压敏电阻器(VSR)的结构原理与应用知识

   日期:2020-11-23     来源:维修网    作者:中国维修网    浏览:5649    评论:0    
核心提示:压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件,一般用于电路浪涌和瞬变防护电路。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。压敏电阻器可以对集成电路等重要元件以及其它电路和设备进行
       压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件,一般用于电路浪涌和瞬变防护电路。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。压敏电阻器可以对集成电路等重要元件以及其它电路和设备进行保护,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,阻止瞬间过压而起到保护元器件或电路的作用;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。
       压敏电阻器(VSR)是电压灵敏电阻器的简称,它是一种新型过压保护元件。压敏电阻器是以氧化锌为主要材料而制成的金属-氧化物-半导体陶瓷元件,构成压敏电阻的核心材料为氧化锌,氧化锌又包括氧化锌晶粒和晶粒周围的晶界层,氧化锌晶粒的电阻率很低,而晶界层电阻率很高,相接触的两个晶粒之间形成一个相当于齐纳二极管的势垒,成为一个压敏电阻单元,许多单元通过串联,并联组成压敏电阻器基体。压敏电阻器在工作时,每个压敏电阻单元都承担浪涌能量,而这些压敏电阻单元是大体上均匀分布在整个电阻体内的,也就是整个电阻体都承担能量,而不像齐纳二极稳压管那样只是结区承担电功率,这就是陶瓷压敏电阻器具有比齐纳二极稳压管大得很多的通流和能量定额的原因。其电阻值随端电压而变化。

      压敏电阻器的主要特点是工作电压范围宽(6—3000伏,分若干档),对过压脉冲响应快(几至几十纳秒),耐冲击电流的能力强(可达100安培-20千安培),漏电流小(低于几至几十微安),电阻温度系数小,性优价廉,体积小,是一种理想的保护元件。由它可构成过压保护电路,消噪电路,消火花电路,吸收回路。压敏电阻的电路符号,外形和内部结构见图1。

        压敏电阻的结构就象两个特性一致的背靠背联接的稳压管,其性质基本相同。压敏电阻的主要特性是,当两端所加电压在标称额定值以内时,它的电阻值几乎为无穷大,处于高阻状态,其漏电流<50微安,当它两端的电压稍微超过额定电压时,其电阻值急剧下降,立即处于导通状态,工作电流增加几个数量级,反应时间仅在毫微秒级。压敏电阻在国外俗称“斩波器”和”限幅器”,这是从它的实际作用而得名的。

图2给出了压敏电阻在电路中的工作波形。其中(a)表示,在供电网络叠加有过电压脉冲时,接有压敏电阻后,过电压峰值波形被削平,限制在一定的幅度内,(b)则表示,在开启或关闭带有感性,容性的负载电路时,直流波形出现开关尖脉冲,压敏电阻在电路中能吸收这种反电动势,从而有效地保护开关电路不受损害。在汽车电器上用得最多的还是汽车电脑板中的电源保护电路,丰田车系的电脑板中用的压敏电阻为黑色圆片状,而美国车系和大宇车系的电脑板中压敏电阻多数为红色,如果车上的发电机电压调节器失灵,造成长时间电压过高或电瓶线与电瓶桩松动,脱开以及使用大功率的启动电源启动发动机,经常会使电脑板中的压敏电阻损坏。
      压敏电阻的电气参数很多,但主要的是标称电压,漏电流和通流量。(1)标称电压。也称压敏电压,这是一种常用的表示方法,指通过1毫安直流电流时压敏电阻两端的电压值。对于直径5毫米或更小尺寸的压敏电阻,则以0.1毫安为标称电压,对于低电压大直径产品,也有以10毫安来表示标称电压的。(2)漏电流。当元件两端电压等于规定电流下两端电压的75%时.压敏电阻上所通过的直流电流。(3)通流量。在规定时间(8/20微秒)之内,允许通过脉冲电流的最大值。其中,脉冲电流从最大值的90%到最大值的时间为8微秒,峰值持续时间为20微秒。
      压敏电阻选用要点。压敏电阻在电路中可进行并联,串联使用。并联用法可增加耐浪涌电流的数值,但要求并联的器件标称电压要一致。串联用法可提高实际使用的标称电压值,通常串联后的标称电压值为两个标称电压值的和。压敏电阻选用的正确与否,直接影响保护效果和可靠性。如果选用不当,不但不能起到保护作用,反而易造成被保护电器设备不能正常工作。因此,必须根据使用电路的具体情况和工作条件(即间断工作还是不间断工作),来选取标称电压适当的压敏电阻。虽然标称电压值选择得越低保护灵敏度越高,但标称电压值若选得太低,在正常工作电压下,流过压敏电阻的电流也相应较大,会引起压敏电阻自身损耗增大而发热,当遇到过电压时,流过压敏电阻的电流会更大,容易将压敏电阻烧毁,对某些有意选择低电压的压敏电阻来进行保护的电路,压敏电阻应安装在易于散热和便于更换操作的位置。

