Varistor-Voltage敏感电阻

简介

压敏电阻是可变电阻的组合物。它是一种无源非线性两端固态半导体器件。

压敏电阻提供过电压保护与断路器或熔断器相对的电气和电子电路,它们保护电路不受过电流的影响。压敏电阻器通过电压夹紧的方法提供保护,这种方法与电阻器中的压紧方法相似齐纳二极管

尽管压敏电阻的名称来源于可变电阻的术语,但与电位器或变阻器不同,压敏电阻中的电阻不能手动改变,而电位器或变阻器的电阻可以手动在它们的最大值和最小值之间改变。

压敏电阻
压敏电阻

压敏电阻器的电阻随施加于其上的电压而变化。压敏电阻的电压变化将导致其电阻的变化,使其成为电压依赖器件。因此压敏电阻也被称为压敏电阻电压相关电阻(VDR)

压敏电阻器的两个标准符号如下所示。

IEEE压敏电阻的标准符号

IEC压敏电阻的标准符号

一般来说,压敏电阻器是由半导体材料制成的。压敏电阻的电压和电流特性本质上是非线性的。此外,压敏电阻的电压和电流特性适用于直流和交流电源。

物理上,压敏电阻是这样的电容器在许多方面。由于相似之处,压敏电阻器常被混淆为电容器。然而,在应用方面,电容不能防止压敏电阻可以防止的电压涌流。

意外的高压浪涌对任何电路都可能造成灾难性的后果。因此,使用压敏电阻器保护精密和敏感的电气或电子电路免受高压浪涌和开关尖峰的影响是非常重要的。

压敏电阻的阻值

即使压敏电阻器的目的是提供电阻,压敏电阻器的操作不同于电位器或变阻器。压敏电阻器在正常工作条件下的电阻非常高。

压敏电阻的功能类似于齐纳二极管,它允许较低的阈值电压不受影响地通过。

压敏电阻器的功能改变了T操作电压高当压敏电阻器上的电压大于其额定值时,压敏电阻器的有效电阻瀑布大大随着电压的增加,它会继续减小。

压敏电阻的静电阻相对于施加电压的曲线如下所示。

vi特点

根据欧姆定律,当电阻器的值保持不变时,电阻器的电流-电压特性曲线为一条直线。在这种情况下,流过电阻的电流与施加在电阻两端的电压成正比。

对于压敏电阻器,电流-电压特性曲线不是一条直线。这是因为压敏电阻的不寻常的电阻行为。就压敏电阻器而言,施加在压敏电阻器上的电压的一个微小变化,就会使流过压敏电阻器的电流发生足够大的变化。

压敏电阻的电流电压特性曲线如下图所示。

从上面所示的电流-电压特性曲线可以清楚地看出,压敏电阻器具有双向对称特性。这意味着压敏电阻可以在正弦波的任意方向或极性上工作或发挥作用。压敏电阻的这种功能类似于背对背连接齐纳二极管。

压敏电阻器的电流-电压特性曲线显示出一个线性关系当压敏电阻在电流和电压之间时没有进行.这是因为流过压敏电阻的电流将保持恒定,其值非常低。

这是压敏电阻中的泄漏电流,这个电流的值在非常少的毫安数量级。其原因是压敏电阻的高电阻。这个小电流将保持恒定,直到施加在压敏电阻上的电压达到压敏电阻的额定电压。

压敏电阻的额定电压也称为箝位电压。压敏电阻器的额定电压是用指定的直流电流1mA测量的压敏电阻器的电压,进一步可以解释为压敏电阻器两端的直流电压,允许1毫安的电流通过它。

流过压敏电阻器体的电流取决于压敏电阻器所用的材料。在这个额定电压水平,压敏电阻器的功能开始改变。

在额定电压之前,压敏电阻充当绝缘体。当压敏电阻器的外加电压达到其额定电压时,压敏电阻器的性能从绝缘状态变为导电状态。

当施加在压敏电阻上的瞬态电压大于或等于压敏电阻的额定电压时,压敏电阻的电阻变得非常小。这是因为半导体材料中的雪崩击穿现象。

雪崩击穿是电流倍增的一种形式,它使以前充当绝缘体的材料中存在大电流。由于这种情况,流经压敏电阻的小电流即泄漏电流将迅速上升。

即使流过压敏电阻器的电流上升,它的电压被限制在一个接近压敏电阻器额定电压的值。这意味着通过通过或允许更多的电流通过压敏电阻器,压敏电阻器作为一个自我调节的瞬态电压通过它。

因此,越过压敏电阻的额定电压后,电流-电压曲线就变成了一条陡峭的非线性曲线。由于这一特点,压敏电阻器可以通过一个非常狭窄的电压范围内的广泛变化的电流剪掉电压的任何峰值。

在压敏电阻电容

当压敏电阻器上的外加电压小于额定电压或夹紧电压时,压敏电阻器充当电容而不是电阻。得出这一结论的原因是压敏电阻器的主要导电区域作为压敏电阻器两端之间的介电介质的行为。

两个端子和电介质构成电容器。这是有效的,直到电压达到箝位电压。由半导体材料构成的每一个压敏电阻器都有一个电容值。这个值取决于压敏电阻的面积,并与压敏电阻的厚度成反比。

在直流和交流电路中,压敏电阻的电容特性是不同的。在直流电路中,当施加电压低于压敏电阻器的额定电压时,压敏电阻器的电容存在,当施加电压接近额定电压时,压敏电阻器的电容突然下降。

