压敏电阻的作用和工作原理、参数以及选型

[导读]“ 压敏电阻是“在一定的电流电压范围内电阻值随电压而改变，或者说电阻值对电压敏感”的电阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为VDR。又有根据材料来命名，金属氧化物压敏电阻器的英文全称为 Metal Oxide Varistor, 简称为 MOV。”

“ 电阻" target="_blank">压敏电阻是“在一定的电流电压范围内电阻值随电压而改变，或者说电阻值对电压敏感”的电阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为VDR。又有根据材料来命名，金属氧化物压敏电阻器的英文全称为 Metal Oxide Varistor, 简称为 MOV。”

压敏电阻器广泛应用于家用电器及其它电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。本篇分三部分介绍压敏电阻，原理、参数和选型方法。

一、压敏电阻的工作原理

压敏电阻，顾名思义，是一种在一定电流电压范围内其电阻值随电压变化而变化的阻器，也可称为“电压敏感电阻器”，其英文简写为“VDR”。这种电阻器的特性在于，随着所施加电压的逐渐增大，其电阻值能够从兆欧级迅速降至毫欧级。在电压较低时，压敏电阻工作在漏电流区，此时呈现出高电阻状态，漏电流维持在较低水平;而当电压超过一定阈值进入非线性区后，尽管电流在较大范围内变化，电压却保持相对稳定，显示出良好的限压特性。一旦电压进一步升高至饱和区，压敏电阻将呈现低电阻状态，由于此时电流很大，长时间工作会导致电阻过热甚至烧毁。在正常使用情况下，压敏电阻通常处于漏电流区，仅在遭受浪涌冲击时才会进入非线性区进行电流泄放，且一般不会进入饱和区。

从材料角度来看，压敏电阻器的主体材料是半导体，其中广泛应用的“氧化锌”压敏电阻器，其材料由二价元素锌和六价元素氧构成，属于“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。这种材料特性赋予了氧化锌压敏电阻器独特的电压敏感性和非线性特性。

二、压敏电阻的应用与作用

压敏电阻，这一独具特色的电子元件，在电路保护方面发挥着至关重要的作用。其核心特性在于，当施加的电压低于特定阈值时，电流通过量极小，仿佛一道紧闭的闸门;而一旦电压超越这一阈值，电流则急剧增加，犹如闸门瞬间开启。这一特性使得压敏电阻成为抑制电路中异常过电压的理想选择，有效保护电路免受损害。

此外，压敏电阻器还具备瞬态电压抑制功能，这一功能使其可以替代瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合，为IC及其它电子设备提供全方位保护。无论是静电放电、浪涌还是其他瞬态电流(如雷击等)，压敏电阻器都能迅速作出反应，通过降低阻值以导通大电流，从而确保IC或电器设备的完好无损。而在电压低于其工作范围时，压敏电阻器则呈现出高阻值特性，近乎于断路状态，对器件或设备的正常工作毫无影响。

三、压敏电阻的标称参数

压敏电阻以“MY”为标志，若添加特定字母则表示其应用领域，如“J”代表家用。而字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K则分别与稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等功能相关联。需注意，尽管压敏电阻能吸收大量浪涌电能量，但它无法承受毫安级以上的持续电流，因此在设计过压保护电路时，这一点必须予以充分考虑。

四、压敏电阻的特性参数

①压敏电压UN(U1mA)：这是压敏电阻的重要参数，表示当通过1mA直流电流时的电压值。这个电压标志着压敏电阻是否开始导通，通常用符号U1mA来表示。其误差范围通常控制在±10%以内。在实际应用中，压敏电压下降至正常值的90%通常被视为压敏电阻失效的判断标准。

②最大持续工作电压UC：这一参数定义了压敏电阻能够长期承受的最大交流电压或直流电压。一般来说，最大交流电压Uac约为压敏电压的64%，而最大直流电压Udc约为83%。

③通流量(最大冲击电流)IP：它反映了压敏电阻能够承受的最大8/20μs波冲击电流峰值。这里的“能够承受”意味着冲击后压敏电压的变化率不会超过10%。技术规格书中通常会给出单次冲击下的IP值。

④最大箝位电压(限制电压)VC：当给压敏电阻施加规定的8/20μs波冲击电流时，压敏电阻上会出现一个电压值，这就是最大箝位电压或限制电压。这个参数在实际应用中非常重要，因为它直接影响到压敏电阻的保护效果。

⑤额定能量E：额定能量是衡量压敏电阻在规定波形冲击下能够承受一次的最大能量。该能量冲击后，压敏电压的变化率保持在10%以内。其计算公式为：E=KIPVC*T，其中IP和VC为已定义参数，T代表脉冲宽度，而K是与波形相关的常数。对于常见的8/20μs波和10/1000μs波，K值取1.4;若是2ms方波，则K值为1。

⑥额定功率(最大平均功率)Pm：压敏电阻在室温环境下，面对多次连续冲击且冲击间隔短暂，导致热积累效应时，所能承受的最大平均功率。需注意，尽管压敏电阻能承受显著的脉冲功率，但其平均功率承受能力相对较小。

⑦电容C0：压敏电阻两电极间呈现的电容，其范围通常在几皮法拉至几百纳法拉之间。值得注意的是，体积更小的压敏电阻往往具有更高的压敏电压和更小的电容。

⑧漏电流Il：在施加最大直流电压Udc时，流经压敏电阻的电流。进行漏电流测量时，通常采用的电压为Udc=0.83U1mA(有时也采用0.75U1mA)。通常要求静态漏电流Il不超过20微安(或10微安)。然而，在实际应用中，我们更关心的是漏电流的稳定性，特别是在冲击试验或高温环境下其变化率是否在一倍以内，以确保其稳定性。

