深入了解压敏电阻的特性

“压敏电阻"是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”, 或者叫做“Varistor"。压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"(ZnO)压敏电阻器，它的主体材料有二价元素锌(Zn)和六价元素氧(O)所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 在中国台湾，压敏电阻器称为"突波吸收器",有时也称为“电冲击(浪涌)抑制器(吸收器)”。压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。

压敏电阻的主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。压敏电阻的响应时间为ns级，比气体放电管快，比TVS管稍慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千Pf的数量级范围，很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中，应用在交流电路的保护中时，因为其结电容较大会增加漏电流，在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大，但比气体放电管小。压敏电阻器简称VDR，是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体元件。

压敏电阻是目前广泛应用的瞬变干扰吸收器件。描述压敏电阻性能的主要参数是压敏电阻的标称电压和通流容量即浪涌电流吸收能力。前者是使用者经常易弄混淆的一个参数。压敏电阻标称电压是指在恒流条件下(外径为7mm以下的压敏电阻取0.1mA;7mm以上的取1mA)出现在压敏电阻两端的电压降。由于压敏电阻有较大的动态电阻，在规定形状的冲击电流下(通常是8/20μs的标准冲击电流)出现在压敏电阻两端的电压(亦称是最大限制电压)大约是压敏电阻标称电压的1.8～2倍(此值也称残压比)。这就要求使用者在选择压敏电阻时事先有所估计，对确有可能遇到较大冲击电流的场合，应选择使用外形尺寸较大的器件(压敏电阻的电流吸收能力正比于器件的通流面积，耐受电压正比于器件厚度，而吸收能量正比于器件体积)。使用压敏电阻要注意它的固有电容。根据外形尺寸和标称电压的不同，电容量在数千至数百pF之间，这意味着压敏电阻不适宜在高频场合下使用，比较适合于在工频场合，如作为晶闸管和电源进线处作保护用。

特别要注意的是，压敏电阻对瞬变干扰吸收时的高速性能(达ns)级，故安装压敏电阻必须注意其引线的感抗作用，过长的引线会引入由于引线电感产生的感应电压(在示波器上，感应电压呈尖刺状)。引线越长，感应电压也越大。为取得满意的干扰抑制效果，应尽量缩短其引线。关于压敏电阻的电压选择，要考虑被保护线路可能有的电压波动(一般取1.2～1.4倍)。如果是交流电路，还要注意电压有效值与峰值之间的关系。所以对 220V线路，所选压敏电阻的标称电压应当是220×1.4×1.4≈430V。此外，就压敏电阻的电流吸收能力来说，1kA(对8/20μs的电流波)用在晶闸管保护上，3kA用在电器设备的浪涌吸收上;5kA用在雷击及电子设备的过压吸收上;10kA用在雷击保护上。压敏电阻的电压档次较多，适合作设备的一次或二次保护。

压敏电阻(MOV，Metal Oxide Resistor)作为电气、电子产品中广泛应用的雷击电涌抑制器件，其工作原理基于金属氧化物晶粒(以ZnO为主)与晶界层间的隧道效应，实现对瞬态过电压的电压钳位抑制。这种电阻具有纳秒级的响应速度，且瞬态电压吸收能力与其体积成正比，从而能轻松应对大容量的吸收需求。正因如此，压敏电阻在雷击浪涌、静电放电、瞬态电快脉冲(EFT)等过电压保护场合发挥着至关重要的作用。

压敏电阻的响应速度与其内部电子传导机制密切相关。由于晶界层非常薄，氧化锌介电材料对过电压的响应速度极快，管芯本体的响应时间甚至可以小于1ns。然而，当管芯被封装成压敏电阻成品后，其响应时间会受到引线电感的影响而有所增加。例如，普通圆形压敏电阻由于引线较长，其响应时间约为20ns，而表面封装的压敏电阻则相对较小，约为5～10ns。这两种类型的压敏电阻主要适用于雷击浪涌和电快脉冲EFT的瞬态过电压抑制。

