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壓敏電阻 防雷器 貼片壓敏電阻

產品信息
產品類別:壓敏電阻
關鍵詞:壓敏電阻,貼片壓敏電阻
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發布時間:2018-08-06 16:33:08
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產品詳情

                               壓敏電阻選擇方法及計算

 

尺有所短、寸有所長    壓敏電阻的選擇  

 

1、             壓敏電阻的命名;

我國規定壓敏電阻用“MY”表示.。J為家用、后綴字母W-穩壓 G-過壓 P高頻電路 L-防雷 H-滅弧 Z-消噪 B-補償 C-消磁 N-高性能或高可靠。

2、壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌量,但不能承受毫安級以上的持續電流,在用作過壓保護時必須考慮到這一點。

3、選用壓敏電阻時一般選擇標稱壓敏電壓(VIma)和通流容量兩個參數 1)壓敏電壓;即擊穿電壓或閥值電壓指在規定電流下的電壓值,大多數情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻時測得的電壓值,其產品電壓范圍可從10-9000v不等,可根據需要正確選用。一般Vima=1.5Vp=2.2VAC(vp是電路額定電流的峰值,VAC是額定交流電壓的有效值。)Zno(氧化鋅)壓敏電阻的電壓值選擇是至關重要的,它關系到保護效果與使用壽命,如家電用額定電壓是220v則;vima=1.5vp=1.5×根號2×220=467v;因此vima值可選;vima=2.2VAC=2.2×220=484v;可在470-484v之間選擇。 

2)通流容量;指大脈沖電流的峰值是在環境溫度25c°在時規定的沖擊電流波形和沖擊次數而言,壓敏電阻的變化不超過10%時的大脈沖電流值。

壓敏電阻的選擇與使用 

2008年12月26日 星期五 09:11 引用 壓敏電阻的選擇與使用 

壓敏電阻的測量: 壓敏電阻一般并聯在電路中使用,當電阻兩端的電壓發生急劇變化時,電阻短路將電流保險絲熔斷,起到保護作用。壓敏電阻在電路中,常用于電源過壓保護和穩壓。測量時將萬用表置10k檔,表筆接于電阻兩端,萬用表上應顯示出壓敏電阻上標示的阻值,如果超出這個數值很大,則說明壓敏電阻已損。   

 

壓敏電阻標稱參數

 

壓敏電阻用字母“MY”表示,如加J為家用,后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用于穩壓、過壓保護、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補償、消磁、高能或高可靠等方面。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量,但不能承受毫安級以上的持續電流,在用作過壓保護時必須考慮到這一點。壓敏電阻的選用,一般選擇標稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數。

 

1、所謂壓敏電壓,即擊穿電壓或閾值電壓。指在規定電流下的電壓值,大多數情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值,其產品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等??筛鶕唧w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重要的,它關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××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。

 

2、所謂通流容量,即大脈沖電流的峰值是環境溫度為25℃情況下,對于規定的沖擊電流波形和規定的沖擊電流次數而言,壓敏電壓的變化不超過±10%時的大脈沖電流值。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小于手冊中給出的產品大通流量。然而從保護效果出發,要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下,實際發生的通流量是很難精確計算的,則選用2-20KA的產品。如手頭產品的通流量不能滿足使用要求時,可將幾只單個的壓敏電阻并聯使用,并聯后的壓敏電不變,其通流量為各單只壓敏電阻數值之和。要求并聯的壓敏電阻伏安特性盡量相同,否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻。

 

壓敏電阻器的應用原理

壓敏電阻器是一種具有瞬態電壓抑制功能的元件,可以用來代替瞬態抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對IC及其它設備的電路進行保護,防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態電流(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或設備電路上,當電壓瞬間高于某一數值時,壓敏電阻器阻值迅速下降,導通大電流,從而保護IC或電器設備;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備的正常工作。

 

壓敏電阻的選用

 

