壓敏電阻原理、參數、選型

壓敏電阻並不是電阻，而是一種具有瞬態電壓抑制功能的元件，效果同TVS。這篇博客介紹壓敏電阻的一些基本知識，包括參數、選型、應用等。

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ESD保護器件分類（TVS、壓敏電阻、MLCC、ESD抑制器）

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一、命名

壓敏電阻用MY表示，MY後綴J （家用）、W（穩壓）、G（過壓）、P （高頻）、L（防雷）、H（滅弧）、Z（消噪）等，這是一般通用命名方式，不同廠家的命名不太一樣。

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二、工作原理

壓敏電阻是一種具有非線性伏安特性的電阻器件，英文名稱叫“Voltage Dependent Resistor”簡寫爲VDR ，或者叫做Varistor。壓敏電阻不是真正的電阻，而是一種具有瞬態電壓抑制功能的元件，無正負極之分，這一點不同於TVS，使用時同樣是並接與被保護IC或電路，壓敏電阻的響應時間會比TVS慢一點。

壓敏電阻電路符號

當加到壓敏電阻上的電壓超過一定值時，它的阻值會迅速下降，以導通大電流，保護後端電路；當低於其工作電壓時，壓敏電阻阻值極高，相當於開路，不影響後端電路的工作狀態。

壓敏電阻雖然能吸收很大的浪湧能量， 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。

壓敏電阻與被保護設備連接

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三、參數解讀

如下是一個壓敏電阻的SPEC參數。

壓敏電阻電氣參數

1. 壓敏電壓

指擊穿電壓或閾值電壓，特定電流下測得的壓敏電阻兩端的電壓，一般是1mA直流電流通入壓敏電阻時測試得到的。一般符號是：$V_{B}$@1mA(DC)或者$V_{1mA}$

2. 最大工作電壓

分爲交流和直流兩種情況。對交流來說，一般用AC RMS表示，指的是加在壓敏電阻上的交流有效值不能超過這個值，上面SPEC的$V_{WAC}$指加在壓敏電阻上的交流電壓有效值不能超過4V。對直流來說，被保護信號或者電路的最高電壓不能超過這個值。

SPEC中的$V_{DC}$是5.5V，即對於5.5V以上的直流電路來說，這個壓敏電阻是不合適的。

3. 最大鉗位電壓

指施加規定的脈衝能量波形如（8/20µs）時壓敏電阻兩端電壓，從SPEC看，對壓敏電阻施加8/20µs脈衝波形時，最大鉗位電壓是18V。8/20us脈衝指的是8us達到100%Ipp，20us達到50%Ipp。

4. 能量耐量

指施加規定的脈衝能量波形（如10/1000µs波形）時壓敏電阻吸收的最大能量，符號用E表示，單位是J（焦耳Joule），壓敏電阻的片徑越大，它的能量耐量越大，耐衝擊電流也越大。

能量耐量的計算公式是：$W=KIVT(J)$，$I$是流過壓敏電阻的峯值電流，$K$是電流$I$的波形係數，不同的脈衝波形係數$K$不同（2ms的方波K=1，8/20μs的波形K=1.4，10/1000μs的波形K=1.4），$T$是電流的持續時間，$V$是在電流爲 $I$時壓敏電阻兩端電壓。

5. 浪湧電流

指的是施加規定的脈衝能量波形（如8/20µs）時，壓敏電阻的電氣特性不會下降的最大電流，從SPEC上可以看到此壓敏電阻，在8/20µs脈衝波形下，最大浪湧電流到3A。

有這麼定義的： 1次，以 8/20μs 標準波形的電流作一次衝擊的最大電流值，此時壓敏電壓變化率仍在±10%以內；2 次，以 8/20μs 標準波形的電流作兩次衝擊的最大電流值，兩次衝擊時間間隔爲 5 分鐘，此時壓敏電壓變化率仍在±10%以內。

在一些資料上，會有通流容量這個概念，也可以把最大浪湧電流看作通流容量，通流容量比較難計算，多個壓敏電阻並聯，其壓敏電壓不變，通流量等於幾者之和，要求並聯的壓敏電阻伏安特性儘量相同，否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻對選型來說，一般參照SPEC即可。

6. 靜電電容

指的是壓敏電阻器本身固有的電容容量，一般測試條件是振盪器頻率爲1KHz或1MHz，振盪器電壓1Vrms。

7. 漏電流

現在一般SPEC不給出壓敏電阻的漏電流參數，漏電流又稱爲等待電流，指壓敏電阻器在規定的溫度和最大直流電壓下，流過壓敏電阻器的電流。

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四、選型要點

在瞭解壓敏電阻的重要參數後，如何對其選型呢？

• 在交流電路中：$V_{1mA(min)}≥(2.2-2.5)*V_{AC}$，$V_{AC}$指被保護交流電路工作電壓有效值。
• 在直流回路中：$V_{1mA(min)}≥(1.6-2)*V_{DC}$，$V_{DC}$指直流電路工作最大電壓。

假設直流回路中，需要被保護的信號電壓是3V，那壓敏電阻的最小壓敏電壓爲4.8V，一般在選型時，物料的最大容許交流和直流電壓都會給出，並且壓敏電壓也會給出，不超過最大容許電壓即可，同時需要注意，不能比最大容許電壓小太多，這樣電壓的正常工作電壓會比壓敏電壓小得更多，上圖SPEC中，最大直流容許是5.5V，我們一般3V的電源和信號就可以使用。

• 如果被保護電路工作電壓或耐壓較低，而浪湧能量又比較大，則可選擇壓敏電壓$V_{1mA}$ 較低、片徑較大的壓敏電阻器；如果 工作電壓或耐壓較高，則可選擇壓敏電壓 $V_{1mA}$ 較高的壓敏電阻器，既保護了電路，又能延長壓敏電阻壽命。

• 壓敏電阻的電容量一般是幾十到幾百pF，所以不能用在高頻信號中。

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五、應用

因爲壓敏電阻帶有電容量成分，一般幾十pF到幾百pF不等，所以一般壓敏需要用在低頻信號上。直流電源和交流電源都可以使用。

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六、分類

按結構分：可以分爲結型壓敏電阻器、體型壓敏電阻器、單顆粒層壓敏電阻器和薄膜壓敏電阻器。

按使用材料分：可分爲氧化鋅壓敏電阻器、碳化硅壓敏電阻器、金屬氧化物壓敏電阻器、鍺（硅）壓敏電阻器、鈦酸鋇壓敏電阻器。

按伏安特性分：可分爲對稱型壓敏電阻器（無極性）和非對稱型壓敏電阻器（有極性），我們一般使用的壓敏電阻都是沒有極性的。

壓敏電阻屬於瞬態抑制器件，有時候可以替代TVS，之前寫的TVS選型博客TVS參數、選型、使用注意事項

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永遠相信美好的事情即將發生！作者記得誠，寫於安徽合肥，時間2020-02-25 PM22:00