貼片壓敏電阻基礎(chǔ)知識(shí)

Littelfuse公司在2000年底前推出0201的產(chǎn)品。 AVX和Littelfuse公司已推出電壓抑制器陣列，如AVX推出的Multiguard系列四聯(lián)多層陶瓷瞬態(tài)電壓抑制器陣列(即壓敏電阻器陣列)已經(jīng)被市場(chǎng)接納。可節(jié)省50%的板上空間，75%的生產(chǎn)裝配成本。Multiguad系列采用1206型規(guī)格。其中有一種雙聯(lián)元件采用0805規(guī)格，工作電壓有5.6V、9V、14V和18V等幾種，額定功率為0.1J。AVX公司推出Transfeed多層陶瓷瞬態(tài)電壓抑制器。該產(chǎn)品綜合了公司 Transguard系列壓敏電阻器和Feedthru系列電容器/濾波器的功能。采用0805規(guī)格。該組件具有性能優(yōu)勢(shì)，更快的導(dǎo)通時(shí)間(或稱響應(yīng)時(shí)間，在200ps～250ps之間)和更小的并行系數(shù)。

Littelfuse制造的MLN浪涌陣列組件1206規(guī)格，內(nèi)裝4只多層壓敏電阻器。該產(chǎn)品的ESD達(dá)到IEC671000-4-2第四級(jí)水平。其主要特性包括：感抗(1nH)，相鄰?fù)ǖ来當(dāng)_典型值50dB(頻率1MHz時(shí))，在額定電壓工作狀態(tài)下，漏電流為5A,工作電壓高達(dá)18V，電容值可由用戶指定。這種MLN貼片組件可用于板級(jí)ESD保護(hù)，應(yīng)用領(lǐng)域包括手持式產(chǎn)品、電腦產(chǎn)品、工業(yè)及醫(yī)療儀器等。

EPCOS公司推出了T4N-A230XFV集成浪涌抑制器，內(nèi)含兩只壓敏電阻器和一種短路裝置。該產(chǎn)品用于電信中心局和用戶線一側(cè)的通信設(shè)備保護(hù)。

3 壓敏電阻的選用

選用壓敏電阻器前，應(yīng)先了解以下相關(guān)技術(shù)參數(shù)：標(biāo)稱電壓(即壓敏電壓)是指在規(guī)定的溫度和直流電流下，壓敏電阻器兩端的電壓值。漏電流是指在25℃條件下，當(dāng)施加最大連續(xù)直流電壓時(shí)，壓敏電阻器中流過的電流值。等級(jí)電壓是指壓敏電阻中通過8/20等級(jí)電流脈沖時(shí)在其兩端呈現(xiàn)的電壓峰值。通流量是表示施加規(guī)定的脈沖電流(8/20μs)波形時(shí)的峰值電流。浪涌環(huán)境參數(shù)包括最大浪涌電流Ipm(或最大浪涌電壓Vpm和浪涌源阻抗Zo)、浪涌脈沖寬度Tt、相鄰兩次浪涌的最小時(shí)間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預(yù)定工作壽命期內(nèi)，浪涌脈沖的總次數(shù)N等。

3.1 標(biāo)稱電壓選取

一般地說，壓敏電阻器常常與被保護(hù)器件或裝置并聯(lián)使用，在正常情況下，壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應(yīng)低于標(biāo)稱電壓，即使在電源波動(dòng)情況最壞時(shí)，也不應(yīng)高于額定值中選擇的最大連續(xù)工作電壓，該最大連續(xù)工作電壓值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱電壓值即為選用值。對(duì)于過壓保護(hù)方面的應(yīng)用，壓敏電壓值應(yīng)大于實(shí)際電路的電壓值，一般應(yīng)使用下式進(jìn)行選擇：

VmA=av/bc

式中：a為電路電壓波動(dòng)系數(shù)，一般取1.2;v為電路直流工作電壓(交流時(shí)為有效值);b為壓敏電壓誤差，一般取0.85;c為元件的老化系數(shù)，一般取0.9;

這樣計(jì)算得到的VmA實(shí)際數(shù)值是直流工作電壓的1.5倍，在交流狀態(tài)下還要考慮峰值，因此計(jì)算結(jié)果應(yīng)擴(kuò)大1.414倍。另外，選用時(shí)還必須注意：

(1) 必須保證在電壓波動(dòng)最大時(shí)，連續(xù)工作電壓也不會(huì)超過最大允許值，否則將縮短壓敏電阻的使用壽命;

(2) 在電源線與大地間使用壓敏電阻時(shí)，有時(shí)由于接地不良而使線與地之間電壓上升，所以通常采用比線與線間使用場(chǎng)合更高標(biāo)稱電壓的壓敏電阻器。

