压敏电阻选型指导书 A

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1、技术文件压敏电阻选型指导书修正日期：版本：A版页数：第1页共10页1.0.目的:针对压敏电阻选型，替代，采购，检测及实际使用过程中出现的特性变化引起的产 品失效问题，提供指导。2.0适用范围：本指导书适用于压敏电阻的设计，选型，替代等。3.0说明：目前的压敏电阻绝大部分为氧化锌压敏电阻，因此本指导书主要概括氧化锌压敏电 阻的结构与性能及相应的失效案例，从而为压敏电阻的设计，选型与替代提供参考。附：压敏电阻设计降额要求兀器件种类降额参数Class IClass II压敏电阻功耗0.60.8工作电压/箝位电压0.30.3最大电流0.90.9额定有效值电压0.90.9最大能量0.90.94.0压敏电

2、阻介绍及主要特性分析：4.1压敏电阻简要介绍压敏电阻是中国大陆的名词，意思是“在一定的电流电压范围内电阻值随电压而改 变，或者说电阻值对电压敏感”的电阻器。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。 目前大量使用的为氧化锌压敏电阻器，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TI-可族氧化物半导体”，此 外还有钛酸锶环形压敏电阻（简称环压），碳化硅，金属氧化物压敏电阻等。在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为突波吸收器

3、，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）”。压敏电阻器广泛应用于家用电 器及其它电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高 压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。技术文件压敏电阻选型指导书修正日期： 版 本：A版页数：第2页共10页4.2氧化锌压敏电阻的内部结构与微观机理等氧化锌压敏电阻，是一种金属氧化物陶瓷半导体电阻器。它以氧化锌（ZnO）为基 料，加入多种（一般510种）其它添加剂，经压制成坯体，高温烧结，两面印烧银电 极，焊接引出端，最后包圭寸等工序而制成，这样制成的陶瓷体内部结构，可用下图来说明。5外锂劉燃氧化锌压敏电阻器的微观结构如下

4、图所示。氧化锌陶瓷是由氧化锌晶粒及晶界物质组成的，其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈N型半导体，晶界物质中含有大量金属氧化物而形成大量界面态，这样每一微观单元是一个背靠背肖特基势垒，整个陶瓷就是由许多背靠背的肖特基垫垒串并联的组合体。技术文件压敏电阻选型指导书修正日期： 版 本：A版页数：第3页共10页以下为其等效电路图:RbRg晶粒电阻RESISTOR OF GRUBSCb册-晶界电阻一一 RESISTOR OF JOUKDARIES 门-晶界电容CATJCITAHCE OF GLAI1TEouiromES氧化锌压敏电阻器的典型V-I特性曲线如下所示:预击穿区：在此区域内，施加于压敏电阻器两端

5、的电压小于其压敏电压，其导电属 于热激发电子电导机理。因此，压敏电阻器相当于一个10MQ以上的绝缘电阻（Rb远大 于Rg），这时通过压敏电阻器的阻性电流仅为微安级，可看作为开路，该区域是电路正 常运行时压敏电阻器所处的状态。击穿区：压敏电阻器两端施加一大于压敏电压的过电压时，其导电属于隧道击穿 电子电导机理（Rb与Rg相当），其伏安特性呈优异的非线性电导特性，即：I=CVa其中I为通过压敏电阻器的电流，C为与配方和工艺有关的常数，V为压敏电阻器两端的 电压，a为非线性系数，一般大于30，由上式可见，在击穿区，压敏电阻器端电压的微技术文件压敏电阻选型指导书修正日期：版本：A版页数：第4页共10页

