壓敏電阻、放電管、穩(wěn)壓管、TVS的工作原理

壓敏電阻的主要特點是工作電壓范圍寬（6～3000V，分若干檔），對過壓脈沖響應(yīng)快（納秒級），耐沖擊電流的能力強（100～2000A），漏電流?。ㄎ布墸?，電阻溫度系數(shù)小，性優(yōu)價廉，體積小，是一種理想的保護元件，可以構(gòu)成過壓保護電路、消噪電路、消火花電路、吸收回路。在供電網(wǎng)絡(luò)疊加有過電壓脈沖時，接壓敏電阻后，過電壓峰值波形削平，限制在一定的幅度內(nèi)。在開啟或關(guān)閉帶有感性、容性的負載電路時，直流波形出現(xiàn)開關(guān)尖脈沖，壓敏電阻在電路中能吸收這種反電功勢，從而有效的保護開關(guān)電路不受損害。

常用的壓敏電阻有碳化硅壓敏電阻和氧化鋅壓敏電阻，其中氧化鋅壓敏電阻應(yīng)用更為廣泛，它是以氧化鋅為主要原料，添加多種微量金屬氧化物，經(jīng)混合成型、燒結(jié)裝配而成的一種新型理想的過壓保護器件，它的導(dǎo)電值隨施加電壓的改變而呈非線性變化，人們稱它為壓敏電阻或浪涌吸收器。

標(biāo)稱電壓或壓敏電壓U1mA：在直流電壓條件下，壓敏電阻流過規(guī)定的電流時，壓敏電阻的端電壓稱為壓敏電阻的壓敏電壓。

測試電流I1mA：與壓敏電壓相對應(yīng)的電流稱為測試電流，通常測試電流規(guī)定為直流1mA。

電壓比：壓敏電阻流過規(guī)定大小的電流時產(chǎn)生的直流壓降與壓敏電壓的比值稱為電壓比。

電壓變化率：壓敏電阻在沖擊試驗前后，壓敏電壓相對變化的百分比稱為電壓變化率。公式如下：

電壓變化率=(U1-U2)*100%

漏電流（μA）：當(dāng)元件兩端電壓等于規(guī)定電流下兩端電壓的75%時，壓敏電阻上所通過的直流電流稱為漏電流。

額定功率P：在規(guī)定的環(huán)境溫度下壓敏電阻的負荷功率稱為額定功率。

壓敏電阻不是一般意義上的電阻。它是由用絕緣膜隔離金屬氧化物（如氧化鋅）顆粒構(gòu)成的，國外稱為MOV（Metal Oxide Varistor），在低電壓下具有很大電阻,很小的漏電流；當(dāng)加高電壓時，壓敏電阻中絕緣膜變成導(dǎo)體，電壓稍微增加，電流急劇增大，類似于穩(wěn)壓管擊穿特性，可以承受很大的瞬時功率。

放電管（Gas Tube）是防雷保護設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種開關(guān)器件，無論是交直流電源的防雷還是各種信號電路的防雷，都可以用它來將雷電流泄放入大地。其主要特點是：放電電流大，極間電容?。ā?pF），絕緣電阻高（≥109Ω），擊穿電壓分散性較大（±20%），反應(yīng)速度較慢（最快為0.1～0.2μs）。按電極數(shù)分，有二極放電管和三極放電管（相當(dāng)于兩個二極放電管串聯(lián)）兩種。其外形為圓柱形,有帶引線和不帶引線兩種結(jié)構(gòu)形式（有的還帶有過熱時短路的保護卡）。

工作原理：

氣體放電管由封裝在充滿惰性氣體的陶瓷管中相隔一定距離的兩個電極組成。其電氣性能基本上取決于氣體種類、氣體壓力以及電極距離，中間所充的氣體主要是氖或氬, 并保持一定壓力,電極表面涂以發(fā)射劑以減少電子發(fā)射能。這些措施使得動作電壓可以調(diào)整(一般是70伏到幾千伏)，而且可以保持在一個確定的誤差范圍內(nèi)。當(dāng)其兩端電壓低于放電電壓時，氣體放電管是一個絕緣體(電阻Rohm>100MΩ)。當(dāng)其兩端電壓升高到大于放電電壓時，產(chǎn)生弧光放電，氣體電離放電后由高阻抗轉(zhuǎn)為低阻抗, 使其兩端電壓迅速降低，大約降幾十伏。氣體放電管受到瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10-6秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，通過高達數(shù)十千安的浪涌電流。

特性曲線：

Vs導(dǎo)通電壓，Vg輝光電壓，Vf弧光電壓，Va熄弧電壓

特點：

優(yōu)點：①擊穿（導(dǎo)通）前相當(dāng)于開路，電阻很大，沒有漏電流或漏電流很??；②擊穿（導(dǎo)通）后相當(dāng)于短路，可通過很大的電流，壓降很小；③脈沖通流容量（峰值電流）很大；2.5kA~100kA；④具有雙向?qū)ΨQ特性。⑤電容值很小，小于3pF。

缺點：①由于氣體電離需要一定的時間，所以響應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時間一般為0.2～0.3μs(200～300ns)，最快也有0.1μs(100ns)左右，在它未導(dǎo)通前，會有一個幅度較大的尖脈沖漏過去，而起不到保護作用。②擊穿電壓一致性較差，分散性較大，一般為±20%。③擊穿電壓只有幾個特定值。

