压敏电阻器在开关电源中的作用

压敏电阻器在开关电源中的作用

 　　压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，一般用于开关电源适配器电路浪涌和瞬变防护电路，可以用来代替瞬态抑制二级管、齐纳二级管和电容器的组合。压敏电阻器可以对集成电路等重要元件以及其他电路和设备进行保护，防止因静电放电、浪涌及其他瞬态电流(如雷击等)而造成对它们的损坏。使用时只需要将压敏电阻器并接于被保护的电路上，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，阻止瞬间过压而起到保护作用，当电压低于压敏电阻器工作电压时，压敏电阻器阻值极高，近乎开路，所以不会影响器件或电气设备的正常工作。

 

　　压敏电阻器(Voltaga Sensor Resistor， VSR)是一种新型过压保护元件。压敏电阻器是以氧化锌为主要材料而制成的金属-氧化物-半导体陶瓷元件，构成压敏电阻的核心材料为氧化锌，它包括氧化锌晶粒和晶粒周围的晶界层，氧化锌晶粒的电阻率很低，而晶界层电阻率很高，相接触的两个晶粒之间形成一个相当于齐纳二级管的势垒，成为一个压敏电阻单元，许多单元通过串联、并联组成压敏电阻器基体。压敏电阻器在工作时，每个压敏电阻单元都承担浪涌能量，而这些压敏电阻单元大体上均匀分布在整个电阻体内，整个电阻体都承担能量，而不像齐纳二级稳压管那样只是结区承担电功率，其电阻随端电压变化而变化。

 

　　1、压敏电阻的结构特点和工作原理

 

　　压敏电阻器的主要特点是工作电压范围宽(6～3000V，分若干档)，对过压脉冲响应快(纳秒级)，耐冲击电流的能力强(100～2000A)，漏电流小(微安级)，电阻温度系数小，性优价廉，体积小，是一种理想的保护元件，可以构成过压保护电路、消噪电路、消火花电路、吸收回路。在供电网络叠加有过电压脉冲时，接压敏电阻后，过电压峰值波形削平，限制在一定的幅度内。在开启或关闭带有感性、容性的负载电路时，直流波形出现开关尖脉冲，压敏电阻在电路中能吸收这种反电功势，从而有效的保护开关电路不受损害。

 

　　常用的压敏电阻有碳化硅压敏电阻和氧化锌压敏电阻，其中氧化锌压敏电阻应用更为广泛，它是以氧化锌为主要原料，添加多种微量金属氧化物，经混合成型、烧结装配而成的一种新型理想的过压保护器件，它的导电值随施加电压的改变而呈非线性变化，人们称它为压敏电阻或浪涌吸收器。

 

　　2、压敏电阻的主要电参数术语

 

　　⑴标称电压或压敏电压U1mA：在直流电压条件下，压敏电阻流过规定的电流时，压敏电阻的端电压称为压敏电阻的压敏电压。一般规定，当压敏电阻流过直流1mA时的端电压称为压敏电压U1mA。对于直径5mm或更小尺寸的压敏电阻，则以0.1 mA为标称电压测量点，对于低电压大直径产品，也有以20 mA来表示标称电压的。

 

　　⑵测试电流I1mA：与压敏电压相对应的电流称为测试电流，通常测试电流规定为直流1mA。

 

　　⑶电压比：压敏电阻流过规定大小的电流时产生的直流压降与压敏电压的比值称为电压比。

 

　　⑷电压温度系数：在规定的温度范围内和规定的脉冲电流条件下，当压敏电阻体内温度改变1℃时，电压相对变化百分比称为电压温度系数。

 

　　⑸通流量：按规定的时间间隔和次数，在压敏电阻上施加规定的标准电流波形冲击后，压敏电阻的压敏电压变化率小于或等于技术条件中所规定的值时，通过的最大电流值称为浪涌通流容量，简称通流量。

 

　　在规定时间(8μs/20μs)内，允许通过脉冲电流的最大值。其中脉冲电流从最大值的90%到最大值的时间为8μs，峰值持续时间为20μs。

 

　　⑹电压变化率：压敏电阻在冲击试验前后，压敏电压相对变化的百分比称为电压变化率。公式如下：

 

　　电压变化率=[(U1-U2)/U1]×100%

 

　　式中：U1、U2分别为试验前后的电压。

 

　　⑺漏电流(μA)：当元件两端电压等于规定电流下两端电压的75%时，压敏电阻上所通过的直流电流称为漏电流。

 

　　⑻额定功率P：在规定的环境温度下压敏电阻的负荷功率称为额定功率。

 

　　⑼固有电容C。：存储在压敏电阻两极间的电荷和施加在其上的电压之比。

 

　　⑽残压Uc：当压敏电阻流过某一脉冲电流时，在压敏电阻两端显现的电压峰值称为残压。

 

　　⑾残压比η：压敏电阻的残压值与压敏电压U1mA的比值。

 

　　压敏电阻不是一般意义上的电阻。它是由用绝缘膜隔离金属氧化物(如氧化锌)颗粒构成的，国外称为MOV(Metal Oxide Varistor)。如图3.1.6所示是压敏电阻的特性及其应用,图(a)是它的电气特性,为i=kU,k是常数,a在30～40范围内.在低电压下具有很大电阻,很小的漏电流;当加高电压时，压敏电阻中绝缘膜变成导体，电压稍微增加，电流急剧增大，类似于稳压管击穿特性，可以承受很大的瞬时功率。

 

　　压敏电阻经常并接在开关电源适配器输入端的火线与火线、火线与中线之间，以及电感器件端作为浪涌和尖峰电压吸收元件。工作电压通常为击穿电压的一半即可。主要特性参数是击穿电压Ub、残压比η和承受的损耗能量W。