在電源應(yīng)用過(guò)程中，為保證電源的供電穩(wěn)定與電源的安全，常常會(huì)設(shè)計(jì)外圍保護(hù)電路以確保電源使用過(guò)程中不被損壞。外圍電路包括浪涌沖擊保護(hù)電路、防靜電保護(hù)電路、EMI濾波電路、脈沖群抗擾電路。本文將對(duì)浪涌沖擊保護(hù)電路中使用的壓敏電阻MOV的使用和選型方法展開論述。

一、什么是壓敏電阻？

壓敏電阻，即MOV（Metal Oxide Varistors），是一種非線性伏安特性的限壓型保護(hù)器件，其本體是由氧化鋅顆粒組成的矩陣結(jié)構(gòu)，顆粒之間的晶界類似雙向PN結(jié)的電氣特性。

壓敏電阻的應(yīng)用場(chǎng)合：壓敏電阻器常常與被保護(hù)器件或裝置并聯(lián)使用，在電路承受過(guò)壓時(shí)進(jìn)行電壓鉗位，吸收多余的電流從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。

壓敏電阻的主要特性：當(dāng)兩端所加電壓在標(biāo)稱額定值以內(nèi)時(shí)，其電阻值幾乎為無(wú)窮大，處于高阻狀態(tài)，漏電流低至幾十微安；當(dāng)兩端所加電壓稍微超過(guò)額定值時(shí)，其電阻值急劇下降，立即處于導(dǎo)通狀態(tài)，工作電流增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，反應(yīng)時(shí)間低至納秒級(jí)。當(dāng)兩端所加電壓超過(guò)其最大限制電壓時(shí)，它將完全擊穿損壞，無(wú)法自行恢復(fù)。

正常使用時(shí)，壓敏處于漏電流區(qū)，受浪涌沖擊時(shí)進(jìn)入非線性區(qū)泄放浪涌電流，一般不能進(jìn)入飽和區(qū)。當(dāng)壓敏電壓較低時(shí)，壓敏工作于漏電流區(qū)，呈很大電阻，漏電流很小；當(dāng)電壓升高到非線性區(qū)，電壓變化不大，電流在相當(dāng)大范圍內(nèi)變化，限壓特性較好；當(dāng)電壓再升高，壓敏進(jìn)入飽和區(qū)，呈現(xiàn)很小的線性電阻，電流很大，時(shí)間一長(zhǎng)壓敏會(huì)過(guò)熱而燒壞甚至炸裂。因此，壓敏電阻不能長(zhǎng)期承受1mA的電流。

壓敏電阻的特點(diǎn)：

1.工作電壓范圍寬(主流18-1800V，分若干檔)，根據(jù)市場(chǎng)主流，主要如下：

2.對(duì)過(guò)壓脈沖響應(yīng)快(幾至幾十nS)；

3.耐沖擊電流的能力強(qiáng)(可達(dá)100-15000A），根據(jù)市場(chǎng)主流，主要如下：

4.漏電流小(低于幾至幾十uA)；

5.電阻溫度系數(shù)小。

二、壓敏電阻命名規(guī)則

壓敏電阻命名如下圖：

例如471KD14：標(biāo)稱電壓為470VDC，公差為±10%（即動(dòng)作電壓在423~517VDC之間），形狀為圓形，直徑14mm。

三、規(guī)格計(jì)算

步驟一：壓敏電壓（VARISTOR VOLTAGE）計(jì)算

V1mA=1.5Vp=2.2Vnom   （1）

式中，Vp為電路額定電壓的峰值，Vnom為額定交流電壓的有效值。

例如：某客戶使用金升陽(yáng)LHE60-20B12電源產(chǎn)品，額定輸入電壓為220VAC，則壓敏電阻電壓值：

V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476VDC

V1mA=2.2Vnom=2.2×220V=484VDC

因此壓敏電阻的擊穿電壓V1mA可選在470－480V之間，如V1mA選470V，對(duì)應(yīng)471KDxx壓敏。

步驟二：最大允許電壓（MAXIMUM ALLOWABLE VOLTAGE）計(jì)算

此電壓分交流（VACrms）和直流（VDCr）兩種情況：

VACrms≈0.64V1mA     （2）

VDCr≈0.83V1mA        （3）

同樣以步驟一的例子，則計(jì)算步驟如下：

V1mA=470V，則VACrms≈0.64V1mA=300VAC，VDCr≈0.83V1mA=390VDC

而471KDxx壓敏對(duì)應(yīng)的VACrms=300V，VDCr=385V，步驟一計(jì)算出的參數(shù)驗(yàn)證可行。

步驟三：通流容量（I(8/20us)）計(jì)算

最大通流量與壓敏電阻直徑成正比。在選擇壓敏電阻直徑時(shí)，要確定被保護(hù)電路的雷擊浪涌等級(jí)，以此來(lái)選擇壓敏電阻的最大通流量。

對(duì)壓敏進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，隨著所進(jìn)行的沖擊次數(shù)的增加，每次所施加的沖擊電流要相應(yīng)減小。通常，現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)格書中都給出壓敏沖擊1次的I值。因此，一般我們?cè)谶x擇壓敏時(shí)，其通流容量要按壓敏浪涌壽命次數(shù)定額曲線中沖擊10次到100次來(lái)計(jì)算，其實(shí)際通過(guò)的浪涌電流約為最大沖擊通流量的30%左右（即0.3I）。

