Varistor-Voltage敏感电阻

介绍

压敏电阻是可变电阻的Portmanteau。它是无源非线性两个端子固态半导体器件。

压敏电阻提供过电压保护用于电气和电子电路,与断路器或保险丝不同,断路器或保险丝提供过流保护。压敏电阻通过压紧的方法来提供保护,这种方法类似于a齐纳二极管

尽管压敏电阻器的名称是由可变电阻派生而来的,但压敏电阻器中的电阻不能像电位器或变阻器那样手动改变,后者的电阻可以在最大值和最小值之间手动改变。

压敏电阻
压敏电阻

压阻器的电阻根据施加到其上的电压而变化。压敏电阻上的电压的变化将导致其电阻的变化,使其成为电压相关的装置。因此,压敏电阻也被称为电压依赖电阻(VDR)

压敏电阻器的两个标准符号如下所示。

IEEE压敏电阻器的标准符号

IEC压敏电阻器的标准符号

压敏电阻器一般由半导体材料制成。压敏电阻器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。

身体上,压敏电阻看起来像电容器在许多方面。由于其相似之处,压敏电阻器常被混淆成电容器。然而,在应用方面,一个电容不能像一个压敏电阻那样防止电压浪涌。

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,压敏电阻在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。

压敏电阻的电阻

即使压敏电阻的目的是提供电阻,变阻器的操作也不同于电位计或变阻器。在正常操作条件下,压敏电阻的电阻非常高。

压敏电阻的功能类似于齐纳二极管,它允许较低阈值的电压通过,而不受影响。

压敏电阻的功能改变了一个T高工作电压当施加在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急剧下降随着施加在它身上的电压的增加,它会继续减小。

下面示出了表示变阻器的静电电阻的曲线如下所示。

vi特点

根据欧姆定律,假设电阻器的值保持不变,电阻器的电流-电压特性曲线是一条直线。在这种情况下,流过电阻器的电流与施加在电阻器两端的电压成正比。

在压敏电阻的情况下,电流-电压特性曲线不是一条直线。这是由于压敏电阻器不寻常的电阻行为。对于压敏电阻器来说,施加在它上的电压的微小变化将引起流过它的电流的足够大的变化。

压敏电阻的电流电压特性曲线如下所示。

从上面所示的电流 - 电压特性曲线,显然压敏电阻具有双向对称特性。这意味着压敏电阻可以在正弦波的任一方向或极性中运行或功能。压敏电阻的这种功能类似于背靠背连接的齐纳二极管的功能。

压敏电阻器的电流-电压特性曲线为线性关系压敏电阻的电流和电压之间不进行.这是因为流过压敏电阻的电流将保持恒定,值非常低。

这是压敏电阻器中的漏电流,这个电流的值是非常小的毫安。原因是压敏电阻器的电阻高。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。

压敏电阻器的额定电压也称为箝位电压。压敏电阻的额定电压是通过指定的1mA直流电流测量的压敏电阻两端的电压,进一步可以解释为施加在压敏电阻两端的直流电压,允许1毫安的电流流过压敏电阻。

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

直到额定电压,压敏电阻充当绝缘体。如果压敏电阻的施加电压达到其额定电压,则压敏电阻的行为从绝缘状态变为导电状态。

当施加过压敏电阻的瞬态电压大于或等于变阻器的额定电压时,压敏电阻的电阻变得非常小。这是因为在半导体材料中称为雪崩击穿的现象。

雪崩击穿是电流倍增的一种形式,它允许在先前充当绝缘体的材料中产生大电流。由于这种情况,流过压敏电阻的小电流即泄漏电流将迅速上升。

即使流过压敏电阻的电流上升,流过压敏电阻的电压也被限制在接近压敏电阻额定电压的值。这意味着压敏电阻器通过或允许更多的电流流过压敏电阻器作为瞬态电压的自调节器。

因此,在交叉变阻器的额定电压之后,电流电压曲线成为陡峭的非线性曲线。由于该特征,压敏电阻可以通过剪切在电压中的任何尖峰范围内通过非常窄的电压范围通过广泛变化的电流。

压敏电阻中的电容

当压敏电阻上的施加电压小于额定或钳位电压时,压敏电阻用作电容器而不是电阻器。该结论的原因是压敏电阻主导区域的主要导电面积作为压敏电阻的两个端子之间的电介质。

两个端子和电介质形成电容器。这有效,直到电压达到钳位电压。由半导体材料构成的每个压敏电阻将具有电容值。该值取决于变阻器的区域,并且与其厚度成反比。

压敏电阻的电容器行为在DC和AC电路中不同。在DC电路中,当施加的电压低于变阻器的额定电压时,压敏电阻的电容存在,并且当施加靠近额定电压时,它突然降低。

压敏电阻器在交流电路中使用时,频率起着重要的作用。在交流电路中,当压敏电阻器工作在其非导电泄漏区时,压敏电阻器的电容将影响其体电阻。

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,压敏电阻的漏阻随频率的增加而下降。频率和由此产生的并联电阻之间的关系近似为线性关系。交流电抗XC可用该公式计算