⑨非线性指数α：这一指数衡量了电压变化对电流的影响程度。其公式表示为I=KUα或α=log log。根据公式，α值越大，表明电压变化对电流的影响越显著，压敏电阻的非线性特性也越好。同时，α也可以理解为伏安特性上各点斜率的倒数，特性越平坦的区域，α值越大(例如，在漏电流区和饱和区，α=1，被称为低α区)。在仪器测量中，通常设定I2=1mA和I1=0.1mA来计算αT，其值为1/log(U1mA/U0.1mA)。

压敏电阻参数

1.压敏电压UN：即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值。

2.漏电流：也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大持续直流电压时，流过压敏电阻的电流。

3.电压比：指压敏电阻的电流为1mA时的电压值与压敏电阻的电流为0.1mA时的电压值之比。

4.非线性系数a值，即压比的对数之倒数。

5.限制电压Up：广义的限制电压是指冲击电流流入压敏电阻器时，它两端的峰值。作为压敏电压器考核指标的限制电压Up，则是指波形8/20，峰值为规定值时的冲击电流流入时，压敏电阻两端电压的峰值。压敏电阻的基本功能是抑制瞬态异常电压，所以限制电压是它的最重要的一个使用参数。

6. 限压比Rp：限制电压Up与压敏电阻压敏电压之比称为限压比Rp。器件的实际限制电压应低于规定的指标值。Rp越小，越接近于1，表明器件的限压性越好，因此技术指标中规定Up的最大允许值。

7. 最大持续工作电压Uac、Udc：这是指压敏电阻能够长期承受的最大交流电压有效值Uac，或最大直流电压值Udc。确定Uac的原则是：交流电压的峰值不大于压敏电压的公差下限值;确定Udc的原则是：压敏电阻在Uac与Udc下的功耗大体相同，这样Uac= 0.64UN， Udc= 0.83UN，Udc= 1.3Uac。

8. 通流容量：通流容量也称通流量，是指在规定的条件(规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流)下，允许通过压敏电阻器上的最大脉冲(峰值)电流值。最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下，对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超过±10%时的最大脉冲电流值。

9. 最大能量：是指在规定的条件(规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流)下，允许通过压敏电阻器上的最大浪涌能量。

10.额定功率：指在一定的电流脉冲群作用下，压敏电阻器能承受的最大平均功率，能够承受是指：冲击后的压敏电压与冲击前的相比不大于±10%，且不能发生目视可见的机械损伤。

11. 静态电容量：指压敏电阻器本身固有的电容容量。

12. 电压温度系数：指在规定的温度范围内，压敏电阻器标称电压的变化率，即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时，温度改变1℃时，压敏电阻器两端电压的相对变化。相应的电流温度系数指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时，温度改变1℃时，流过压敏电阻器电流的相对变化。

13. 绝缘电阻：指压敏电阻器的引出线(引脚)与电阻体绝缘表面之间的电阻值。

14. 绝缘耐压：指压敏电阻的电极引线与其包封层表面之间所能承受的电压压敏电阻除了以上的电气特性外，环境特性有：气候，稳态湿热，温度快速变化，上限温度耐久性，湿热环境耐久性，阻燃，耐湿等，机械特性有：振动，冲击，可焊性，端子强度等，另外还有使用温度范围与贮存温度范围等。

压敏电阻的选项方法

3.1 选用原则

压敏电阻的选用原则：瞻前顾后，符合标准，折中考虑，实验为准。

具体来说，瞻前需考虑到：系统电压正常波动范围的上限值，故障套件下的最高暂态电压及其持续时间;冲击源的冲击电压峰值和源阻抗(或冲击电流)，冲击的时间宽度及频率等;

顾后即考虑到：被保护对象的耐压水平;被保护对象允许的压敏电阻的固有电容和阻性漏电流。

瞻前顾后的基本要求为：在预期的冲击源的最大冲击电压下，压敏电阻的限制电压，应低于被保护对象的冲击耐压值;在系统电压正常波动范围的上限值和故障以及最高环境温度条件下，压敏电阻的预期工作寿命时间应大于设计要求值;压敏电阻的通流量，额定能量，功耗应大于冲击源预定的最大冲击电流，冲击能量和平均功耗，在规定条件下，压敏电阻的冲击寿命次数应大于寿命期内冲击源的冲击次数;在系统电压和冲击源发生超过预期值的异常情况时，压敏电阻不会起火，不会发生危及邻近元器件的爆裂，且没有导致电击的危险;压敏电阻的电容量和非线性电流对被保护对象或系统的影响，应在允许的范围内。

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。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”。

压敏电阻的作用和工作原理

压敏电阻的作用

压敏电阻是一种特殊的电阻器件，其主要作用是保护电路免受过电压损坏。当电路中的电压超过预定范围时，压敏电阻会迅速改变阻值，从而吸收和分散过高的电能。这样可以保护其他部件不受到损害。

压敏电阻的工作原理

压敏电阻采用半导体材料制成，具有非线性的电阻特性。当电路中的电压低于某一阈值时，压敏电阻的阻值很大，几乎没有电流通过。然而，一旦电压超过阈值，压敏电阻的阻值迅速下降，形成一个低阻通道，使过高的电能通过并分散。

压敏电阻型号及参数

压敏电阻的型号

常见的压敏电阻型号有多种，其中最为常见的是“MOV”(Metal Oxide Varistor)和“VDR”(Voltage Dependent Resistor)。

压敏电阻的参数

压敏电阻的主要参数包括：

阻值范围：即压敏电阻在工作条件下的阻值范围。常见的阻值范围从几欧姆到几千欧姆不等。

额定电压：指压敏电阻可以承受的最大电压，超过该电压会导致阻值急剧下降。额定电压通常以伏特(V)为单位。