一、壓敏電阻器的應(yīng)用原理      

       壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件，可以用來代替瞬態(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對IC及其它設(shè)備的電路進行保護，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流(如雷擊等)而造成對它們的損壞。使用時只需將壓敏電阻器并接于被保護的IC或設(shè)備電路上，當電壓瞬間高于某一數(shù)值時，壓敏電阻器阻值迅速下降，導(dǎo)通大電流，從而保護IC或電器設(shè)備;當電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時，壓敏電阻器阻值極高，近乎開路，因而不會影響器件或電器設(shè)備的正常工作。

壓敏電阻器的應(yīng)用廣泛,壓敏電阻主要可用于直流電源、交流電源、低頻信號線路、帶饋電的天饋線路。從手持式電子產(chǎn)品到工業(yè)設(shè)備，其規(guī)格與尺寸多種多樣。隨著手持式電子產(chǎn)品的廣泛使用，尤其是手機、手提電腦、PDA、數(shù)字相機、醫(yī)療儀器等，其電路系統(tǒng)的速度要求更高，并且要求工作電壓更低，這就對壓敏電阻器提出了體積更小、性能更高的要求。因此，表面組裝的壓敏電阻器元件也就開始大量涌現(xiàn)，而其銷售年增長率要高于有引線的壓敏電阻器一倍多。

二、壓敏電阻的選用

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器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當過電壓出現(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。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中，應(yīng)用在交流電路的保護中時，因為其結(jié)電容較大會增加漏電流，在設(shè)計防護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的電器設(shè)備或元器件并聯(lián)使用。當電路中出現(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，此時壓敏電阻器兩端電壓迅速下降，遠遠小于Vs，這樣被保護的設(shè)備及元器件上實際承受的電壓就遠低于過電壓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準是要高于供電電壓，在能夠滿足可以保護需要保護器件的的同時，盡可能選擇壓敏電壓高的壓敏電阻，這樣不僅可以保護器件，也能提高壓敏電阻的使用壽命。比如要保護的器件耐壓為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)品標準給定的波形、沖擊次數(shù)和間隙時間進行脈沖試驗時產(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

       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。

第二種類型為負荷中的連接，見圖1(b)。它主要用于對感性負載突然開閉引起的感應(yīng)脈沖進行吸收，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，一般采用與保護器件并聯(lián)的方式，以限制電壓低于被保護器件的耐壓等級，這對半導(dǎo)體器件是一種有效的保護。

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，尤其是標稱電壓要準確。標稱電壓過高，壓敏電阻器起不到過電壓保護作用，標稱電壓過低，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電器設(shè)備或元器件并聯(lián)即可達到保護設(shè)備的目的(如圖4所示)。

當過電壓幅值高于規(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)。

三、壓敏電阻器的主要參數(shù)

壓敏電阻器的主要參數(shù)有標稱電壓、電壓比、最大控制電壓、殘壓比、通流容量、漏電流、電壓溫度系數(shù)、電流溫度系數(shù)、電壓非線性系數(shù)、絕緣電阻、靜態(tài)電容等。

1、壓敏電壓

所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等?？筛鶕?jù)具體需要正確選用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到保護效果與使用壽命。如一臺用電器的額定電源電壓為220V，則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V，V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V，因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470-480V之間。MYG05K規(guī)定通過的電流為0.1mA，MYG07K、MYG10K、MYG14K、MYG20K標稱電壓是指通過1mA直流電流時，壓敏電阻器兩端的電壓值。

2、最大允許電壓（最大限制電壓）

此電壓分交流和直流兩種情況，如為交流，則指的是該壓敏電阻所允許加的交流電壓的有效值，以ACrms表示，所以在該交流電壓有效值作用下應(yīng)該選用具有該最大允許電壓的壓敏電阻，實際上V1mA與ACrms間彼此是相互關(guān)聯(lián)的，知道了前者也就知道了后者，不過ACrms對使用者更直接，使用者可根據(jù)電路工作電壓，可以直接按ACrms來選取合適的壓敏電阻。在交流回路中，應(yīng)當有：min(U1mA) ≥(2.2～2.5)Uac，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時，有適當?shù)陌踩６?。對直流而言在直流回路中，?yīng)當有：min(U1mA) ≥(1.6～2)Udc，式中Udc為回路中的直流額定工作電壓。在交流回路中，應(yīng)當有：min(U1mA) ≥(2.2～2.5)Uac，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時，有適當?shù)陌踩６?。在信號回路中時，應(yīng)當有：min(U1mA)≥(1.2～1.5)Umax，式中Umax為信號回路的峰值電壓。壓敏電阻的通流容量應(yīng)根據(jù)防雷電路的設(shè)計指標來定。一般而言，壓敏電阻的通流容量要大于等于防雷電路設(shè)計的通流容量。

3、通流容量

所謂通流容量，即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25℃情況下，對于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過±10%時的最大脈沖電流值。為了延長器件的使用壽命，ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應(yīng)小于手冊中給出的產(chǎn)品最大通流量。然而從保護效果出發(fā)，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下，實際發(fā)生的通流量是很難精確計算的。簡單的講-通流容量也稱通流量，是指在規(guī)定的條件(以規(guī)定的時間間隔和次數(shù)，施加標準的沖擊電流)下，允許通過壓敏電阻器上的最大脈沖(峰值)電流值。一般過壓是一個或一系列的脈沖波。實驗壓敏電阻所用的沖擊波有兩種，一種是為8/20μs波，即通常所說的波頭為8μs波尾時間為20μs的脈沖波，另外一種為2ms的方波，如下圖所示：