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    壓敏電阻的使用方法詳解

    壓敏電阻器的電阻體材料是半導體 ，所以它是半導體電阻器的一個品種 。現在大量使用的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器 ，它的主體材料有二價元素(Zn)和六價元素氧(O)所構成 。所以從材料的角度來看 ，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體” 。
      對於黃金城集團設備中使用的壓敏電阻 ，原選用型號為14D101K ，實際運行3個月中 ，此型號壓敏電阻經常燒毀 。後改為14D121K ，實際運行3個月 ，沒有發現燒壞 。所以 ，為指導以後工作 ，整理並學習此資料 ，並在整理過程中 ，發現壓敏電阻不應該直接並接在元件的輸入端 。具體壓敏電阻的資料如下 ：
      一 、壓敏電阻的原理
      壓敏電阻意思是“在一定電流電壓範圍內電阻值隨電壓而變” ，或者是說“電阻值對電壓敏感”的阻器 。相應的英文名稱叫“VoltageDependentResistor”簡寫為“VDR” 。
      隨著加在它上麵的電壓不斷增大 ，它的電阻值可以從MΩ(兆歐)級變到mΩ(毫歐)級 。當電壓較低時 ，壓敏電阻工作於漏電流區 ，呈現很大的電阻 ，漏電流很小 ；當電壓升高進入非線性區後 ，電流在相當大的範圍內變化時 ，電壓變化不大 ，呈現較好的限壓特性 ；電壓再升高 ，壓敏電阻進入飽和區 ，呈現一個很小的線性電阻 ，由於電流很大 ，時間一長就會使壓敏電阻過熱燒毀甚至炸裂 。正常使用時壓敏電阻處於漏電流區 ，受到浪湧衝擊時進入非線性區泄放浪湧電流 ，一般不能進入飽和區
      壓敏電阻器的電阻體材料是半導體 ，所以它是半導體電阻器的一個品種 。現在大量使用的"氧化鋅"(ZnO)壓敏電阻器 ，它的主體材料有二價元素(Zn)和六價元素氧(O)所構成 。所以從材料的角度來看 ，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體” 。
      二 、壓敏電阻的作用
      壓敏電阻的最大特點是當加在它上麵的電壓低於它的閥值"UN"時 ，流過它的電流極小 ，相當於一隻關死的閥門 ，當電壓超過UN時 ，流過它的電流激增，相當於閥門打開 。利用這一功能 ，可以抑製電路中經常出現的異常過電壓 ，保護電路免受過電壓的損害 。
      壓敏電阻器是一種具有瞬態電壓抑製功能的元件 ，可以用來代替瞬態抑製二極管 、齊納二極管和電容器的組合 。壓敏電阻器可以對IC及其它設備的電路進行保護 ，防止因靜電放電 、浪湧及其它瞬態電流(如雷擊等)而造成對它們的損壞 。使用時隻需將壓敏電阻器並接於被保護的IC或設備電路上 ，當電壓瞬間高於某一數值時 ，壓敏電阻器阻值迅速下降 ，導通大電流 ，從而保護IC或電器設備 ；當電壓低於壓敏電阻器工作電壓值時 ，壓敏電阻器阻值極高 ，近乎開路 ，因而不會影響器件或電器設備的正常工作 。
      三 、壓敏電阻的標稱參數
      壓敏電阻用字母“MY”表示 ，如加J為家用 ，後麵的字母W 、G 、P 、L 、H 、Z 、B 、C 、N 、K分別用於穩壓 、過壓保護 、高頻電路 、防雷 、滅弧 、消噪 、補償 、消磁 、高能或高可靠等方麵 。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪湧電能量 ，但不能承受毫安級以上的持續電流 ，在用作過壓保護時必須考慮到這一點 。
      四 、壓敏電阻的特性參數
      ①壓敏電壓UN(U1mA) ：通常以在壓敏電阻上通過1mA直流電流時的電壓來表示其是否導通的標誌電壓 ，這個電壓就稱為壓敏電壓UN 。壓敏電壓也常用符號U1mA表示 。壓敏電壓的誤差範圍一般是±10% 。在試驗和實際使用中 ，通常把壓敏電壓從正常值下降10%作為壓敏電阻失效的判據 。
      ②最大持續工作電壓UC ：指壓敏電阻能長期承受的最大交流電壓(有效值)Uac或最大直流電壓Udc 。一般Uac≈0.64U1mA ，Udc≈0.83U1mA 。
