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VARISTOR 发布时间 时间:2025/12/26 21:53:07 查看 阅读:14

压敏电阻(Varistor),全称为电压敏感电阻器,是一种具有非线性伏安特性的电子元件,其电阻值会随着外加电压的变化而显著改变。最常见的压敏电阻是基于金属氧化物材料制成的,尤其是氧化锌(ZnO)为主体的陶瓷半导体器件,被称为金属氧化物压敏电阻(MOV,Metal Oxide Varistor)。在正常工作电压下,压敏电阻呈现高阻态,几乎不导通电流;当电压超过其阈值(即压敏电压或钳位电压)时,其电阻迅速下降,变为低阻态,能够吸收大电流并将电压限制在一个安全范围内,从而保护后续电路免受瞬态过电压(如雷击、电感反冲、静电放电等)的损害。压敏电阻广泛应用于电源系统、通信设备、家用电器和工业控制等领域中的过电压保护电路中。它通常并联在被保护电路两端,在发生瞬态高压时快速响应,将多余能量以热的形式耗散。由于其响应速度快(纳秒级)、通流能力强、成本低且可靠性较高,成为最常用的过压保护元件之一。然而,压敏电阻在多次承受过电压冲击后性能会逐渐退化,最终可能失效,因此在关键应用中常配合保险丝或热脱扣装置使用,以实现更完善的保护机制。

参数

元件类型:压敏电阻(Varistor)
  主要材料:氧化锌(ZnO)陶瓷
  工作电压范围:几伏至数千伏(根据型号)
  压敏电压(V1mA):指通过1mA直流电流时测得的电压值,典型范围从18V到1400V以上
  最大钳位电压:在规定浪涌电流下的峰值电压,一般为V1mA的1.6~2.2倍
  能量吸收能力:以焦耳(J)为单位,表示可承受的瞬态能量
  浪涌电流能力:可承受标准波形(如8/20μs)的最大峰值电流,常见为几十安培至上百千安培
  响应时间:通常小于25ns
  电容值:随电压等级和尺寸变化,可在数十pF至数百nF之间
  漏电流:在额定工作电压下,通常小于50μA
  温度系数:负温度系数,高温下压敏电压略有下降
  工作温度范围:一般为-40°C 至 +85°C 或更高(部分工业级可达+125°C)
  封装形式:径向引线、贴片式(SMD)、模块式等

特性

压敏电阻的核心特性在于其高度非线性的电流-电压关系,这种特性使其能够在极短时间内对过电压事件做出反应。在低电压状态下,压敏电阻内部的晶界势垒阻止载流子大量流动,表现出极高的电阻,仅有微弱的漏电流通过,不会影响主电路的正常运行。一旦外加电压达到或超过其阈值电压(通常定义为V1mA),内部微观结构中的双肖特基势垒被击穿,电子通过隧道效应和热电子发射机制大量穿越晶界,导致电导率急剧上升,电阻值骤降,从而将过电压箝制在一个相对稳定的水平。这一过程发生在纳秒级别,远快于大多数瞬态过电压的发展速度,因此能有效抑制尖峰脉冲。
  压敏电阻的另一个重要特性是其能量吸收能力。由于其由多晶陶瓷构成,具有较大的体积和热容量,可以在短时间内吸收并耗散大量的瞬态能量,例如来自雷击感应或开关操作产生的浪涌。不同规格的压敏电阻可承受从几焦耳到上千焦耳的能量冲击,适用于不同等级的保护需求。此外,压敏电阻还具备一定的自恢复能力——在一次过压事件结束后,只要未造成永久性热损坏,它能自动恢复到高阻状态,继续提供保护功能。
  然而,压敏电阻也存在老化现象。每次经历浪涌电流都会引起局部微区的损伤,长期积累会导致漏电流增大、压敏电压漂移,甚至短路失效。为此,高端应用中常采用带失效保护机制的设计,如内置热熔断器的复合型压敏电阻。同时,压敏电阻的电容特性在高频电路中需特别注意,因其可能影响信号完整性,不适合用于高速数据线路的直接保护。总体而言,压敏电阻以其优异的非线性、高能量耐受性和经济性,在各类电力与电子系统中扮演着不可替代的角色。

应用

压敏电阻广泛应用于各种需要过电压保护的电气和电子系统中。在交流电源输入端,如开关电源、适配器、UPS不间断电源和家用电器(电视、空调、洗衣机等)中,压敏电阻常并联于火线与零线之间,以及火线/零线与地线之间,用于抑制电网中可能出现的操作过电压、雷击感应电压等瞬态干扰,防止这些高压脉冲击穿电源模块或损坏敏感IC。在工业控制系统中,压敏电阻用于保护PLC、继电器、电机驱动器等设备免受电感负载断开时产生的反电动势影响。
  在通信设备领域,虽然TVS二极管更为常见于信号线保护,但压敏电阻仍用于初级防护级(一级保护),特别是在DSL线路、电话交换机、基站电源入口等场合,作为粗保护器件来分流大能量浪涌。在新能源系统如光伏逆变器和风力发电系统中,压敏电阻用于直流侧和交流输出侧的过压保护,应对雷电和电网波动带来的风险。
  汽车电子中,尽管传统MOV因温度和振动环境限制使用较少,但在车载充电机、DC-DC转换器等大功率模块中仍有应用。此外,在防雷工程中,压敏电阻是SPD(浪涌保护器)的核心元件之一,常与其他保护器件(如气体放电管、保险丝)组合使用,形成多级保护架构,实现从室外引入线到内部电路的全面防护。总之,凡是有电源接入或存在电磁干扰风险的电子系统,压敏电阻都是一种可靠且经济的过压防护解决方案。

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