選用壓敏電阻器前,應先了解以下相關技術參數:標稱電壓是指在規定的溫度和直流電流下,壓敏電阻器兩端的電壓值。漏電流是指在25℃條件下,當施加大連續直流電壓時,壓敏電阻器中流過的電流值。等級電壓是指壓敏電阻中通過8/20等級電流脈沖時在其兩端呈現的電壓峰值。通流量是表示施加規定的脈沖電流(8/20μs)波形時的峰值電流。浪涌環境參數包括大浪涌電流Ipm(或大浪涌電壓Vpm和浪涌源阻抗Zo)、浪涌脈沖寬度Tt、相鄰兩次浪涌的小時間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預定工作壽命期內,浪涌脈沖的總次數N等。

 

標稱電壓選取

 

一般地說,壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置并聯使用,在正常情況下,壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應低于標稱電壓,即使在電源波動情況壞時,也不應高于額定值中選擇的大連續工作電壓,該大連續工作電壓值所對應的標稱電壓值即為選用值。對于過壓保護方面的應用,壓敏電壓值應大于實際電路的電壓值,一般應使用下式進行選擇:

VmA=av/bc式中:

a為電路電壓波動系數,一般取1.2;v為電路直流工作電壓(交流時為有效值);b為壓敏電壓誤差,一般取0.85;c為元件的老化系數,一般取0.9;

這樣計算得到的VmA實際數值是直流工作電壓的1.5倍,在交流狀態下還要考慮峰值,因此計算結果應擴大1.414倍。另外,選用時還必須注意:

(1)   必須保證在電壓波動大時,連續工作電壓也不會超過大允許值,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。  壓敏電阻所吸收的浪涌電流應小于產品的大通流量。

應 用   

  電路浪涌和瞬變防護時的電路。對于壓敏電阻的應用連接,大致可分為四種類型:

 

種類型是電源線之間或電源線和大地之間的連接,作為壓敏電阻器,有代表性的使用場合是在電源線及長距離傳輸的信號線遇到雷擊而使導線存在浪涌脈沖等情況下對電子產品起保護作用。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,它主要用于對感性負載突然開閉引起的感應脈沖進行吸收,以防止元件受到破壞。一般來說,只要并聯在感性負載上就可以了,但根據電流種類和能量大小的不同,可以考慮與R-C串聯吸收電路合用。

第三種類型是接點間的連接,這種連接主要是為了防止感應電荷開關接點被電弧燒壞的情況發生,一般與接點并聯接入壓敏電阻器即可。

  第四種類型主要用于半導體器件的保護連接,這種連接方式主要用于可控硅、大功率三極管等半導體器件,一般采用與保護器件并聯的方式,以限制電壓低于被保護器件的耐壓等級,這對半導體器件是一種有效的保護。

 

氧化鋅壓敏電阻存在的問題   

  現有壓敏電阻在配方和性能上分為相互不能替代的兩大類:

1 高壓型壓敏電阻

高壓型壓敏電阻,其優點是電壓梯度高(100~250V/mm)、大電流特性好(V10kA/V1mA≤1.4)但僅對窄脈寬(2≤ms)的過壓和浪涌有理想的防護能力,能量密度較小,(50~300)J/cm3。

 

2 高能型壓敏電阻

 

  高能型壓敏電阻,其優點是能量密度較大(300J/cm3~750J/cm3),承受長脈寬浪涌能力強,但電壓梯度較低(20V/mm~500V/mm),大電流特性差(V10kA/V1mA>2.0)。

  這兩種配方的性能差別造成了許多應用上的“死區”,在10kV電壓等級的輸配電系統中廣泛采用了真空開關,由于它動作速度快、拉弧小,會在操作瞬間造成極高過壓和浪涌能量,如果選用高壓型壓敏電阻加以保護(如避雷器),雖然它電壓梯度高、成本較低,但能量容量小,容易損壞;如果選用高能型壓敏電阻,雖然它能量容量大,壽命較長,但電壓梯度低,成本太高,是前者的5~13倍。在中小功率變頻電源中,過壓保護的對象是功率半導體器件,它對壓敏電阻的大電流特性和能量容量的要求都很嚴格,而且要同時做到元件的小型化。高能型壓敏電阻在能量容量上可以滿足要求,但大電流性能不夠理想,小直徑元件的殘壓比較高,往往達不到限壓要求;高壓型壓敏電阻的大電流特性較好,易于小型化,但能量容量不夠,達不到吸能要求。中小功率變頻電源在這一領域壓敏電阻的應用幾乎還是空白。


