【導(dǎo)讀】壓敏電阻在電路中可以有效的抑制浪涌瞬時(shí)電壓，有效保護(hù)器件的正常工作。本文通過一些實(shí)例電路和波形分析來講解壓敏電阻的工作原理以及在燈具電子線路中是如何進(jìn)行電路保護(hù)和浪涌防護(hù)的。
壓敏電阻是有空架晶格的多晶半導(dǎo)體, 隨著所加電壓, 晶格發(fā)生變化, 其電阻值也隨著發(fā)生巨大變化的敏感器件類的電子元件, 如燒結(jié)成的SiC、ZnO2等, 其特點(diǎn)是它的內(nèi)部電阻對(duì)外加電壓非常敏感和迅速, 當(dāng)所加入的電壓在標(biāo)稱額定值內(nèi), 它的電阻幾乎無窮大, 而所加的電壓稍微高于額定值后, 電阻值迅速下降, 反應(yīng)時(shí)間為毫微秒級(jí)。
從圖1中便可反應(yīng)出壓敏電阻的伏安特性曲線來, 基本特性如一對(duì)性能相同的同極性串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管。
圖1
此外在進(jìn)行半導(dǎo)體零部件抑制浪涌電壓、斬波、限幅、保護(hù)的同時(shí), 還要求能防止因干擾而引起的執(zhí)行元器件的誤動(dòng)作, 要求壓敏電阻還附有電容器儲(chǔ)存電荷的功能。因此, T iO2、S aT iO3 ( 鈦酸鍶) 等容性的壓敏電阻, 越來越多的運(yùn)用在電子線路中。
圖2可以看出壓敏電阻所起的實(shí)際作用, 在國家標(biāo)準(zhǔn)《管形熒光燈用交流電子鎮(zhèn)流器性能要求》GB/T15144-94中第5. 12條, 瞬時(shí)過電壓( 4. 12) 試驗(yàn): 電源中的瞬時(shí)過電壓如表所示。
圖2
圖3表示電源瞬時(shí)過電壓的波形圖。
圖3
[page]根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求選擇好適當(dāng)?shù)膲好綦娮? 運(yùn)用在電子鎮(zhèn)流器線路中, 便可有效抑制浪涌瞬時(shí)過電壓, 吸收過電壓尖脈沖對(duì)電子鎮(zhèn)流器的沖擊破壞, 有效保護(hù)電子鎮(zhèn)流器的正常穩(wěn)定工作, 這便是壓敏電阻在供電電網(wǎng)由于疊加有過電壓脈沖或受雷擊時(shí), 接有壓敏電阻后波形被削平, 限制在一定的額定幅度內(nèi)。
圖4中在開啟或關(guān)閉帶有感性, 容性的負(fù)載電路時(shí), 直流波形出現(xiàn)開關(guān)尖脈沖, 壓敏電阻將吸收這種反電動(dòng)勢, 有效地保護(hù)開關(guān)電路、變電壓。
圖4
壓敏電阻的各種技術(shù)參數(shù)很多, 在此討論最主要的技術(shù)參數(shù), 即標(biāo)稱電壓和耐浪涌電流值。
壓敏電阻的標(biāo)稱值電壓是指在允許變化溫度的范圍內(nèi), 壓敏電阻的兩端施加的電壓, 是壓敏電阻的阻值變化最敏感電壓點(diǎn)。
圖1中坐標(biāo)X 軸上所指的位置, 按壓敏電阻的檢測要求, 流過壓敏電阻的電流為1mA所得出的標(biāo)稱值, 電壓為V。在此必須明確指出: 壓敏電阻的標(biāo)稱電壓是峰值或直流電壓值, 用萬用電表所檢測的交流電壓是有效值, 應(yīng)用下式來選擇壓敏電阻的標(biāo)稱值:
B=U 2B為壓敏電阻標(biāo)稱值; U為電路中所實(shí)際使用的電壓; 2為系數(shù)。
耐浪涌電流是指在電路中由于各種原因如電源電壓忽然升高、雷擊、相線的變化反電動(dòng)勢的沖擊所產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓或電流超過正常值的幾倍乃至幾十倍, 而所超過的時(shí)間又是短暫的, 屬微秒量級(jí)的, 稱之為浪涌電壓和浪涌電流。
壓敏電阻能承受浪涌的最大量為耐浪涌電流, 單位為A。按壓敏電阻的檢測要求, 其試驗(yàn)檢測條件是在浪涌電流8/ 20??s, 沖擊兩次為基準(zhǔn)。壓敏電阻耐沖擊電流均在100A以上, 在電光源產(chǎn)品的電路中已滿足使用要求。
壓敏電阻與其它過壓保護(hù)器在同樣條件的線路中比較, 具有明顯優(yōu)勢, 壓敏電阻具有耐浪涌電流大,非線性質(zhì)數(shù)大, 抑制過壓能力強(qiáng), 電壓響應(yīng)快, 漏電流小, 特性曲線對(duì)稱, 溫度特性好, 使用電壓范圍大, 可用在交流直流電路中, 體積小, 可靠性高, 價(jià)格低, 在電光源線路中作防雷擊、過壓保護(hù)、穩(wěn)壓、斬波、限幅、減弧、吸收反電動(dòng)勢電能, 取代隔離變壓器等。