      ③通流量(最大衝擊電流)IP ：指壓敏電阻能夠承受的8/20μs波的最大衝擊電流峰值 。“能夠承受”的含義是 ，衝擊後壓敏電壓的變化率不大於10% 。現行的技術規格書中通常都給出了衝擊1次的IP值 。
      ④最大箝位電壓(限製電壓)VC ：技術規格書中給出的最大箝位電壓值是指給壓敏電阻施加規定的8/20μs波衝擊電流IX(A)時壓敏電阻上呈現的電壓 。
      實際使用中 ，壓敏電壓越高 ，施加的衝擊電流越大 ，限製電壓(或稱殘壓)就越高 ，可從產品給出的V-I曲線上查到 。
      ⑤額定能量E ：額定能量是指壓敏電阻能夠承受規定波形的衝擊電流衝擊一次的最大能量(衝擊後壓敏電壓的變化率不大於10%) ，可用下式表示 ：
      E=K*IP*VC*T
      式中 ：IP 、VC見上 ，T為脈衝寬度 ，K為與波形有關的常數 。對於8/20μs波和10/1000μs波 ，K=1.4 ；對於2ms方波 ，K=1 。
      ⑥額定功率(最大平均功率)Pm ：指壓敏電阻在室溫下 ，連續承受多次衝擊 ，且各次衝擊之間間隔時間較短 ，因而有熱積累效應的情況下 ，能夠承受的最大平均功率 。盡管壓敏電阻能承受很大的脈衝功率 ，但能承受的平均功率卻很小 。
      ⑦電容C0 ：指壓敏電阻兩電極間呈現的電容 ，在幾pF～幾百nF的範圍內 。體積越小 ，壓敏電壓越高 ，電容越小。
      ⑧漏電流Il ：給壓敏電阻施加最大直流電壓Udc時流過的電流 。測量漏電流時 ，通常給壓敏電阻加上Udc=0.83U1mA的電壓(有時也用0.75U1mA) 。一般要求靜態漏電流Il≤20μA(也有要求≤10μA的) 。在實際使用中 ，更關心的不是靜態漏電流值本身的大小 ，而是它的穩定性，即在衝擊試驗後或在高溫條件下的變化率 。在衝擊試驗後或在高溫條件下其變化率不超過一倍 ，即認為是穩定的 。
      ⑨非線性指數α ：指電壓的變化對電流的影響能力 ，可用公式表示為 ：
      I=KUα或α=loglog
      由前式可見 ，α越大表明電壓的變化對電流的影響能力越大 ，非線性特性越好 。由後式可見 ，α是伏安特性上各點斜率的倒數 ，特性越平坦的地方 ，α越大(漏電流區和飽和區α=1 ，又稱低α區) 。用儀器測量時 ，一般設定I2=1mA ，I1=0.1mA ，所以
      αT=1/log(U1mA/U0.1mA)
      五 、壓敏電阻的降額特性
      對壓敏電阻進行衝擊試驗時 ，隨著所要進行的衝擊次數的增加 ，每次所施加的衝擊電流要相應地減小 。例如 ：Ф20基片的標準壓敏電阻(U1mA≥82V的) ，其降額特性如下表所示(可從廠家給出的浪湧壽命次數定額曲線中查到) ：
      允許衝擊次數1次2次10次100次1000次10000次
      每次衝擊電流6500A4000A2000A1000A430A200A
      六 、壓敏電阻的測量
      測量時將萬用表置10k檔 ，表筆接於電阻兩端 ，萬用表上應顯示出壓敏電阻上標示的阻值 ，如果超出這個數值很大 ，則說明壓敏電阻已損
      七 、壓敏電阻的選型
      壓敏電阻的選用 ，一般選擇標稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數 。
      1 、所謂壓敏電壓 ，即擊穿電壓或閾值電壓 。指在規定電流下的電壓值 ，大多數情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值 ，其產品的壓敏電壓範圍可以從10-9000V不等 。可根據具體需要正確選用 。一般1mA=“1”.5Vp=“2”.2VAC ，式中 ，Vp為電路額定電壓的峰值 。VAC為額定交流電壓的有效值 。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關重要的 ，它關係到保護效果與使用壽命 。如一台用電器的額定電源電壓為220V ，則壓敏電阻電壓值V1mA=“1”.5Vp=“1”.5××220V=“476V” ，V1mA=“2”.2VAC=“2”.2×220V=“484V” ，因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470-480V之間 。