(一)壓敏電阻器的種類

壓敏電阻器可以按結構、制造過程、使用材料和伏安特性分類。

1.按結構分類  壓敏電阻器按其結構可分為結型壓敏電阻器、體型壓敏電阻器、單顆粒層壓敏電阻器和薄膜壓敏電阻器等。

 

結型壓敏電阻器是因為電阻體與金屬電極之間的特殊接觸,才具有了非線性特性,而體型壓敏電阻器的非線性是由電阻體本身的半導體性質決定的。

 

2.按使用材料分類  壓敏電阻器按其使用材料的不同可分為氧化鋅壓敏電阻器、碳化硅壓敏電阻器、金屬氧化物壓敏電阻器、鍺(硅)壓敏電阻器、鈦酸鋇壓敏電阻器等多種。

3.按其伏安特性分類  壓敏電阻器按其伏安特性可分為對稱型壓敏電阻器(無極性)和非對稱型壓敏電阻器(有極性)。

(二)壓敏電阻器的結構特性與作用

1.壓敏電阻器的結構特性

壓敏電阻器與普通電阻器不同,它是根據半導體材料的非線性特性制成的。

圖1-22是壓敏電阻器外形,其內部結構如圖1-23所示。

普通電阻器遵守歐姆定律,而壓敏電阻器的電壓與電流則呈特殊的非線性關系。當壓敏電阻器兩端所加電壓低于標稱額定電壓值時,壓敏電阻器的電阻值接近無窮大,內部幾乎無電流流過。當壓敏電阻器兩端電壓略高于標稱額定電壓時,壓敏電阻器將迅速擊穿導通,并由高阻狀態變為低阻狀態,工作電流也急劇增大。當其兩端電壓低于標稱額定電壓時,壓敏電阻器又能恢復為高阻狀態。當壓敏電阻器兩端電壓超過其大限制電壓時,壓敏電阻器將完全擊穿損壞,無法再自行恢復。

2.壓敏電阻器的作用與應用  壓敏電阻器廣泛地應用在家用電器及其它電子產品中,起過電壓保護、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護半導體元器件等作用。 

圖1-24是壓敏電阻器的典型應用電路。

(三)壓敏電阻器的主要參數

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

1.壓敏電壓:所謂壓敏電壓,即擊穿電壓或閾值電壓。指在規定電流下的電壓值,大多數情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值,其產品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等??筛鶕唧w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重要的,它關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.大允許電壓(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該選用具有該大允許電壓的壓敏電阻,實際上V1mA與ACrms間彼此是相互關聯的,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用時,有適當的安全裕度。對直流而言在直流回路中,應當有: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用時,有適當的安全裕度。在信號回路中時,應當有: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根據防雷電路的設計指標來定。一般而言,壓敏電阻的通流容量要大于等于防雷電路設計的通流容量。

3.通流容量: 所謂通流容量,即大脈沖電流的峰值是環境溫度為25℃情況下,對于規定的沖擊電流波形和規定的沖擊電流次數而言,壓敏電壓的變化不超過± 10%時的大脈沖電流值。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小于手冊中給出的產品大通流量。然而從保護效果出發,要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下,實際發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,是指在規定的條件(以規定的時間間隔和次數,施加標準的沖擊電流)下,允許通過壓敏電阻器上的大脈沖(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:

      

4.大限制電壓:  大限制電壓是指壓敏電阻器兩端所能承受的電壓值,它表示在規定的沖擊電流Ip通過壓敏電阻時次兩端所產生的電壓此電壓又稱為殘壓,所以選用的壓敏電阻的殘壓一定要小于被保護物的耐壓水平Vo,否則便達不到可靠的保護目的,通常沖擊電流Ip值較大,例如2.或者10A,因而壓敏電阻對應的大限制電壓Vc相當大,例如MYG7K471其Vc=775(Ip=10A時)。

 

