簡述壓敏電阻特點和工作原理
一、壓敏電阻性能特點:
壓敏電阻是指“在一定電壓范圍內,電阻值隨電壓而變的電阻”,或者是說“電阻值對電壓敏感”的電阻器(英文名稱為: varistor)。
壓敏電阻是半導體元件。當施加在壓敏電阻兩端的電壓從0至U1mA(壓敏電壓)時,流經壓敏電阻的電流≤1mA,壓敏電阻阻值較大,我們可以認為在這一段壓敏是“絕緣體”;當瞬間脈沖高壓入侵時,脈沖電壓峰值超過壓敏電壓,壓敏電阻阻值迅速變小,動作反應時間小于20*10-9秒,壓敏“瞬間”變?yōu)椤皩w”。例如:當壓敏兩端脈沖電壓峰值是壓敏電壓U1mA的2倍時,壓敏的電阻值通常小于1Ω,它完全是導體了。
壓敏電阻作用:壓敏電阻工作時,抑制的是單個或間歇的多個瞬間浪涌電壓/電流脈沖。
浪涌持續(xù)時間:浪涌電壓/電流持續(xù)時間是微秒、毫秒級的。如常見的1.2/50μs(標準電壓波),8/20μs(電流短波),10/1000μs(電流長波),2mS(方波)等這類瞬間脈沖,對線路中元器件的沖擊猶如“海浪拍岸”,抑制減弱這類破壞性浪涌脈沖是壓敏電阻的專業(yè)專職。而對于施加在其兩端的長時間的過電壓,壓敏電阻則“身陷險境”弱點顯現(xiàn)。
壓敏電阻的弱點:不能耐受長時間的過電壓。對于出現(xiàn)在AC電網(wǎng)里的故障過電壓,如果AC電壓的峰值>壓敏電壓U1mA,則流過壓敏電阻的電流>1mA,壓敏電阻就處于導通狀態(tài),此時,連續(xù)涌入壓敏電阻的電流就像“決堤的海嘯”(參閱下圖1)。由于壓敏的功率很小,數(shù)秒至數(shù)小時內就會出現(xiàn)壓敏電阻冒煙燃燒、內部瓷體穿孔的狀況,這個要特別注意。
(圖1)
二、壓敏電阻工作原理:
對于壓敏電阻工作原理有各種各樣的描述,為了方便大家理解,下面從“分流作用”和“分壓作用”角度來簡單闡述一下。
分流作用:從電流角度講,遭遇高壓脈沖時,壓敏電阻阻值瞬間變得遠小于與之并聯(lián)的被保護電路的總體阻抗值,脈沖電流大部分通過壓敏電阻,流向設備外端,壓敏電阻起到分流作用,將脈沖大電流的大部分“拒之門外”,保護設備免受瞬間大電流高能量的侵擾。如下圖2:
(圖2)
分壓作用:從電壓角度來講,由于源阻抗R0的配合分擔了部分脈沖電壓,脈沖電壓在壓敏電阻上只剩下小部分電壓——殘余電壓(壓敏的重要參數(shù)),選用合適規(guī)格的壓敏電阻使殘余電壓小于被保護電路元器件的絕緣耐壓,設備就不會因高壓脈沖而損壞了。
高壓脈沖瞬間消失后,壓敏電阻瞬間又恢復絕緣狀態(tài),繼續(xù)待命。
備注——關于源阻抗R0:
上圖2中源阻抗R0定義:在電路上自產生脈沖高電壓的源頭之處起(可以把脈沖高壓源頭看做一個“電源”),該“電源”與壓敏電阻形成的回路上,壓敏電阻以外的所有元器件及導線的阻抗總和。
R0在電路上起到了分擔脈沖電壓、阻礙脈沖電流、消耗脈沖能量的積極作用,有經驗的工程師在電路設計時會有意增加R0。
對于測試設備,R0就是設備本身的阻抗。例如:常用的6kV/3k組合波設備,阻抗R0就是2歐姆。