壓敏電阻的選用
壓敏電阻是一種限壓型保護器件。利用壓敏電阻的非線性特性,當過電壓出現在壓敏電阻的兩極間,壓敏電阻可以將電壓鉗位元到一個相對固定的電壓值,從而實現對後級電路的保護。壓敏電阻的主要參數有:壓敏電壓、通流容量、結電容、回應時間等。
壓敏電阻的回應時間為ns級,比空氣放電管快,比TVS管稍慢一些,一般情況下用於電子電路的過電壓保護其回應速度可以滿足要求。壓敏電阻的結電容一般在幾百到幾千pF的數量級範圍,很多情況下不宜直接應用在高頻信號線路的保護中,應用在交流電路的保護中時,因為其結電容較大會增加漏電流,在設計防護電路 時需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量較大,但比氣體放電管小。
壓敏電阻的壓敏電壓(min(U1mA))、通流容量是電路設計時應重點考慮的。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於等於防雷電路設計的通流容量。
選用壓敏電阻器前,應先瞭解以下相關技術參數:
● 標稱電壓(即壓敏電壓)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:指在25℃條件下,當施加最大連續直流電壓時,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等級電流脈衝時在其兩端呈現的電壓峰值。
● 通流量是表示施加規定的脈衝電流(8/20μs)波形時的峰值電流。
● 浪湧環境參數包括最大浪湧電流Ipm(或最大浪湧電壓Vpm和浪湧源阻抗Zo)、浪湧脈衝寬度Tt、相鄰兩次浪湧的最小時間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預定工作壽命期內,浪湧脈衝的總次數N等。
a.壓敏電壓的選取
一般地說,壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置並聯使用,在正常情況下,壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應低於標稱電壓,即使在電源波動情況最壞時,也不應高於額定值中選擇的最大連續工作電壓,該最大連續工作電壓值所對應的標稱電壓值即為選用值。對於過壓保護方面的應用,壓敏電壓值應大於實際電路的電壓值, 一般應使用下式進行選擇:
VmA=av/bc
式中:a為電路電壓波動係數,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為元件的老化係數,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最大時,連續工作電壓也不會超過最大允許值,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,有時由於接地不良而使線與地之間電壓上升,所以通常採用比線與線間使用場合更高標稱電壓的壓敏電阻器。
b.通流量的選取
通 常產品給出的通流量是按產品標準給定的波形、衝擊次數和間隙時間進行脈衝試驗時產品所能承受的最大電流值。而產品所能承受的衝擊數是波形、幅值和間隙時間的函數,當電流波形幅值降低50%時衝擊次數可增加一倍,所以在實際應用中,壓敏電阻所吸收的浪湧電流應小於產品的最大通流量。
c.應用
圖1所示是採用壓敏電壓器進行電路浪湧和瞬變防護時的電路連接圖。對於壓敏電阻的應用連接,大致可分為四種類型:
第一種類型是電源線之間或電源線和大地之間的連接,如圖1(a)所示。作為壓敏電阻器,最具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湧脈衝等情況下對電子產品起保護作用。一般線上間接入壓敏電阻器可對線間的感應脈衝有效,而線上與地間接入壓敏電阻則對傳輸線和大地間的感應 脈衝有效。若進一步將線間連接與線地連接兩種形式組合起來,則可對浪湧脈衝有更好的吸收作用。
第二種類型為負荷中的連接,見圖1(b)。它主要用於對感性負載突然開閉引起的感應脈衝進行吸收,以防止元件受到破壞。一般來說,只要並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,見圖1(c)。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,一般與接點並聯接入壓敏電阻器即可。
第四種類型主要用於半導體器件的保護連接,見圖1(d)。這種連接方式主要用於可控矽、大功率三極管等半導體器件,一般採用與保護器件並聯的方式,以限制電壓低於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。
在電子鎮流器和節能燈過壓保護的壓敏電阻,一般小於20W選用MYG07K系列,30W-40W一般選用MYG10系列的壓敏電阻做過壓保護。