5.大能量(能量耐量):  壓敏電阻所吸收的能量通常按下式計算W=kIVT(J)其中I——流過壓敏電阻的峰值

V——在電流I流過壓敏電阻時壓敏電阻兩端的電壓T——電流持續時間k——電流I的波形系數 對:2ms的方波k=1

8/20μs波k=1.410/1000μsk=1.4

壓敏電阻對2ms方波,吸收能量可達330J每平方厘米;對8/20μs波,電流密度可達2000A每立方厘米,這表明他的通流能力及能量耐量都是很大的 

   一般來說壓敏電阻的片徑越大,它的能量耐量越大,耐沖擊電流也越大,選用壓敏電阻時還應當考慮經常遇到能量較小、但出現頻率次數較高的過電壓,如幾十秒、一兩分鐘出現一次或多次的過電壓,這時就應該考慮壓敏電阻所能吸收的平均功率。

 

6.電壓比:電壓比是指壓敏電阻器的電流為1mA時產生的電壓值與壓敏電阻器的電流為0.1mA時產生的電壓值之比。

 

7.額定功率: 在規定的環境溫度下所能消耗的大功率。

 

8.大峰值電流一次:以8/20μs標準波形的電流作一次沖擊的大電流值,此時壓敏電壓變化率仍在±10%以內。2次:以8/20μs標準波形的電流作兩次沖擊的大電流值,兩次沖擊時間間隔為5分鐘,此時壓敏電壓變化率仍在±10%以內。

 

9.殘壓比:流過壓敏電阻器的電流為某一值時,在它兩端所產生的電壓稱為這一電流值為殘壓。殘壓比則的殘壓與標稱電壓之比。

 

10.漏電流:漏電流又稱等待電流,是指壓敏電阻器在規定的溫度和大直流電壓下,流過壓敏電阻器的電流。

 

 

11.電壓溫度系數:  電壓溫度系數是指在規定的溫度范圍(溫度為20~70℃)內,壓敏電阻器標稱電壓的變化率,即在通過壓敏電阻器的電流保持恒定時,溫度改變1℃時壓敏電阻兩端的相對變化。

 

12.電流溫度系數:電流溫度系數是指在壓敏電阻器的兩端電壓保持恒定時,溫度改變1℃時,流過壓敏電阻器電流的相對變化。

 

13.電壓非線性系數:電壓非線性系數是指壓敏電阻器在給定的外加電壓作用下,其靜態電阻值與動態電阻值之比。

 

14.絕緣電阻:絕緣電阻是指壓敏電阻器的引出線(引腳)與電阻體絕緣表面之間的電阻值。

 

15.靜態電容:靜態電容是指壓敏電阻器本身固有的電容容量。

 

2 壓敏電阻器的應用原理。

 

壓敏電阻器是一種具有瞬態電壓抑制功能的元件,可以用來代替瞬態抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對IC及其它設備的電路進行保護,防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態電流(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或設備電路上,當電壓瞬間高于某一數值時,壓敏電阻器阻值迅速下降,導通大電流,從而保護IC或電器設備;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備的正常工作。een'WWl

壓敏電阻器的應用廣泛,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。從手持式電子產品到工業設備,其規格與尺寸多種多樣。隨著手持式電子產品的廣泛使用,尤其是手機、手提電腦、PDA、數字相機、醫療儀器等,其電路系統的速度要求更高,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,而其銷售年增長率要高于有引線的壓敏電阻器一倍多。

預計2002年壓敏電阻器的市場增長率為13%,其中,多層片式壓敏電阻器市場增長率為20%~30%,徑向引線產品增長率為5%~10%。需求主要來自于電源設備,包括DC電源設備、不間斷電源,以及新的消費類電子產品,如數字音頻/視頻設備、視頻游戲,數字相機等。片式壓敏電阻器已占美國市場銷售總額的40%~45%。(0402)尺寸的片式壓敏電阻器。0201尺寸的產品尚未上市。AVX公司的0402片式壓敏電阻器有5.6V、9V、14V和18V等幾種電壓范圍的產品,它們的額定功率為50mJ,典型電容值范圍從90pF(18V的產品)~360pF(5.6V的產品)。MaidaDevelopment公司也生產片式系列的壓敏電阻器,但目前只推出了非標準尺寸的產品,1210、1206、0805、0603和0402的產品正在試產。 

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