壓敏電阻在具體的線路中雖位置不同, 但都可以進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)使用。在線路中并聯(lián)使用將增加耐浪涌電流的安培數(shù), 要指出的是要求并聯(lián)的壓敏電阻器標(biāo)稱電壓基本一致。
在線路中串聯(lián)使用將提高使用的標(biāo)稱電壓值, 串聯(lián)使用的壓敏電阻為幾個(gè)相加的和為串聯(lián)后的實(shí)際標(biāo)稱值。
壓敏電阻在照明燈具實(shí)際使用線路中, 要選擇好標(biāo)稱電壓值, 如選擇不當(dāng), 不但不能起到保護(hù)作用, 反而會(huì)造成對(duì)照明燈具的破壞。一般電路中可掌握在1. 4～2倍標(biāo)稱值, 特別要注意交流有效值與峰值的換算關(guān)系。
雖然實(shí)際運(yùn)用中選擇標(biāo)稱電壓越低越好, 但太低時(shí), 在正常工作電壓下, 流過壓敏電阻的電流也大, 便帶來壓敏電阻自身損耗而發(fā)熱, 一但發(fā)生過電壓時(shí),流過壓敏電阻的電流會(huì)更大, 以致造成燒毀。對(duì)某些照明燈具線路有意選擇低電壓差來保護(hù)電路的場合,壓敏電阻應(yīng)安裝在易散熱和易更換的位置。
如圖5所示, 照明過壓保護(hù)電路壓敏電阻接在市電經(jīng)保險(xiǎn)絲后的回路上, 其額定工作電壓選擇在照明燈具的安全使用電壓范圍內(nèi)。計(jì)算公式:
B = U × 2 × ( 1. 4 ～ 2) 。
當(dāng)使用電壓超過壓敏電阻標(biāo)稱值電壓時(shí), 在毫微秒的時(shí)間內(nèi), 壓敏電阻的阻值急劇下降, 流過壓敏電阻的電流急劇增加, 保險(xiǎn)絲熔斷, 使照明燈具線路斷電而得到保護(hù), 同時(shí)并聯(lián)在保險(xiǎn)絲兩端的氖燈點(diǎn)亮,發(fā)出保險(xiǎn)絲已熔斷的警告。
圖5
圖6中在特殊條件下使用的照明燈具, 要求極為嚴(yán)格, 采用了隔離變壓器, 這時(shí)壓敏電阻應(yīng)在隔離變壓器的初級(jí), 次級(jí)線圈繞組兩端同時(shí)使用壓敏電阻器, 它能吸收抑制來自輸入電壓的浪涌, 過壓雷擊或開關(guān)引起的電火花干擾等。
圖6
圖7中在單向可控硅、雙向可控硅、整流二極管兩端, 可并聯(lián)壓敏電阻, 來防止電路中的過電壓,保護(hù)由于所控制的感性負(fù)載產(chǎn)生的反峰壓和雷擊破壞元器件, 值得提出的是明顯的減少可控硅在調(diào)壓時(shí)輸出波形畸變引起的噪聲。
圖7
[page]圖8中壓敏電阻并在開關(guān)觸點(diǎn)回路或被控制帶有感抗、容抗的負(fù)載, 防止電弧火花放電保護(hù)開關(guān)觸點(diǎn),延長使用壽命。
圖8
圖9中在繼電器、電磁鐵、磁力開關(guān)、電磁閥門的線圈兩端并接壓敏電阻, 能吸收線圈兩端存貯的能量, 延長線圈使用壽命, 防止頻繁開關(guān)產(chǎn)生噪音的輻射。
圖9
在圖10線路中壓敏電阻并聯(lián)在橋式整流的輸入端、輸出端, 防止和保護(hù)由輸入的交流電過電壓、反電動(dòng)式的過電壓、雷擊; 開、關(guān)產(chǎn)生的過電壓, 使整流元件不受過電壓的損傷, 減少開機(jī)的噪聲。
圖10
圖11在晶體管電路中, 三極管的e 極和b 極間, c級(jí)與b 級(jí)間帶有感性的負(fù)載兩端, 都可以并聯(lián)壓敏電阻; e 極與c 極接上壓敏電阻器, 能防止輸入過電壓雷擊損壞晶體管。當(dāng)所控制的負(fù)載屬感性的變壓器、鎮(zhèn)流器、電感、逆變器等, 在c 級(jí)與b 極間或者在負(fù)載線圈兩端并接壓敏電阻, 能有效地抑制電壓對(duì)晶體管的損傷。當(dāng)電路正常工作時(shí), 壓敏電阻處于高阻抗?fàn)顟B(tài), 而電路中產(chǎn)生過電壓時(shí), 壓敏電阻在毫微秒內(nèi)導(dǎo)通, 限制過電壓的幅度, 使晶體管免受損壞。
圖11
由于壓敏電阻本身特性, 在內(nèi)部存在固有的電容量, 如果晶體管在高頻電路中工作, 應(yīng)在壓敏電阻上串一只電感線圈, 以防止高頻信號(hào)被壓敏電阻的固有電容吸收, 通常壓敏電阻的固有電容量約在100～300PF 之間, 所以不能直接使用在高頻電路中。
隨著電子工業(yè)的發(fā)展, 壓敏電阻將被越來越廣泛使用, 在電光源這一領(lǐng)域中也同樣會(huì)得到推廣。
