路,只需將壓敏電阻器與被保護(hù)電器設(shè)備或元器件并聯(lián)即可達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的(如圖4所示)
???
???? 當(dāng)過電壓幅值高于規(guī)定電流下的電壓,過電流幅值小于壓敏電阻器的最大峰值電流時(若無壓敏電阻器足以使設(shè)備元器件破壞),壓敏電阻器處于擊穿區(qū),可將過電壓瞬時限制在很低的幅值上,此時通過壓敏電阻器的浪涌電流幅值不大(<100A/cm2),不足以對壓敏電阻器產(chǎn)生劣化;當(dāng)過電壓幅值很高時,壓敏電阻器將過電壓限制在較低的水平上(小于設(shè)備的耐壓水平),同時通過壓敏電阻器的沖擊電流很大,使壓敏電阻器性能劣化即將失效,這時通過熔斷器的電流很大,熔斷器斷開,這樣既可使電器設(shè)備、元器件免受過電壓沖擊,也可避免由于壓敏電阻器的劣化擊穿造成線路L-N、L-PE之間短路(推薦的熔斷器規(guī)格見表1)。
??????????????????????????????????????????????????????
??? 壓敏電阻器在電路的過電壓防護(hù)中,如果正常工作在圖3的預(yù)擊穿區(qū)和擊穿區(qū),理論上是不會損壞的。但由于壓敏電阻器要長期承受電源電壓,電路中暫態(tài)過電壓、超能量過電壓隨機的不斷沖擊及吸收電路儲能元件釋放能量,因此,壓敏電阻器也是會損壞的,它的壽命根據(jù)所在電路經(jīng)受的過電壓幅值和能量的不同而不同。