XC = 1/(2 ×π × f×C) = 1/(2 πfC)

这里C是电容,F是频率。

因此随着频率的增加,漏电流也增加。

金属氧化物压敏电阻(MOV)

为了克服碳化硅压敏电阻器等半导体压敏电阻器的局限性,人们开发了金属氧化物压敏电阻器(MOV)。金属氧化物压敏电阻器是一种电压相关电阻器。它也是一个非线性器件,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成陶瓷块的氧化锌颗粒组成。该混合物由90%的氧化锌颗粒组成,其余10%由钴、铋和锰等其他金属氧化物组成。

这种混合物夹在两个电极(金属板)之间。所述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器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器是最常用的器件,用作电压箝位装置,以保护小型或重型设备免受瞬态电压冲击。由于在其结构中使用了金属氧化物,其吸收短电压瞬变的能力和能量处理能力是非常高的。

金属氧化物压敏电阻器和碳化硅压敏电阻器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导通电流,如果施加的电压低于阈值则停止导通。

碳化硅压敏电阻和金属氧化物变阻器之间的主要区别是漏电流的量。MOV中的漏电流在正常操作条件下非常小。

漏电流较小的原因可以解释如下。在金属氧化物压敏电阻器中,两个相邻的锌粒将在它们的边界之间形成一个二极管结。

因此,金属氧化物压敏电阻可以看作是大量并联二极管的集合。因此,当极间施加微小的电压时,二极管结上出现的反向漏电流非常小。

当施加的电压增加并达到箝位电压时,二极管结会由于雪崩击穿和电子隧穿而断开,并允许巨大的电流通过。金属氧化物压敏电阻具有高水平的非线性电流电压特性。

压敏电阻器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,重要的是要迅速耗散从瞬态脉冲吸收的能量。

高压浪涌保护

无论电源是交流还是直流,瞬态电压浪涌都来自许多电源和电路,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。

在电路内产生的瞬变可以快速增加,并且可能导致电压增加到几千伏的值。这些电压尖峰可能对敏感的电气或电子设备造成严重问题,因此必须防止出现在它们上面。

一些常见的电压瞬变源如下:

  • 电感电路引起的电压效应L DI / DT(LDI / DT)。这种效果是由于在变压器中切换电感线圈和磁化电流。
  • 电源浪涌。
  • 直流电机切换。

压敏电阻器连接在电源上以避免电压瞬变。这种连接可以在相和中性之间,也可以在交流供电的情况下在相和相之间。

在直流电源的情况下,压敏电阻通过正极和负端子之间的电源连接。在直流电子电路中,压敏电阻可用于电压稳定以防止过压脉冲。

压敏电阻的规格

下面是典型压敏电阻器的规格。

最大工作电压:它是可以在规定温度下连续施加的峰值稳态直流电压或正弦rms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器两端之间的电压。

夹紧电压:它是施加指定脉冲电流的压敏电阻端子之间的电压,以获得峰值电压。

浪涌电流: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:当压敏电阻器处于不导电状态时流过它的电流。

响应时间:额定电压施加与从非导电状态转换到导电状态之间的时间。

压敏电阻应用程序

压敏电阻在几乎所有重型电路中用于小型电子设计。压敏电阻为AC和DC电路提供高压浪涌保护。

有些应用是

  1. 保护电路免受过电压。下面的电路显示了金属氧化物变阻器的连接,以提供单相线路保护。

下面的电路是类似的,除了它也提供线路到地保护。

2.在电子电路中,设备对电压的变化非常敏感。因此使用压敏电阻。以下电路是示出保护晶体管的典型变压器。

3.为交流或直流电机提供防雷保护。

压敏电阻限制

当压敏电阻用于瞬态电压浪涌抑制器时,它可能无法为设备提供电源保护。这是因为在这种情况下存在压敏电阻将导致设备和设备本身的问题。

压敏电阻不能提供下列保护

  1. 设备启动时的电涌
  2. 短路电流。
  3. 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,而不是与感性负载并联吗?

    我读到一个常见的VDR故障模式是闭合电路,所以连接并联继电器接触第一眼似乎不明智。

    为什么将VDR与负载并行连接不是同样有效和更安全呢?

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