压敏电阻的原理和使用介绍

一： 金属氧化物压敏电阻

   所述金属氧化物压敏电阻或MOV的简称，是一个电压相关电阻器，其中电阻材料是金属氧化物，主要是氧化锌（ZnO）压制成像材料的陶瓷。金属氧化物压敏电阻由大约90％的氧化锌作为陶瓷基材和其他填充材料组成，用于在氧化锌晶粒之间形成连接。
   金属氧化物压敏电阻是目前最常见的电压钳位器件，可用于各种电压和电流。在其结构中使用金属氧化物意味着MOV在吸收短期电压瞬变方面非常有效并且具有更高的能量处理能力。与普通压敏电阻一样，金属氧化物压敏电阻在特定电压下开始导通，并在电压低于阈值电压时停止导通。标准碳化硅（SiC）压敏电阻和MOV型压敏电阻之间的主要区别在于，通过MOV的氧化锌材料的漏电流在正常工作条件下是非常小的电流，并且其在钳位瞬态中的操作速度要快得多。MOV通常具有径向引线和坚硬的外部蓝色或黑色环氧树脂涂层，其非常类似于盘式陶瓷电容器，并且可以以类似的方式物理地安装在电路板和PCB上。典型金属氧化物压敏电阻的结构如下：

   要为特定应用选择正确的MOV，需要了解源阻抗和瞬态的可能脉冲功率。对于输入线路或相位瞬变，正确的MOV的选择稍微困难一些，因为通常电源的特性是未知的。一般而言，MOV选择电路电源瞬变和尖峰的电气保护通常只是一个有根据的猜测。然而，金属氧化物压敏电阻可用于各种变阻器电压，从大约10伏到超过1000伏交流或直流，因此可以通过了解电源电压来帮助选择。例如，选择MOV或硅压敏电阻，对于电压，其最大连续均方根电压额定值应略高于最高预期电源电压，例如120伏电源为130伏有效值，230伏为260伏有效值供应。
   压敏电阻将采用的最大浪涌电流值取决于瞬态脉冲宽度和脉冲重复次数。可以对瞬态脉冲的宽度做出假设，其通常为20至50微秒（μs）长。如果峰值脉冲电流额定值不足，则压敏电阻可能会过热并损坏。因此，如果压敏电阻在没有任何故障或退化的情况下运行，它必须能够快速消散瞬态脉冲的吸收能量并安全地返回到其预脉冲状态。

二：压敏电阻特性曲线

   压敏电阻具有对称的双向特性，即压敏电阻在正弦波形的两个方向（象限I和III）中操作，其行为方式与背对背连接的两个齐纳二极管类似。当不导通时，IV曲线显示出线性关系，因为流过压敏电阻的电流保持恒定，并且仅在几微安的“泄漏”电流下很低。这是因为它的高电阻起到开路的作用，并且在变阻器两端的电压（任一极性）达到特定的“额定电压”之前保持不变。
  该额定或钳位电压是在规定的1mA直流电流下测量的压敏电阻两端的电压。也就是说，在其端子上施加的DC电压电平允许1mA的电流流过变阻器电阻体，其本身取决于其构造中使用的材料。在该电压电平下，变阻器开始从其绝缘状态变为导通状态。
  当变阻器两端的瞬态电压等于或大于额定值时，由于半导体材料的雪崩效应，器件的电阻突然变得非常小，使变阻器变成导体。流过变阻器的小漏电流迅速上升，但其上的电压被限制在恰好高于变阻器电压的电平。换句话说，压敏电阻通过允许更多的电流流过它来自我调节其上的瞬态电压，并且由于其陡峭的非线性IV曲线，它可以在很窄的电压范围内通过广泛变化的电流，从而削减任何电压尖峰。

三：压敏电阻参数

1）压敏电压：指击穿电压 / 门限电压 / 阈值电压，例如常用型号14D471的压敏电阻，其命名中的471即为47*10^1=470V为击穿电压，但是压敏电压的误差范围一般是±10%；其中的14D是压敏电阻的大小，其数值越大，通流能力越强。压敏电压是在1mA直流电流通过压敏电阻时测试得到的。在数据手册中注意Vr@1mA(DC)这一栏即表示压敏电压。
2）最大工作电压：指压敏电阻能长期承受的最大交流电压（有效值）Uac或最大直流电压Udc。一般Uac≈0.64U1mA，Udc≈0.83U1mA
3）最大钳位电压：指的是施加脉冲能量波形如8/20us时，压敏电阻两端的电压。下面简单介绍下8/20us脉冲波形，指的是8us达到100%的Ipp，20us下降至50%的Ipp，如下图，T1段为8us,T2段为20us。

四：压敏电阻选型

1）首先压敏电阻的压敏电压必须大于其工作电路的最大电压。

交流回路：V1mA ≥（2.2~2.5）* Vac_rms
直流回路：V1mA ≥（1.6~2）* Vdc

2）考虑压敏电阻的节电容一般为几十pF，故一般适用于低频电路。
3）通流容量，即最大峰值电流值（Maximum Peak Current），即压敏电阻能够承受的波形为8/20uS（业界浪涌测试标准波形）的最大浪涌电流峰值。目前压敏电阻器的手册中通常给出两个能量容量的参数，一个是一次8/20uS浪涌冲击指标，一个是两次8/20uS浪涌冲击指标。