在交流电路中使用压敏电阻时,频率起着重要作用。在交流电路中,当压敏电阻器在其非导电漏区工作时,压敏电阻器的电容会影响其体电阻。

压敏电阻器通常与电气或电子设备并联,以保护它们不受过电压的影响。

因此,压敏电阻器的泄漏电阻随频率的增加而下降。频率与产生的并联电阻之间的关系近似为线性关系。用这个公式可以计算出交流电抗XC

XC = 1/(2 ×π × f×C) = 1/(2 πfC)

C是电容,f是频率。

因此,随着频率的增加,泄漏电流也增加。

金属氧化物压敏电阻(MOV)

为了克服碳化硅等半导体压敏电阻器的局限性,金属氧化物压敏电阻器(MOV)被开发出来。金属氧化物压敏电阻是一种电压相关的电阻。它也是一个非线性装置,并提供非常好的瞬态电压浪涌保护。

金属氧化物压敏电阻器中的电阻材料主要由压制成陶瓷块的氧化锌颗粒组成。这种混合物由90%的氧化锌颗粒组成,另外10%由其他金属氧化物组成,如钴、铋和锰。

这种混合物被夹在两个电极(金属板)之间。填充材料作为氧化锌颗粒的粘结剂,使组件在两个金属板之间保持完整。金属氧化物压敏电阻的连接引线是径向引线。

金属氧化物压敏电阻
金属氧化物压敏电阻

金属氧化物压敏电阻是最常用的元件,被用作电压夹紧装置,以保护小型或重型设备免受瞬态电压涌动的影响。由于在其结构中使用了金属氧化物,吸收短电压瞬变的能力和能量处理能力非常高。

金属氧化物压敏电阻和碳化硅压敏电阻的工作原理非常相似。金属氧化物压敏电阻在额定电压下开始传导电流,如果施加的电压低于阈值,则停止传导。

碳化硅压敏电阻和金属氧化物压敏电阻的主要区别在于泄漏电流的大小。在正常工作条件下,MOV中的泄漏电流非常小。

漏电电流较小的原因可以解释如下。在金属氧化物压敏电阻中,相邻的两个锌粒在其边界之间形成二极管结。

因此,一个金属氧化物压敏电阻器可以被看作是大量并联的二极管的集合。正因为如此,当在电极之间施加微小电压时,出现在二极管结的反向漏电流非常小。

当施加电压增加并达到夹紧电压时,二极管结由于雪崩击穿和电子隧穿而断开,并允许一个巨大的电流通过它。金属氧化物压敏电阻器具有高度的非线性电流电压特性。

压敏电阻所能承受的最大浪涌电流取决于瞬态脉冲的宽度和脉冲重复的次数。瞬态脉冲的典型宽度在20微秒到50微秒之间。

如果额定峰值脉冲电流不足,则有过热的可能。因此,为了避免电路过热,重要的是要迅速消散从瞬时脉冲吸收的能量。

高压浪涌保护

无论电源是交流还是直流,瞬时电压浪涌都来自于多种电源和电路,而与电源无关。这是因为瞬态是在电路中产生的或由外部源传输到电路中。

电路内产生的瞬变可以迅速增加,并可能导致电压增加到几千伏特的值。这些电压峰值可能会对敏感的电气或电子设备造成严重的问题,因此必须防止在它们之间出现。

电压瞬变的一些常见来源如下:

  • 电感电路中产生的电压效应Ldi/dt (Ldi/dt)。这种效应是由于变压器中感应线圈和磁化电流的开关。
  • 电力供应激增。
  • 直流电机切换。

一个压敏电阻器被连接在电源上以避免电压瞬变。这种连接可以是相位和中性之间的,也可以是交流供电时相位和相位之间的。

在直流电源的情况下,压敏电阻连接在电源正极和负极之间。在直流电子电路中,压敏电阻可用于电压稳定以防止过电压脉冲。

压敏电阻的规格

以下是典型压敏电阻器的规格。

最大工作电压:它是可以在指定温度下连续施加的峰值稳态直流电压或正弦有效值电压。

压敏电阻电压:它是施加特定直流测量电流的压敏电阻两端之间的电压。

钳位电压:它是施加一定的冲击电流以获得峰值电压的压敏电阻两端之间的电压。

冲击电流:流过压敏电阻的最大电流。

最大的能源:当施加瞬态脉冲时所耗散的最大能量。

飙升的转变:给出浪涌电流后的电压变化。

电容:当电压小于压敏电阻电压时测量。

泄漏电流:压敏电阻在非导电状态下流过的电流。

响应时间:施加额定电压到从非导电状态过渡到导电状态之间的时间。

压敏电阻的应用程序

压敏电阻器几乎用于所有大型电路到小型电子设计中。压敏电阻为交流和直流电路提供高压浪涌保护。

有些应用是这样的

  1. 保护电路不受过电压影响。下面的电路显示了一个金属氧化物压敏电阻的连接,提供单相线对线保护。

下面的电路是相似的,除了它也提供了线到地的保护。

2.在电子电路中,器件对电压的变化非常敏感。因此使用压敏电阻。下面的电路展示了一个典型的保护晶体管的压敏电阻。

3.为交流或直流电机提供电涌保护。

压敏电阻的限制

当压敏电阻用于瞬态电压浪涌抑制器时,它可能不能为设备提供电源保护。这是因为在这种情况下压敏电阻的存在会对设备和设备本身造成问题。

压敏电阻不能提供以下保护

  1. 设备启动时电流激增
  2. 短路产生的电流。
  3. 从电压下降或电力不足。

2反应

  1. 你能解释一下为什么vdr总是与继电器触点并联,而不是与感应负载并联吗?

    我读到一个常见的VDR故障模式是闭合电路,所以与继电器触点并行连接乍一看似乎不明智。

    为什么将VDR与负载并行连接不是同样有效且更安全呢?

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