3.2 通流量的選取

通常產(chǎn)品給出的通流量是按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)給定的波形、沖擊次數(shù)和間隙時(shí)間進(jìn)行脈沖試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)品所能承受的最大電流值。而產(chǎn)品所能承受的沖擊數(shù)是波形、幅值和間隙時(shí)間的函數(shù)，當(dāng)電流波形幅值降低50%時(shí)沖擊次數(shù)可增加一倍，所以在實(shí)際應(yīng)用中，壓敏電阻所吸收的浪涌電流應(yīng)小于產(chǎn)品的最大通流量。

3.3 應(yīng) 用

圖1所示是采用壓敏電壓器進(jìn)行電路浪涌和瞬變防護(hù)時(shí)的電路連接圖。對(duì)于壓敏電阻的應(yīng)用連接，大致可分為四種類型：

第一種類型是電源線之間或電源線和大地之間的連接，如圖1(a)所示。作為壓敏電阻器，最具有代表性的使用場(chǎng)合是在電源線及長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)線遇到雷擊而使導(dǎo)線存在浪涌脈沖等情況下對(duì)電子產(chǎn)品起保護(hù)作用。一般在線間接入壓敏電阻器可對(duì)線間的感應(yīng)脈沖有效，而在線與地間接入壓敏電阻則對(duì)傳輸線和大地間的感應(yīng)脈沖有效。若進(jìn)一步將線間連接與線地連接兩種形式組合起來，則可對(duì)浪涌脈沖有更好的吸收作用。

第二種類型為負(fù)荷中的連接，見圖1(b)。它主要用于對(duì)感性負(fù)載突然開閉引起的感應(yīng)脈沖進(jìn)行吸收，以防止元件受到破壞。一般來說，只要并聯(lián)在感性負(fù)載上就可以了，但根據(jù)電流種類和能量大小的不同，可以考慮與R-C串聯(lián)吸收電路合用。

第三種類型是接點(diǎn)間的連接，見圖1(c)。這種連接主要是為了防止感應(yīng)電荷開關(guān)接點(diǎn)被電弧燒壞的情況發(fā)生，一般與接點(diǎn)并聯(lián)接入壓敏電阻器即可。

第四種類型主要用于半導(dǎo)體器件的保護(hù)連接，見圖1(d)。這種連接方式主要用于可控硅、大功率三極管等半導(dǎo)體器件，一般采用與保護(hù)器件并聯(lián)的方式，以限制電壓低于被保護(hù)器件的耐壓等級(jí)，這對(duì)半導(dǎo)體器件是一種有效的保護(hù)。

4 氧化鋅壓敏電阻存在的問題

現(xiàn)有壓敏電阻在配方和性能上分為相互不能替代的兩大類：

4.1 高壓型壓敏電阻

高壓型壓敏電阻，其優(yōu)點(diǎn)是電壓梯度高(100～250V/mm)、大電流特性好(V10kA/V1mA≤1.4)但僅對(duì)窄脈寬(2≤ms)的過壓和浪涌有理想的防護(hù)能力，能量密度較小，(50～300)J/cm3。

4.2 高能型壓敏電阻

高能型壓敏電阻，其優(yōu)點(diǎn)是能量密度較大(300J/cm3～750J/cm3)，承受長(zhǎng)脈寬浪涌能力強(qiáng)，但電壓梯度較低(20V/mm～500V/mm)，大電流特性差(V10kA/V1mA>2.0)。

這兩種配方的性能差別造成了許多應(yīng)用上的“死區(qū)”，例如：在10kV電壓等級(jí)的輸配電系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛采用了真空開關(guān)，由于它動(dòng)作速度快、拉弧小，會(huì)在操作瞬間造成極高過壓和浪涌能量，如果選用高壓型壓敏電阻加以保護(hù)(如氧化鋅避雷器)，雖然它電壓梯度高、成本較低，但能量容量小，容易損壞;如果選用高能型壓敏電阻，雖然它能量容量大，壽命較長(zhǎng)，但電壓梯度低，成本太高，是前者的5～13倍。

在中小功率變頻電源中，過壓保護(hù)的對(duì)象是功率半導(dǎo)體器件，它對(duì)壓敏電阻的大電流特性和能量容量的要求都很嚴(yán)格，而且要同時(shí)做到元件的小型化。高能型壓敏電阻在能量容量上可以滿足要求，但大電流性能不夠理想，小直徑元件的殘壓比較高，往往達(dá)不到限壓要求;高壓型壓敏電阻的大電流特性較好，易于小型化，但能量容量不夠，達(dá)不到吸能要求。目前中小功率變頻電源在國(guó)內(nèi)外發(fā)展非常迅速，國(guó)內(nèi)銷售量已近100億元/年，但壓敏電阻在這一領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎還是空白。