压敏电阻并不是电阻,而是一种具有瞬态电压抑制功能的元件,效果同TVS。这篇博客介绍压敏电阻的一些基本知识,包括参数、选型、应用等。
之前写过一篇介绍几种ESD保护器件的区别,传送:ESD保护器件分类(TVS、压敏电阻、MLCC、ESD抑制器)
压敏电阻用MY
表示,MY后缀J
(家用)、W
(稳压)、G
(过压)、P
(高频)、L
(防雷)、H
(灭弧)、Z
(消噪)等,这是一般通用命名方式,不同厂家的命名不太一样。
压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件,英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为VDR
,或者叫做Varistor
。压敏电阻不是真正的电阻,而是一种具有瞬态电压抑制功能
的元件,无正负极之分,这一点不同于TVS,使用时同样是并接与被保护IC或电路,压敏电阻的响应时间会比TVS慢一点。
当加到压敏电阻上的电压超过一定值时,它的阻值会迅速下降,以导通大电流,保护后端电路;当低于其工作电压时,压敏电阻阻值极高,相当于开路,不影响后端电路的工作状态。
压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌能量, 但不能承受毫安级以上的持续电流,在用作过压保护时必须考虑到这一点。
三、参数解读如下是一个压敏电阻的SPEC参数。
1、压敏电压
指击穿电压
或阈值电压
,特定电流下测得的压敏电阻两端的电压,一般是1mA直流电流通入压敏电阻时测试得到的。一般符号是:VB@1mA(DC)V_{B}@1mA(DC)VB@1mA(DC)或者V1mAV_{1mA}V1mA
2、最大工作电压
分为交流和直流两种情况。对交流来说,一般用AC RMS
表示,指的是加在压敏电阻上的交流有效值不能超过这个值,上面SPEC的VWACV_{WAC}VWAC指加在压敏电阻上的交流电压有效值不能超过4V。对直流来说,被保护信号或者电路的最高电压不能超过这个值。
SPEC中的VDCV_{DC}VDC是5.5V,即对于5.5V以上的直流电路来说,这个压敏电阻是不合适的。
3、最大钳位电压
指施加规定的脉冲能量波形如(8/20µs)时压敏电阻两端电压,从SPEC看,对压敏电阻施加8/20µs脉冲波形时,最大钳位电压是18V。8/20us脉冲指的是8us达到100%Ipp,20us达到50%Ipp。
4、能量耐量
指施加规定的脉冲能量波形(如10/1000µs波形)时压敏电阻吸收的最大能量,符号用E
表示,单位是J(焦耳Joule)
,压敏电阻的片径越大,它的能量耐量越大,耐冲击电流也越大。
能量耐量的计算公式是:W=KIVT(J)W=KIVT(J)W=KIVT(J),III是流过压敏电阻的峰值电流,KKK是电流III的波形系数,不同的脉冲波形系数KKK不同(2ms的方波K=1,8/20μs的波形K=1.4,10/1000μs的波形K=1.4),TTT是电流的持续时间,VVV是在电流为 III时压敏电阻两端电压。
5、浪涌电流
指的是施加规定的脉冲能量波形(如8/20µs)时,压敏电阻的电气特性不会下降的最大电流,从SPEC上可以看到此压敏电阻,在8/20µs脉冲波形下,最大浪涌电流到3A。
有的这么定义
,1次,以 8/20μs 标准波形的电流作一次冲击的最大电流值,此时压敏电压变化率仍在±10%以内;2 次,以 8/20μs 标准波形的电流作两次冲击的最大电流值,两次冲击时间间隔为 5 分钟,此时压敏电压变化率仍在±10%以内。
在一些资料上,会有通流容量
这个概念,也可以把最大浪涌电流看作通流容量,通流容量比较难计算,多个压敏电阻并联,其压敏电压不变,通流量等于几者之和,要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同,否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻对选型来说,一般参照SPEC即可。
6、静电电容
指的是压敏电阻器本身固有的电容容量,一般测试条件是振荡器频率为1KHz或1MHz,振荡器电压1Vrms。
7、漏电流
现在一般SPEC不给出压敏电阻的漏电流参数,漏电流又称为等待电流
,指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下,流过压敏电阻器的电流。
在了解压敏电阻的重要参数后,如下对其选型呢?
在交流电路中:V1mA(min)≥(2.2−2.5)∗VACV_{1mA(min)}≥(2.2-2.5)*V_{AC}V1mA(min)≥(2.2−2.5)∗VAC,VACV_{AC}VAC指被保护交流电路工作电压有效值。
在直流回路中:V1mA(min)≥(1.6−2)∗VDCV_{1mA(min)}≥(1.6-2)*V_{DC}V1mA(min)≥(1.6−2)∗VDC,VDCV_{DC}VDC指直流电路工作最大电压。
假设直流回路中,需要被保护的信号电压是3V,那压敏电阻的最小压敏电压为4.8V,一般在选型时,物料的最大容许交流和直流电压都会给出,并且压敏电压也会给出,不超过最大容许电压即可,同时需要注意,不能比最大容许电压小太多,这样电压的正常工作电压会比压敏电压小得更多,上图SPEC中,最大直流容许是5.5V,我们一般3V的电源和信号就可以使用。
如果被保护电路工作电压或耐压较低,而浪涌能量又比较大,则可选择压敏电压V1mAV_{1mA}V1mA 较低、片径较大的压敏电阻器;如果 工作电压或耐压较高,则可选择压敏电压 V1mAV_{1mA}V1mA 较高的压敏电阻器,既保护了电路,又能延长压敏电阻寿命。
五、应用因为压敏电阻带有电容量成分,一般几十pF到几百pF不等,所以一般压敏需要用在低频信号
上。直流电源和交流电源都可以使用。
按结构分:可以分为结型压敏电阻器、体型压敏电阻器、单颗粒层压敏电阻器和薄膜压敏电阻器。
按使用材料分:可分为氧化锌压敏电阻器、碳化硅压敏电阻器、金属氧化物压敏电阻器、锗(硅)压敏电阻器、钛酸钡压敏电阻器。
按伏安特性分:可分为对称型压敏电阻器(无极性)和非对称型压敏电阻器(有极性),我们一般使用的压敏电阻都是没有极性的。
压敏电阻属于瞬态抑制器件,有时候可以替代TVS,之前写的TVS选型博客,传送门:TVS参数、选型、使用注意事项,喜欢的朋友点个赞,就是对博主最大的主持。