6、小变化就可引起电流的急剧变化，压敏电阻器正是用这一特性来抑制过电压幅值和吸收 或对地释放过电压引起的浪涌能量。上升区：当过电压很大，使得通过压敏电阻器的电流大于约100A/cm2时，压敏电阻 器的伏安特性主要由晶粒电阻的伏安特性来决定。此时压敏电阻器的伏安特性呈线性电 导特性，即：I=V/Rg上升区电流与电压几乎呈线性关系，压敏电阻器在该区域已经劣化，失去了其抑制过电 压、吸收或释放浪涌的能量等特性。根据压敏电阻器的导电机理，其对过电压的响应速度很快，如带引线式和专用电极产 品，一般响应时间小于25纳秒。因此只要选择和使用得当，压敏电阻器对线路中出现的 瞬态过电压有优良的抑制作用，从而达到保护

7、电路中其它元件免遭过电压破坏的目的。4.3氧化锌压敏电阻的应用原理与使用方法等压敏电阻器与被保护的电器设备或元器件并联使用。当电路中出现雷电过电压或瞬 态操作过电压Vs时，压敏电阻器和被保护的设备及元器件同时承受Vs,由于压敏电阻 器响应速度很快，它以纳秒级时间迅速呈现优良非线性导电特性（见图中击穿区），此时压 敏电阻器两端电压迅速下降，远远小于Vs，这样被保护的设备及元器件上实际承受的电 压就远低于过电压Vs，从而使设备及元器件免遭过电压的冲击。技术文件压敏电阻选型指导书修正日期：版本：A版页数：第5页共10页使用方法：将压敏电阻器与被保护电器设备或元器件并联即可达到保护设备的目的，如下图:

8、当过电压幅值高于规定电流下的电压，过电流幅值小于压敏电阻器的最大峰值电流 时（若无压敏电阻器足以使设备元器件破坏），压敏电阻器处于击穿区,可将过电压瞬时限 制在很低的幅值上，此时通过压敏电阻器的浪涌电流幅值不大（100A/cm2）,不足以对压敏 电阻器产生劣化；当过电压幅值很高时，压敏电阻器将过电压限制在较低的水平上（小于 设备的耐压水平），同时通过压敏电阻器的冲击电流很大，使压敏电阻器性能劣化即将失 效，这时通过熔断器的电流很大，熔断器断开，这样既可使电器设备、元器件免受过电 压冲击，也可避免由于压敏电阻器的劣化击穿造成线路L-N、L-PE之间短路。压敏电阻器在电路的过电压防护中，如果正常工

9、作在预击穿区和击穿区，理论上是 不会损坏的。但由于压敏电阻器要长期承受电源电压，电路中暂态过电压、超能量过电 压随机的不断冲击及吸收电路储能元件释放能量，因此，压敏电阻器也是会损坏的，它 的寿命根据所在电路经受的过电压幅值和能量的不同而不同。4.4压敏电阻的主要电学性能参数1. 压敏电压UN：即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情况 下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值。2. 漏电流：也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大持续直流电压时， 流过压敏电阻的电流。3. 电压比：指压敏电阻的电流为1mA时的电压值与压敏电阻的电流为0.1mA时的技术文件压敏电阻选型指

10、导书修正日期：版本：A版页数：第6页共10页电压值之比。4. 非线性系数a值，即压比的对数之倒数。5. 限制电压Up：广义的限制电压是指冲击电流流入压敏电阻器时，它两端的峰值。 作为压敏电压器考核指标的限制电压Up，则是指波形8/20,峰值为规定值时的冲击电流 流入时，压敏电阻两端电压的峰值。压敏电阻的基本功能是抑制瞬态异常电压，所以限 制电压是它的最重要的一个使用参数。有的技术标准，如IE61643-1,将规定冲击电流下, 器件两端测得的电压峰值称作残压，而把一组残压数据中的最大值称作该器件的限制 电压。6. 限压比Rp：限制电压Up与压敏电阻压敏电压之比称为限压比Rp。器件的实 际限制电压