選型及其應(yīng)用：

①在快速脈沖沖擊下，陶瓷氣體放電管氣體電離需要一定的時間（一般為0.2～0.3μs，最快的也有0.1μs左右），因而有一個幅度較高的尖脈沖會泄漏到后面去。若要抑制這個尖脈沖，有以下幾種方法：a、在放電管上并聯(lián)電容器或壓敏電阻；b、在放電管后串聯(lián)電感或留一段長度適當(dāng)?shù)膫鬏斁€，使尖脈沖衰減到較低的電平；c、采用兩級保護電路，以放電管作為第一級，以TVS管或半導(dǎo)體過壓保護器作為第二級，兩級之間用電阻、電感或自恢復(fù)保險絲隔離。

②直流擊穿電壓Vsdc的選擇：直流擊穿電壓Vsdc的最小值應(yīng)大于可能出現(xiàn)的最高電源峰值電壓或最高信號電壓的1.2倍以上。

③沖擊放電電流的選擇：要根據(jù)線路上可能出現(xiàn)的最大浪涌電流或需要防護的最大浪涌電流選擇。放電管沖擊放電電流應(yīng)按標(biāo)稱沖擊放電電流（或單次沖擊放電電流的一半）來計算

④陶瓷氣體放電管因擊穿電壓誤差較大，一般不作并聯(lián)使用。

⑤續(xù)流問題：為了使放電管在沖擊擊穿后能正常熄弧，在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方（如有源電路中），可以在放電管上串聯(lián)壓敏電阻或自恢復(fù)保險絲等限制續(xù)流，使它小于放電管的維持電流。

壓敏電阻和氣體放電管是兩種常見的電路保護元件：

1、氣體放電管只能放在N和PE之間，因為氣體放電管的導(dǎo)通延時長和導(dǎo)通后需要續(xù)流，使電路容易短路。所以不能用在三相之間。

2、壓敏電阻是限壓型元器件，放電管是開關(guān)型元器件；

反應(yīng)時間都是納秒級的放電管比壓敏電阻慢一點；

壓敏電阻反應(yīng)時間是≤25NS 放電管是≤100NS；

壓敏電阻的性能存在一個衰減的問題，而放電管不存在。

3、各有優(yōu)缺點：壓敏電阻主要用于電源系統(tǒng)的防雷，氣體放電管主要用于信號線路如數(shù)據(jù)線、電話、有線電視、衛(wèi)星通信等的防雷。

4、只在零線上接放電管不能防雷。但零線上能接放電管，而火線上則不行，這是因為正常情況下零線沒電壓，火線有。

5、壓敏電阻串氣體放電管，兩個的響應(yīng)特性互補,組合使用效果最佳,具體來講,氣體放電管是硬響應(yīng)特性的放電元件,漏電流小,但是殘壓較高,反應(yīng)時間慢(≤100ns), 動作電壓精度較低,而壓敏電阻是軟響應(yīng)特性的放電元件,殘壓較低,反應(yīng)時間較快(≤25ns),但是漏電流較大,所以兩個是“最佳拍檔”.

6、由于壓敏電阻（MOV）具有較大的寄生電容，用在交流電源系統(tǒng)，會產(chǎn)生可觀的泄漏電流，性能較差的壓敏電阻使用一段時間后，因泄漏電流變大可能會發(fā)熱自爆。為解決這一問題在壓敏電阻之間串入氣體放電管。壓敏電阻與氣體放電管串聯(lián)，在這個支路中，氣體放電管將起一個開關(guān)作用，沒有暫態(tài)電壓時，它能將壓敏電阻與系統(tǒng)隔開，使壓敏電阻幾乎無泄漏電流。

答：氣體放電管有續(xù)流，但不容易失效。另耐沖擊電流能力強。壓敏電阻的主要特性是限壓，氣體放電管的主要特性是泄流，各用其長處！

總而言之：

相間為差模防護，主要防護高壓，使用壓敏電阻；

相對地共模防護，主要為泄流，所以使用放電管；

這個口訣如果不懂，歡迎在后臺和我討論哦！

穩(wěn)壓二極管工作原理：通常，二極管都是正向?qū)ǎ聪蚪刂?，單向?qū)ㄐ?不過，加在二極管上的反向電壓如果超過二極管的承受能力，二極管就要擊穿損毀。但是有一種二極管，它的正向特性與普通二極管相同，而反向特性卻比較特殊;當(dāng)反向電壓加到一定程度時，雖然管子呈現(xiàn)擊穿狀態(tài)，通過較大電流，卻不損毀，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好;只要管子處在擊穿狀態(tài)，盡管流過管子的電在變化很大，而管子兩端的電壓卻變化極小起到穩(wěn)壓作用。這種特殊的二極管叫穩(wěn)壓二極管。

穩(wěn)壓管為什么要反接：因為穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線的正向特性和普通二極管差不多，反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值時，反向電流驟然增大，稱為擊穿，在這一臨界擊穿點上，反向電阻驟然降至很小值。盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。換句話說：穩(wěn)壓管是利用二極管反向截止的特性的，如果正接不是相當(dāng)與直接導(dǎo)通短路了嗎？

瞬態(tài)抑制二極管-簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護器件，利用P-N結(jié)的反向擊穿工作原理，將靜電的高壓脈沖導(dǎo)入地，從而保護了電器內(nèi)部對靜電敏感的元件。

以TVS二極管為例：當(dāng)瞬時電壓超過電路正常工作電壓后，TVS二極管便發(fā)生雪崩，提供給瞬時電流一個超低電阻通路，其結(jié)果是瞬時電流通過二極管被引開，避開被保護器件，并且在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護回路一直保持截止電壓。

當(dāng)瞬時脈沖結(jié)束以后，TVS二極管自動恢復(fù)高阻狀態(tài)，整個回路進入正常電壓。TVS管的失效模式主要是短路，但當(dāng)通過的過電流太大時，也可能造成TVS管被炸裂而開路。

審核編輯：湯梓紅