一、压敏电阻的检测方法
1、测量绝缘电阻用万用表RX1k挡,测量压敏电阻两引脚之间的正.反向绝缘电阻,均应为无穷大,否则,说明漏电流大。若所测电阻很小,说明压敏电阻已损坏,不能使用。

2、测量标称电压电路如图3所示,利用兆欧表(摇表)提供测试电压,使用两块万用表,一块用直流电压挡读出标称电压值,另一块用直流电流挡读出标称电流。然后调换压敏电阻引脚位置用同样方法再读出标称电压和标称电流,然后对比两次测量值,应该大约相等,否则说明对称性不好。检测压敏电阻时应注意:(1)万用表直流电压挡应视压敏电阻标称电压值来正确选择,例如标称电压470V则宜选用大于500V以上挡。(2)万用表直流电流挡一般选1毫安挡。


二、压敏电阻的原理和作用、用途
       压敏电阻是中国的名词,意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变",或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。 
       压敏电阻器的电阻体材料是半导体,所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"(ZnO)压敏电阻器,它的主体材料有二价元素(Zn)和六价元素氧(O)所构成。所以从材料的角度来看,氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 
      压敏电阻器是按其用途来命名的,称为"突波吸收器"。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击(浪涌)抑制器(吸收器)”。氧化锌压敏电阻又称突波吸收器,系一种具有电压电流对称特性之压敏属性电阻器.它主要的设计是用来保护所有的电子产品或元件免于受开关或雷击诱发所产生之突波的影响,而其非线性指数的特性与广泛的应用范围以及可以量产等优点,已逐渐地被应用在各种不同领域的电子工程方面

三、压敏电阻主要参数
1、残压:压敏电阻在通过规定波形的大电流时其两端出现的最高峰值电压。
2、通流容量:按规定时间间隔与次数在压敏电阻上施加规定波形电流后,压敏电阻参考电压的变化率仍在规定范围内所能通过的最大电流幅值。
3、泄漏电流:在参考电压的作用下,压敏电阻中流过的电流。
4、额定工作电压:允许长期连续施加在压敏电阻两端的工频电压的有效值。而压敏电阻在吸收暂态过电压能量后自身温度升高,在此电压下能正常冷却,不会发热损坏。

四、压敏电阻的不足
(1)寄生电容大 压敏电阻具有较大的寄生电容,一般在几百至几千微微法的范围。在高频信号系统中会引起高频信号传输畸变,从而引起系统正常运行。
(2)泄漏电流的存在 压敏电阻的泄漏电流指标既关系到被保护电子系统的正常运行,又关系到压敏电阻自身的 老化和使用寿命。

五、压敏电阻的检测
       用指针式万用表的R×1k挡测量压敏电阻两引脚之间的正、反向绝缘电阻,均为无穷大,否则,说明漏电流大。若所测电阻很小,说明压敏电阻已损坏,不能使用。

六、压敏电阻的型号及选用方法
       SJ1152-82部颁标准中压敏电阻器的型号命名分为四部分,各部分的含义见表1。

一部分:主称

第二部分:类别

第三部分:用途或特征

第四部分:序号

字母

含义

字母

含义

字母

含义

M

敏感
电阻器

Y

压敏
电阻器

普通型

用数字表示序号,有的在序号的后面还标有标称电压通流容量
或电阻体直径、标称电压、电压误差等。

D

通用

B

补偿用

C

消磁用

E

消噪用

G

过压保护用

H

灭弧用

K

高可靠用

L

防雷用

M

防静电用

N

高能型

P

高频用

S

元器件保护用

T

特殊型

W

稳压用

Y

环型

Z

组合型

第一部分用字母 “M” 表示主称为敏感电阻器。
第二部分用字母 “Y” 表示敏感电阻器为压敏电阻器。
第三部分用字母表示压敏电阻器的用途的特征。
第四部分用数字表示序号,有的在序号的后面还标有标称电压、通流容量或电阻体直径、电压误差、标称电压等。
例如:
MYL1-1(防雷用压敏电阻器)
MY31-270/3(270V/3kA普通压敏电阻器)
M——敏感电阻器
M——敏感电阻器
Y——压敏电阻器
Y——压敏电阻器
L——防雷用
31——序号
1-1——序号
270——标称电压为270V
3——通流容量为3kA
MYL表示防雷型压敏电阻
MYE表示高负荷型压敏电阻,也有厂家用MYT表示通用型,MYL表示防雷型.

七、选用方法(一般情况)
1、压敏电压值应大于实际电路的电压峰值,一般为:
U1mA =K1×/K2×K3× UC
U1mA ---- 压敏电压
UC ---- 电路直流工作电压(交流时为有效值)
K1 ---- 电源电压波动系数,一般取1.2 
K2 ---- 压敏电压误差,一般取0.85
K3 ---- 老化系数,一般取0.9
      交流状态下,应将有效值变为峰值,即扩大√2倍,实际应用中可参考此公式通过实验来确定压敏电压值。
2、通流量
      实际应用中,压敏电阻器所吸收的浪涌电流应小于压敏电阻的最大峰值电流,以延长产品的使用寿命。

 
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