11、应低于规定的指标值。Rp越小，越接近于1，表明器件的限压性越好，因此 技术指标中规定Up的最大允许值。7. 最大持续工作电压Uac、Udc：这是指压敏电阻能够长期承受的最大交流电压有 效值uac，或最大直流电压值udc。确定Uac的原则是：交流电压的峰值不大于压敏电压 的公差下限值；确定udc的原则是：压敏电阻在Uac与udc下的功耗大体相同，这样Uac= 0.645，Udc= 0.83Un，Udc= 1.3Uac8. 通流容量：通流容量也称通流量，是指在规定的条件（规定的时间间隔和次数, 施加标准的冲击电流）下，允许通过压敏电阻器上的最大脉冲（峰值）电流值。最大脉 冲电流的峰值是环境温度为2

12、5C情况下，对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次 数而言，压敏电压的变化不超过10%时的最大脉冲电流值。9. 最大能量：是指在规定的条件（规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流） 下，允许通过压敏电阻器上的最大浪涌能量。10. 额定功率：指在一定的电流脉冲群作用下，压敏电阻器能承受的最大平均功率,技术文件压敏电阻选型指导书修正日期： 版本：A版页数：第7页共10页能够承受是指：冲击后的压敏电压与冲击前的相比不大于0%,且不能发生目视可见的 机械损伤。11. 静态电容量：指压敏电阻器本身固有的电容容量。12. 电压温度系数：指在规定的温度范围内，压敏电阻器标称电压的变化率，即在 通过压敏电

13、阻器的电流保持恒定时，温度改变1时，压敏电阻器两端电压的相对变化。 相应的电流温度系数指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时，温度改变1时，流过压 敏电阻器电流的相对变化。13. 绝缘电阻：指压敏电阻器的引出线（引脚）与电阻体绝缘表面之间的电阻值。14. 绝缘耐压：指压敏电阻的电极引线与其包封层表面之间所能承受的电压压敏电阻除了以上的电气特性外，环境特性有：气候，稳态湿热，温度快速变化， 上限温度耐久性，湿热环境耐久性，阻燃，耐湿等，机械特性有：振动，冲击，可焊性, 端子强度等，另外还有使用温度范围与贮存温度范围等。5.0.压敏电阻的设计与选型51选用原则压敏电阻的选用原则：瞻前顾后，符合标准，折

14、中考虑，实验为准。具体来说，瞻 前需考虑到：系统电压正常波动范围的上限值，故障套件下的最高暂态电压及其持续时 间；冲击源的冲击电压峰值和源阻抗（或冲击电流），冲击的时间宽度及频率等；顾后即 考虑到：被保护对象的耐压水平；被保护对象允许的压敏电阻的固有电容和阻性漏电流。 瞻前顾后的基本要求为：在预期的冲击源的最大冲击电压下，压敏电阻的限制电压，应 低于被保护对象的冲击耐压值；在系统电压正常波动范围的上限值和故障以及最高环境 温度条件下，压敏电阻的预期工作寿命时间应大于设计要求值；压敏电阻的通流量，额定能量，功耗应大于冲击源预定的最大冲击电流，冲击能量和平均功耗，在规定条件下,压敏电阻的冲击寿命次

15、数应大于寿命期内冲击源的冲击次数；在系统电压和冲击源发生 超过预期值的异常情况时，压敏电阻不会起火，不会发生危及邻近元器件的爆裂，且没 有导致电击的危险；压敏电阻的电容量和非线性电流对被保护对象或系统的影响，应在 允许的范围内。符合标准即符合相关的安规测试。5.2选型举例: 5.2.1规格681选型标示：可承受最大持续AC电压：420Vrms压敏电压 UN： 620-680Vdc 最大限制电压Up:1120Vdc被保护器件耐压极限应大于压敏限制电压Up；42DV （有加416V （有毀悄）240V剳B也电鼻电压U可正霜養坯西剧5.2.2普通一次电源压敏选型举例；有三种方法计算压敏电阻电压选型：a） AC220V输入（暂不考虑能量和耐量），设电源电压波动系数为0.81.3，压敏电阻器两端的最高电压可达220X1.3=286Vac ；b）如果输入电压范围Vin=85-264Vac，依照我司压敏电阻电压降额要求0.9，可知技术文件压敏电阻选型指导书修正日期：版本：A版页数：第9页共