通常可以在任何电源电路的交流输入侧发现的蓝色或橙色圆形部件是金属氧化物压敏电阻或 MOV。可以将金属氧化物压敏电阻视为另一种形式的可变电阻器，它可以根据施加在其两端的电压来改变其电阻。当大电流通过MOV时，它会降低其电阻值并起到短路的作用。因此，为了保护电路免受高压尖峰的影响，MOV 通常与保险丝结合使用。在这篇文章中，我们将详细了解如何使用 MOV 以及如何使用它来保护您的电路免受设计中的电压尖峰的影响。我们还将了解 MOV 的电气特性以及如何根据您的设计要求选择 MOV，所以让我们开始吧。

MOV 只是一个可变电阻器，但与电位器不同，MOV 可以根据施加的电压调整其电阻。如果电阻两端的电压增加，电阻会减小，反之亦然。这种特性有助于保护电路免受高压浪涌的影响，因此它们通常在电子网络中用作电涌保护器。

MOV 电阻在正常工作条件下会很强，它们会消耗很少的电流，但是当网络中出现尖峰时，电压会增加到拐点或钳位电压以上，它们会消耗更多的电流，消散浪涌并保护设备。MOV 只能用于防御短浪涌，它们无法应对长时间的浪涌。如果 MOV 暴露在反复的浪涌中，它们的性能会略微下降。每当它们遇到浪涌时，钳位电压就会略微下降，这也可能导致它们在一段时间后被破坏。MOV 通常与热开关/保险丝串联，如果消耗大电流，可能会触发该开关/保险丝以防止这些类型的风险。让我们更多地讨论电路中的MOV是如何工作的。

与要覆盖的电路平行，MOV 又名压敏电阻与保险丝一起广泛使用。如何在电子电路中使用 MOV。当电压低于额定限值时，MOV的电阻会非常高，然后所有电流都流过电路，没有电流流过MOV。但是，当主电压中出现电压尖峰时，当它与交流电源平行时，它会直接出现在 MOV 上。MOV电阻值将被这个高电压降低到一个非常低的值，使其看起来像一个短的值。这迫使大电流流过 MOV，这将使保险丝爆裂并将电路与电源电压隔离。在电压浪涌期间，有缺陷的高电压会很快恢复到正常值，在这种情况下，电流的长度不会高到足以使保险丝爆裂，当电压变为正常时，电路恢复正常工作。但是，每次观察到尖峰时，MOV 都会通过缩短自身并每次用大电流损坏自身来短暂断开电路。但是，如果您发现任何电源电路中的 MOV 损坏，则可能是因为电路中有几个电压尖峰。

金属氧化物压敏电阻是一种电压依赖型电阻器，由金属化物陶瓷粉末(如氧化锌)和其他一些金属氧化物(如钴氧化物、锰、铋等)制成。MOV 由大约 90% 的氧化锌和少量的其他金属氧化物组成。在称为电极的两块金属板之间，金属氧化物的陶瓷粉末保持完好无损。每个相邻之间的二极管结是由金属氧化物颗粒产生的。因此，MOV是大量的串联二极管。当您向电极添加小电压时，通过结部会产生反向泄漏电流。产生的电流最初很小，但由于电子隧穿和雪崩击穿，当对 MOV 施加高压时，二极管边界结会击穿。当通过连接引线施加特定电压时，MOV 压敏电阻开始导通，并在电压低于阈值电压时停止导通。MOV 有不同的格式，例如磁盘格式、带轴向引线、块和螺钉端子的设备以及带径向引线的设备。为了增加功率处理能力，MOV 应始终并联，如果您想获得更高的额定电压，则应将其串联起来。

压敏电阻的整体抑制性能，既有其显著的优点，也存在一定的不足。

(1)优点

压敏电阻在规格上提供了丰富的选择，其容量大，能够吸收的浪涌电流范围从几十到几千安不等，同时反应速度极快，可达纳秒级别。此外，压敏电阻还具有无极性、无续流以及价格低廉等特点。

(2)缺点

然而，压敏电阻也存在一些不足之处。其中，残余电压相对较高，通常可达工作电压的2～3倍。随着浪涌冲击次数的增加，压敏电阻的漏电流也会相应增大，导致其老化。同时，寄生电容也是压敏电阻的一个问题。

因此，在选择压敏电阻时，需要综合考虑这些因素。压敏电阻最适合用于直流电源线、低频信号线，或者与气体放电管串联起来用在交流电源线或高速信号线上。此外，在开关电源、继电开关中，压敏电阻也可用于瞬态尖峰能量的吸收。