硬件电路(5)-压敏电阻

embedded/2025/2/1 5:39:05/

一、概述

        压敏电阻,顾名思义,对电压很敏感的电阻;中文这个“敏感”对应到电路中,应该就是一个非线性的变化:当电压达到一定的数值的时候,器件的阻抗呈现出剧烈的变化,这个剧烈的变化应该是量级上的。我们之所以会需要这种特性的电阻,肯定是电气设备中会遇到这样的源,需要这样的响应;反过来说,如果没有这样的响应,电路中的其他相邻或者相关器件就会出问题。当加在压敏电阻上的电压低于它的阈值时,流过它的电流极小,它相当于一个阻值无穷大的电阻。也就是说,当加在它上面的电压低于其阈值时,它相当于一个断开状态的开关。

        压敏电阻的命名标记上往往会一个器件最关键的信息。这个名字可以分为两个部分,第一个部分是471K:471,表示压敏电压是47*10^1 = 470V; K表示精度误差在+/-10%左右。第二部分,D10(或者20),表示压敏电阻的直径是10mm还是20mm,从数据上来看,肯定直径越大,压敏电阻的个头越大。

二、工作原理

        当加在压敏电阻上的电压超过它的阈值时,流过它的电流激增,它相当于阻值无穷小的电阻。也就是说,当加在它上面的电压高于其阈值时,它相当于一个闭合状态的开关。

        压敏电阻是如何实现对相关器件保护的。正常工作的时候,压敏电阻两端之间的阻抗是非常大的,可以近似地看成是开路的(实际上存在着非常微小的漏电流,一般10-20uA)。一旦雷击能量来了,会有瞬间高压加载压敏电阻上,这个时候压敏电阻就会被击穿,呈现出非常低的阻抗。这个内阻在雷电这个能量源的内阻Re面前,相对来说非常小,那么根据电阻分压的原理压敏电阻上的电压就会非常小。压敏电阻和后级负载是并联关系,因为压敏电阻相对负载电阻来说也非常小,所以大量能量都是从压敏电阻流过,被压敏电阻吸收了。通过这样的方式,就实现了对负载的保护。

三、相关参数

1、压敏电压:

        压敏电压是指在压敏电阻上加上一个直流电压,如果流过压敏电阻的电流达到1mA,这个时候的直流电压就被称之为压敏电压,所以有时候压敏电压也用U1mA或者V1mA来表示。比如对于471KD10,这款压敏电阻,它的压敏电压就是470V。因为器件的一致性问题,或者说误差的存在,K级别的压敏电阻的压敏电压在423V(470V0.9)到517V(470V1.1)之间。

2、工作电压:

最大允许工作电压,这个指标的意思其实是压敏电阻能够长时间承受的最大电压,这个电压分为交流电压和直流电压。一般最大允许的交流电压是压敏电压的0.64倍,最大允许的直流电压是压敏电压U1mA的0.82倍。

3、钳位电压:

最大钳位电压也就是我们说的残压或者说最大限制电压,是指给压敏电阻施加规定的8/20us波冲击电流时它两端的电压。这个8/20us冲击电流是什么意思呢?也就是8us中达到峰值电流的90%,20us后电流降低到峰值电流的50%,这个冲击电流是模仿雷电的冲击电流来设计的。从这个电流的波形上就可以看出,压敏电阻其实并不需要太快的响应速度,这个器件更重要的使命是能够能量吸收掉,当然这个都是相对于TVS二极管而言的。我们选择压敏电阻的时候,它的残压一定要小于被保护电器的耐压水平,否则就达不到保护的目的


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