【电子通识】一起读压敏电阻规格书

什么是压敏电阻?     

        压敏电阻是一种限压型保护器件。普通电阻器遵守欧姆定律,而压敏电阻器的电压与电流则呈特殊的非线性关系。

        当压敏电阻器两端所加电压低于标称额定电压值时,压敏电阻器的电阻值接近无穷大,内部几乎无电流流过。当压敏电阻器两端电压略高于标称额定电压时,压敏电阻器将迅速击穿导通,并由高阻状态变为低阻状态工作电流也急剧增大。当其两端电压低于标称额定电压时,压敏电阻器又能恢复为高阻状态。

压敏电阻的用途

■ 晶体管, IC, 可控硅和半导体开关元件以及各种电子, 电器设备的过压保护 。
■ 家用电器的浪涌吸收和过压保护。
■ 工业电器浪涌吸收。
■ 静电放电和噪音信号消除。
■ 继电器和电磁阀的浪涌吸收。
■ 漏电开关的过电压保护。
■ 电话机程控交换机及通讯设备的防雷及过压保护。

        如下图所示,压敏电阻并联在电路中起保护作用。当有脉冲(脉冲电流IS:由脉冲电压VS和阻抗ZS决定)施加在电路上时, 脉冲电流(IS)限制脉冲电压在压敏电阻的限制电压VC之内。由于吸收异常电压和电流脉冲的特性,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,压敏电阻可非常高效的保护电子器件。

         如下所示为某压敏电阻规格书的适用例。可以看到能使用在DC、AC单相、AC三相不同的应用中。

         比如电磁炉中的过压保护器实际为压敏电阻器,主要用于防止巿电电网中冲击性高压输入电磁炉内部,起到过压保护的目的,压敏电阻器的实物外形如图:

        过压保护器属于高阻抗电阻器,当市电电压过高,超出其耐压值时,将处于击穿状态,从而将市电交流220V短路,瞬间电流过大,烧断熔断器,起到保护电路的作用。过压保护器是否击穿可从其表面状态判断,一般会出现炸裂、黑炭点等现象。

 

压敏电阻特性

        压敏电阻的响应时间为ns级,比空气放电管快,比TVS管稍慢一些,一般情况下用于电子电路的过电压保护,其响应速度可以满足要求。

        压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围,不宜直接应用在高频信号线路的保护中,应用在交流电路的保护中时,因为其结电容较大会增加漏电流,在设计防护电路时需要充分考虑。

        压敏电阻的通流容量较大,但比气体放电管小。 由于压敏电阻具有正反向对称的伏安特性,因此它既可以应用于直流电路,也可以用于交流电路。

        常用压敏电压有:18V, 22V, 27V, 33V, 39V, 47V, 56V, 68V, 82V, 100V, 120V, 150V, 180V, 200V, 220V, 240V, 270V, 300V, 330V,360V, 390V, 430V, 470V, 510V, 560V, 620V, 680V, 750V, 780V, 820V,910V, 1000V, 1100V, 1200V, 1800V。


 

压敏电阻尺寸与封装

        常用标称直径有:5mm, 7mm, 10mm, 14mm, 20mm

       有不同的管脚形态供我们选择应用。如直脚、外弯脚、平等脚等。

        压敏电阻包装有卷圆盘包装与折叠包装两种方式。 

压敏电阻的失效模式

        第一种劣化,表现在漏电流增大,压敏电压显著下降,直至为零。其中漏电流就是在25℃或规定的其他温度下,施加最大直流电压时,通过压敏电阻器中的电流。

        第二种炸裂,若过电压引起的浪涌能量太大,超过了选的压敏电阻器极限的承受能力,则压敏电阻器在抑制过电压时将会发生陶瓷炸裂现象。

        第三种穿孔,若过电压峰值特别高,导致压敏电阻器的失效模式绝大部分表现为劣化各穿孔(短路),解决的办法为在使用压敏电阻器时,与之串联一个合适的断路器或者保险丝,避免短路引起事故。

        总结来说,压敏电阻在吸收突波时,发生崩溃电压降低时,将使其工作电流过大直至烧毁;发生爆裂(封装层裂开,引线与陶瓷体分离)时,将断路,从而使保护失效;发生此片短路时将使其烧毁。当压敏电阻的使用环境或者湿度过高时,将使其劣化(崩溃电压降低),从而使其工作电流过大直至烧毁或短路。当压敏电阻的使用电压超过额定工作电压时,将使其劣化(崩溃电压降低),从而使其工作电流过大直至烧毁或短路。

对于压敏电阻起火燃烧的失效现象,大体上可分为老化失效和暂态过电压破坏两种类型。

        ①老化失效,这是指电阻体的低阻线性化逐步加剧,漏电流恶性增加且集中流入薄弱点,薄弱点材料融化,形1k左右的短路孔后,电源继续推动一个较大的电流灌入短路点,形成高热而起火。这种事故通常可以通过一个与压敏电阻串联的热熔接点来避免。热熔接点应与电阻体有良好的热耦合,当最大冲击电流流过时不会断开,但当温度超过电阻体上限工作温度时即断开。研究结果表明,若压敏电阻存在着制造缺陷,易发生早期失效,强度不大的电冲击的多次作用,也会加速老化过程,使老化失效提早出现。

        ②暂态过电压破坏,这是指较强的暂态过电压使电阻体穿孔,导致更大的电流而高热起火。整个过程在较短时间内发生,以至电阻体上设置的热熔接点来不及熔断。在三相电源保护中,N-PE线之间的压敏电阻器烧坏起火的事故概率较高,多数是属于这一种情况。相应的对策集中在压敏电阻损坏后不起火。一些压敏电阻的应用技术资料中,推荐与压敏电阻串联电流熔丝(保险丝)进行保护。

 

        在分析压敏电阻器件问题时,可以在断路状态下,过压保护器的正、反向阻值都很大,如果阻值较小,则说明该过压保护器本身已经损坏。

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