18课、压敏电阻原理，选型和应用

压敏电阻原理，选型和应用思维导图，包括压敏电阻选型计算，工作原理，参数解释，深入了解压敏。

18、压敏电阻原理，选型和应用

• 概述
  • 压敏电阻是一种限压型器件，并联在电路当中，电路工作电压，压敏电阻不响应，不导通，但是浪涌过来时，电压很大，此时压敏电阻从高阻，阻抗降低到一个很小的值，一般导通后电阻值可以从MΩ（兆欧）级变到mΩ（毫欧）级，
  • 没有接口保护电路，浪涌电压远超过后级器件的耐压，则 电路损坏
  • 压敏电阻响应导通，把高电压箝位到了一个很低的电压值，这个箝位电压小于后级器件 的耐压，我后级器件扛得住，这就是压敏电阻工作原理
• 压敏电阻的工作过程
  • 1、当电压较低时，压敏电阻工作于预击穿区（漏电流区），呈现很大的电阻，漏电流很小；不导通，电路正常工作
  • 2、当电压升高进入（击穿区）非线性区后，电流在相当大的范围内变化时，电压变化不大，呈现较好的限压特性。
  • 3、此时也就是压敏电阻响应导通，钳位的状态，电压再升高，压敏电阻进入上升区（饱和区），呈现一个很小的线性电阻，由于电流很大，时间一长就会使压敏电阻过热烧毁甚至炸裂
  • 总结：正常使用，预击穿区；浪涌冲击后，进入击穿区；电流在增大进入上升区损坏；所以，正常使用时压敏电阻处于漏电流区，受到浪涌冲击时进入非线性区泄放浪涌电流，一般不能进入饱和区
• 参数理解和选型
  • 1、压敏电压
    • 是以在压敏电阻上通过1mA 直流电流时的电压来表示其是否导通的标志电压， 这个电压就称为压敏电压。
    • 压敏电阻的压敏电压，我们也称响应电压，也就是压敏电阻由关断状态到导通的 电压。
    • 另冲击前后要求压敏电压的变化率不大于10%；如果大于10%就算失效了。
  • 2、最大持续电压
    • 也就是长时间加在压敏电阻两端的最大工作电压
    • 最大持续工作电压UC 指压敏电阻能长期承受的最大交流电压(有效值)Uac 或最大直流电压Udc。
    • 注意这里是交流有效值，一般Uac≈0.64U1mA，Udc≈0.83U1mA，最大持续工作电压，是 小于压敏电压的，否则压敏导通了。
  • 3、压敏电压的通流容量
    • 指压敏电阻能承受的8/20μs 波的最大冲击电流峰值。
    • 注意，是8/20uS 波形测试的，所以，针对不同的实验波形，通流容量是不一样 的，比如10/350us，能量更大，这个时候用压敏的通流容量设计，就需要注意。
  • 4、最大钳位电压（限制电压）
    • 规格书给出的最大钳位电压值是指给压敏电阻施加规定的8/20μs冲击电流Ip时，压敏电阻呈现的电压
    • 压敏电阻的作用就是钳位，实际使用中，压敏电压越高，施加的冲击电流越大，限值电压（或称残压）就越高
  • 5、压敏电阻的结电容
    • 指压敏电阻两电级间呈现的电容，在几pF~几百nF的范围内，结电容都是在规定的频率下测试的，常见的厂家规定1KHz，有的厂家规定1MHz
    • 一般体积越小，压敏电压越高，电容越小
    • 通常压敏电阻结电容比较大，大家很少见到压敏电阻用来做信号接口的浪涌防护，就是这个原因，担心电容影响信号质量。
  • 6、漏电流
    • 给压敏电阻施加最大直流电压Udc时流过的电流
    • 压敏电阻的漏电流比较大，这是压敏老化的重要原因，通常，压敏和气体放电管串联使用，一个很重要的方面，也是减小压敏电阻的漏电流，因为GDT本身就是断路的。
• 老化问题
  • 压敏电阻的老化失效最大，这是材料特性决定的，所以，后面我们器件选型等时，一定要考虑防护器件的老化失效。
  • 对压敏电阻进行冲击试验时，随着所要进行的冲击次数的增加，压敏电阻的通流量会逐渐减小，一般像压敏电阻和GDT，10次试验，老化效应就会逐渐增大，已经不平稳了。
  • 这个是压敏电阻的冲击电流降额曲线，一般规格书都会有， 横轴表示的是试验波形持续时间，也即能量大小，纵轴是通流容量； 如图所示： 1、相同测试次数，波形持续时间越大，也即能量越大，压敏的通流容量越小。 2、相同波形，测试次数越多，压敏电阻的通流容量越小 都是由于通过压敏电阻的电流导致压敏电阻老化，它的材料就是这个特性，无解 但我们设计时要考虑压敏的降额，比如，压敏电压，最大持续工作电压，通流容量，设计时要留有一定裕量，不要设计值5KA，器件选型也是5kA，不考虑老化。
• 具体示例
  • 1、压敏电压
    • 直流回路：min(U1mA)≥（1.8~2）Udc，Udc为回路的直流工作电压
    • 交流回路：min(U1mA)≥（2.2~2.5）Uac，Uac为回路的交流工作电压的有效值
    • 一般，选用压敏电压高一点的压敏电阻，可以降低故障率，延长使用寿命，但残压略有增大
  • 2、通流量
    • 像这个，规格书一般会给一个标称通流容量和一个最大通流容量，大家选择时参考标称通流容量即可。
    • 流容量应根据防雷电路的设计指标来定，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
    • 标称放电电流应按压敏电阻浪涌寿命次数定额曲线中冲击10次以上的数值进行计算，约为最大冲击通流量的30%（即0.3IP）左右
  • 3、示例
    • 这个电路，假设输入电压DC-48V，测试电流3kA，那么压敏电阻应该如何选择？
    • 1、压敏电压：48*1.8=86.4V，选择100V压敏
    • 2、最大持续工作电压：0.85*86.4=73.44 选75V
    • 3、最大通流容量：3*1.3=3.9 ， 选5kA
    • 看如果选择这款，压敏电压和最大工作电压合适，通流容量不够。
    • 一般会采用并联的方式增加通流量，此时并联后压敏电压和箝位电压是不变的，这个是由于测试等级很高，不得已并联增大通流容量而已。 并联时候，要严格挑选参数一致的进行配对，以保证电流的均匀分配，否则，有的先响应有的后响应，先响应的通流容量没那么大，会损坏
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