如果不知道浪涌等級(jí)所要求的通流量，可按照下圖以壓敏兩端的差模電壓進(jìn)行計(jì)算。

例如：浪涌差模電壓Vtest=2KV，壓敏電阻471KDxx最大限制電壓VCLAM=775V，則通流量計(jì)算：

Ip= (Vtest-VCLAM)/2 = 612.5A    （4）

I=Ip/0.3=2042A                       （5）

471KD10壓敏對(duì)應(yīng)的通流量（看壓敏規(guī)格書Withstanding Surge Current列）I為2500A，大于2042A；而471KD07壓敏對(duì)應(yīng)的通流量I只有1750A；

故步驟一的案例中，壓敏電阻建議選擇10D以上，如471KD10。

四、關(guān)鍵指標(biāo)

1)標(biāo)稱壓敏電壓(V1mA)：指通過(guò)規(guī)定持續(xù)時(shí)間的脈沖電流（一般為1mA 持續(xù)時(shí)間一般小于400mS）時(shí)壓敏電阻器兩端的電壓值；

2)最大限制電壓(VCLAM)：即殘壓，指在壓敏能承受的最大脈沖峰值電流Ip及規(guī)定波形下壓敏電阻兩端電壓峰值；

3)通流容量(Ip)：指在規(guī)定的條件（規(guī)定的時(shí)間間隔和次數(shù)，施加標(biāo)準(zhǔn)的沖擊電流）下，允許通過(guò)壓敏電阻器上的最大脈沖（峰值）電流值；

4)漏電流：指在25℃條件下，當(dāng)施加最大連續(xù)直流電壓時(shí)，壓敏電阻器中流過(guò)的電流值；

5)等級(jí)電壓：指壓敏電阻中通過(guò)8/20等級(jí)電流脈沖時(shí)在其兩端呈現(xiàn)的電壓峰值。

五、注意事項(xiàng)

1)響應(yīng)時(shí)間：壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間為ns級(jí)，比氣體放電管快，比TVS管稍慢一些；

2)結(jié)電容：壓敏電阻的結(jié)電容一般在幾百到幾千pF的數(shù)量級(jí)范圍，很多情況下不宜直接應(yīng)用在高頻信號(hào)線路的保護(hù)中，應(yīng)用在交流電路的保護(hù)中時(shí)，因?yàn)槠浣Y(jié)電容較大會(huì)增加漏電流，在設(shè)計(jì)防護(hù)電路時(shí)需要充分考慮；

3)通流容量：壓敏電阻的通流容量較大，但比氣體放電管小；

4)電路位置：壓敏電阻一般應(yīng)用在產(chǎn)品的輸入端L線和N線之間，置于保險(xiǎn)絲之后，熱敏電阻之前；

5)殘壓：壓敏電阻的殘壓（即最大限制電壓）會(huì)直接施加到產(chǎn)品的后端電路，殘壓過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致后端器件損壞（如整流橋或者大電容），因此設(shè)計(jì)時(shí)要保證殘壓不超過(guò)后級(jí)電路能承受的最大電壓；

6)在電路設(shè)計(jì)時(shí)，輸入壓敏電阻的投影要遠(yuǎn)離控制IC，防止浪涌測(cè)試時(shí)IC受干擾，導(dǎo)致輸出電壓在浪涌測(cè)試時(shí)出現(xiàn)掉電。

六、壓敏電阻的測(cè)量

單獨(dú)測(cè)量：通常壓敏電阻具有良好的非線性，即阻值隨所加電壓的增加而減少，且具有雙向電流特性。測(cè)量時(shí)，將萬(wàn)用表置于R×1k擋，測(cè)其兩引腳之間的正反向絕緣電阻，均為無(wú)窮大，否則說(shuō)明漏電流過(guò)大。如果所測(cè)電阻過(guò)小，說(shuō)明壓敏電阻已損壞，不能使用?？梢杂脭?shù)字萬(wàn)用表測(cè)量壓敏電阻。

電源使用中，外圍電路是必不可少的存在，選擇適合的壓敏電阻MOV對(duì)浪涌沖擊保護(hù)電路尤為重要。

那外圍電路還有哪些關(guān)鍵點(diǎn)需要著重注意的呢？歡迎關(guān)注金升陽(yáng)科技公眾號(hào)，持續(xù)更新！