      2 、所謂通流容量 ，即最大脈衝電流的峰值是環境溫度為25℃情況下 ，對於規定的衝擊電流波形和規定的衝擊電流次數而言 ，壓敏電壓的變化不超過±10%時的最大脈衝電流值 。為了延長器件的使用壽命 ，ZnO壓敏電阻所吸收的浪湧電流幅值應小於手冊中給出的產品最大通流量 。然而從保護效果出發 ，要求所選用的通流量大一些好 。在許多情況下 ，實際發生的通流量是很難精確計算的 ，則選用2-20KA的產品 。如手頭產品的通流量不能滿足使用要求時，可將幾隻單個的壓敏電阻並聯使用 ，並聯後的壓敏電不變 ，其通流量為各單隻壓敏電阻數值之和 。要求並聯的壓敏電阻伏安特性盡量相同 ，否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻 。
      八 、壓敏電阻的使用
      壓敏電阻一般並聯在電路中使用 ，當電阻兩端的電壓發生急劇變化時 ，電阻短路將電流保險絲熔斷 ，起到保護作用 。壓敏電阻在電路中 ，常用於電源過壓保護和穩壓 。
      電源防雷器的可靠性 、安全性在很大程度上依賴於壓敏電阻的正確使用 ，以下原則可供使用參考 。特別要指出的是 ，在電源防雷設計中還要考慮各個地方的電源質量差別 、雷擊頻度和強度的差別 、被保護設備的安裝使用情況和衝擊耐受能力等的差別 ，不能用一個公式照搬照套 。設計好的防雷保護裝置必須在現場使用條件下或盡可能接近真實情況的模擬條件下進行試驗驗證 。
      ①壓敏電壓的計算 ：
      一般可用下式計算：
      U1mA=KUac
      式中 ：K為與電源質量有關的係數 ，一般取K=(2～3) ，電源質量較好的城市可取小些 ，電源質量較差的農村(特別是山區)可取大些 。Uac為交流電源電壓有效值 。對於220V～240V交流電源防雷器 ，應選用壓敏電壓為470V～620V的壓敏電阻較合適。選用壓敏電壓高一點的壓敏電阻 ，可以降低故障率 ，延長使用壽命 ，但殘壓略有增大 。
      ②標稱放電電流的計算 ：
      壓敏電阻的標稱放電電流應大於要求承受的浪湧電流或每年可能出現的最大浪湧電流 。標稱放電電流應按壓敏電阻浪湧壽命次數定額曲線中衝擊10次以上的數值進行計算 ，約為最大衝擊通流量的30%(即0.3IP)左右 。
      ③壓敏電阻的並聯 ：
      當一個壓敏電阻滿足不了標稱放電電流的要求時 ，應采用多個壓敏電阻並聯使用 。有時為了降低限製電壓 ，即使標稱放電電流滿足要求也采用多個壓敏電阻並聯 。要特別注意的是 ，壓敏電阻並聯使用時 ，一定要嚴格挑選參數一致的(例如 ：ΔU1mA≤3V ，Δα≤3)進行配對 ，以保證電流的均勻分配 。
      九 、壓敏電阻使用時的注意事項
      壓敏電阻的失效模式通常是短路 ，為了防止壓敏電阻的失效造成電源短路而起火 ，可以在每個壓敏電阻上串聯一個溫度保險管或熱脫離機構 。溫度保險管應與壓敏電阻有良好的熱耦合 ，當壓敏電阻失效(高阻抗短路)時 ，它所產生的熱量把溫度保險管熔斷 ，從而使失效的壓敏電阻與電路分離 ，確保設備的安全 。當較高的工頻暫時過電壓作用在壓敏電阻上時 ，可能使壓敏電阻瞬間擊穿短路(低阻抗短路) ，而溫度保險管還來不及熔斷 ，還可能起火 。為避免這種現象發生 ，可在每個壓敏電阻上再串聯一個耐衝擊工頻保險絲(單用工頻保險絲則在老化失效時可能不熔斷)。也可以把壓敏電阻與陶瓷氣體放電管串聯使用 ，正常工作時陶瓷氣體放電管不導通 ，壓敏電阻沒有漏電流 ，可以大大延長使用壽命 ；受浪湧衝擊時 ，陶瓷氣體放電管首先擊穿 ，然後由壓敏電阻限製浪湧電壓 ，總的殘壓為兩者之和 ，略有增大(幾十伏) ；衝擊過去後 ，由於壓敏電阻限製了電流 ，放電管不能維持導通而熄弧 ，恢複為正常工作狀態 ；當壓敏電阻短路失效後 ，因陶瓷氣體放電管流過很大的工頻電流也會很快失效 ，但它的失效模式絕大多數是開路 ，因而不易引起火災 。
      所以 ，黃金城集團設備中壓敏電阻的選型基本沒有錯誤 ，根據公式，應該選取壓敏電壓即標稱電壓為130V的壓敏電阻 ，根據就上不就下的原則 ，實際應該選取14D151型號 。而且 ，在實際使用方法上 ，黃金城集團不應該直接將壓敏電阻並接 ，根據實際情況 ，應該把壓敏電阻與陶瓷氣體放電管串聯使用 。
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