什么是壓敏電阻

“壓敏電阻器”，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在其標(biāo)準(zhǔn)中稱為“voltage dependent resistor”，而業(yè)界和學(xué)術(shù)界更為廣泛使用的名稱為“varistor”，即由variable和resistor兩個(gè)英文單詞組合而成的組合詞，顧名思義，壓敏電阻器是一種電阻值隨著外加電壓變化而敏感變化的電阻器，它的主要用途是異常過電壓的感知、抵制和浪涌能量的吸收。

從材料組成上看，壓敏電阻是由電子級(jí)粉體材料--氧化鋅、氧化鉍、氧化銻、氧化鈷、氧化錳、氧化鎳、氧化鉻等多種氧化物全成的，其中氧化鋅的含量最高，約占90%，為主基料。

上圖為典型的壓敏電阻20D201K隨外加電壓從180V上升到420V，其電阻值從18 下降到0.42 的曲線，在這個(gè)變化過程中，外部電壓的變化只有2倍多一點(diǎn)，而電阻值則下降了近4300萬倍，這個(gè)曲線可以幫助我們直觀的感受壓敏阻器的“壓敏”特性。

壓敏電阻參數(shù)

壓敏電阻最重要的幾個(gè)參數(shù)包括：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時(shí)間等。

壓敏電壓，是指外加電壓高于某個(gè)電壓后，壓敏電阻器的電阻值迅速變小的一個(gè)拐點(diǎn)電壓。但是這一電壓測(cè)量不便，為了參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的需要，國(guó)際電工委員會(huì)人為規(guī)定了兩個(gè)測(cè)量壓敏電壓的直流參考電流為1mA和0.1mA，將在這一電流下測(cè)量所得電壓人為規(guī)定為壓敏電壓。所以嚴(yán)格來講，壓敏電阻的手冊(cè)上所標(biāo)的壓敏電壓，已經(jīng)不是壓敏電阻的“壓敏”電壓。

通流容量，即最大峰值電流值（maximum peak current），即壓敏電阻能夠承受的波形為8/20uS（業(yè)界浪涌測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)波形）的最大浪涌電流峰值。目前壓敏電阻器的手冊(cè)中通常給出兩個(gè)能量容量的參數(shù)，一個(gè)是一次8/20uS浪涌沖擊指標(biāo)，一個(gè)是兩次8/20uS浪涌沖擊指標(biāo)。

結(jié)電容，壓敏電阻在導(dǎo)通前的電阻值非常大，可視為電介質(zhì)，兩個(gè)電極間存在著納法級(jí)的電容，需要格外注意。也正是由于這個(gè)原因，壓敏電阻器少用于高頻電路和數(shù)字電路中。

響應(yīng)時(shí)間，一般意義上是指一個(gè)器件從外界觸發(fā)到器件開始動(dòng)作的時(shí)間差，但是對(duì)于壓敏電阻而言，響應(yīng)時(shí)間不是這樣定義的，這一點(diǎn)需要格外注意。在IEEE的標(biāo)準(zhǔn)中，壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間定義如上圖所示。圖中Vc是指壓敏電阻過8/20uS沖擊后的殘壓，而壓敏電阻器響應(yīng)時(shí)間是指從電壓峰值點(diǎn)t1到50%殘壓點(diǎn)的時(shí)間差。


上圖為某廠商生產(chǎn)的壓敏電阻器的datasheet，從圖中可以查到上述我們比較關(guān)心的壓敏電阻主要參數(shù)。

壓敏電阻與氣體放電管、TVS管的區(qū)別

壓敏電阻、氣體放電管、TVS管（瞬間抑制二極管）三種器件都限壓型的浪涌保護(hù)器件，都被用來在電路中用作浪涌保護(hù)，那么他們有什么之間有什么差異呢？

在反應(yīng)時(shí)間上，壓敏電阻介于TVS和氣體放電管之間，TVS管為皮秒級(jí)，壓敏電阻略慢，為納秒級(jí)；而氣體放電管最慢，通常為幾十個(gè)納秒甚至更多。

在通流容量上，壓敏電同樣介于TVS和氣體放電管之間，TVS管通常只有幾百A;而壓敏電阻按不同規(guī)格，可通過數(shù)KA到數(shù)十KA的單次8/20uS浪涌電流；而對(duì)于氣體放電管來說通常十KA級(jí)別8/20uS浪涌電流可導(dǎo)通數(shù)百次。

從原理上看，TVS管基于二極管雪崩效應(yīng)；壓敏電阻器基于氧化鋅晶粒間的勢(shì)壘作用；而氣體放電管則是基于氣體擊穿放電。

在電壓范圍方面，TVS管通常為5.5V到550V;壓敏電阻的范圍較寬，可從10V到9000V;而氣體放電管可從75V到3500V。

壓敏電阻在防雷電路中的作用

壓敏電阻經(jīng)常被用于儀器設(shè)備的電源入口處進(jìn)行防雷、防浪涌設(shè)計(jì)，在此類用途中，通常將壓敏電阻與氣體放電管、熔斷器、熱敏電阻等器件一起作用，相互結(jié)合來更好的發(fā)揮作用。

上圖為一典型的防雷抗浪涌電路結(jié)構(gòu)。RV1~RV3為壓敏電阻，GAS為氣體放電管，F(xiàn)1、F2為保險(xiǎn)管。RV1用來防護(hù)差模浪涌電壓，RV2、RV3、GAS三者相結(jié)合用來進(jìn)行共模浪涌電壓的保護(hù)。保險(xiǎn)絲用來進(jìn)行短路保護(hù)，防止壓敏電阻擊穿而發(fā)生短路。

圖中由RV2、RV3、GAS相結(jié)合而構(gòu)成的共模浪涌保護(hù)電路結(jié)合了壓敏電阻與氣體放電管的優(yōu)點(diǎn)，相互彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，是一種常用的浪涌保護(hù)電路。氣體放電管的通流容量大，在，但動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)，漏電流大，而壓敏電阻響應(yīng)速度快且漏電流小。

相關(guān)閱讀：

電路保護(hù)：Fuse or PPTC

汽車電路保護(hù)——瞬態(tài)電壓抑制器