壓敏電阻及其選型

為了確保電路可靠的工作，在設(shè)計(jì)過程的早期階段就應(yīng)考慮到瞬態(tài)電壓的抑制。這可能是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，因?yàn)?a target="_blank">電子元件對(duì)雜散的電氣瞬變?cè)絹碓矫舾?。設(shè)計(jì)人員必須定義瞬變的類型，并在滿足產(chǎn)品規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)確定具體應(yīng)用。

電壓瞬變被定義為電能的短時(shí)激增，是先前儲(chǔ)存的或由其他方式（如重型感應(yīng)負(fù)載或雷擊）引起的能量突然釋放的結(jié)果。在電氣或電子電路中，這種能量可以通過可控的開關(guān)以可預(yù)測(cè)的方式釋放，或者從外部源隨機(jī)感應(yīng)到電路中。

可重復(fù)的瞬變通常是由電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)的運(yùn)行或無功電路元件的切換引起的。而隨機(jī)瞬變通常是由閃電（圖1）和靜電放電（ESD）（圖2）引起的。閃電和靜電放電通常是不可預(yù)測(cè)的，可能需要詳細(xì)的監(jiān)控和精確測(cè)量，尤其是對(duì)板級(jí)的感應(yīng)。許多電子標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)使用公認(rèn)的監(jiān)測(cè)或測(cè)試方法來分析瞬態(tài)電壓。瞬態(tài)電壓的關(guān)鍵特性如表1所示。

瞬態(tài)電壓脈沖通常顯示“雙指數(shù)波形，如圖1所示，為閃電脈沖波形。圖2為ESD脈沖波形。閃電的指數(shù)上升時(shí)間范圍為1.2μs至10μs（基本上為10%至90%），以及持續(xù)時(shí)間在50微秒到1000微秒的范圍內(nèi)（峰值的50%）。對(duì)比來說，靜電放電的持續(xù)時(shí)間要短得多，上升時(shí)間小于1ns，總持續(xù)時(shí)間約為100ns。

為什么越來越關(guān)注瞬態(tài)脈沖？元器件的小型化導(dǎo)致對(duì)電應(yīng)力的敏感度增加。比如，微處理器的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部導(dǎo)電回路就不能耐受ESD瞬變產(chǎn)生的高電流。這類的元器件供電電壓很低，所以要控制電壓的波動(dòng)，防止器件中斷運(yùn)行和產(chǎn)生潛在的或?yàn)?zāi)難性的故障。像微處理器這樣的敏感器件的使用以指數(shù)的速率增加。應(yīng)用從家用設(shè)備如洗碗機(jī)到工業(yè)控制甚至玩具。微處理器的使用增加了功能和效率。

汽車采用了大量的電子系統(tǒng)來控制引擎，空調(diào)，剎車，轉(zhuǎn)向等。汽車使用了很多能產(chǎn)生瞬態(tài)脈沖的模塊（如電動(dòng)機(jī)），不僅自然環(huán)境，設(shè)備或應(yīng)用也有可能是瞬變脈沖源?；诖嗽?，正確的使用過壓保護(hù)技術(shù)將大大增加終端應(yīng)用的可靠性和安全性。下表顯示了各元器件的工藝及瞬變電壓耐受范圍。

靜電放電的特點(diǎn)是上升時(shí)間很短，峰值電壓和峰值電流很大。這是由于正負(fù)電荷的不均衡導(dǎo)致的。下面是一些靜電放電電壓的示例，取決于相對(duì)濕度：

參考表2，可以看到日?；顒?dòng)產(chǎn)生的靜電放電遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過半導(dǎo)體的耐壓閾值。圖2顯示了IEC 61000-4-2試驗(yàn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)ESD波形。

感性負(fù)載的切換會(huì)產(chǎn)生高能瞬態(tài)脈沖，負(fù)載越重，脈沖的幅值就越大。當(dāng)感性負(fù)載被斷開的時(shí)候，儲(chǔ)存的磁場(chǎng)會(huì)被轉(zhuǎn)換為電能，瞬態(tài)脈沖為雙指數(shù)曲線。瞬態(tài)脈沖的峰值可以達(dá)到幾百伏電壓和幾百安培電流，持續(xù)時(shí)間可達(dá)400ms，取決于產(chǎn)生瞬變脈沖的源。

典型的感性瞬態(tài)脈沖源為發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，繼電器和變壓器。

在電氣電子系統(tǒng)里，這些例子很常見?；诰唧w的應(yīng)用，負(fù)載的尺寸會(huì)有所不同?，F(xiàn)實(shí)世界的脈沖包含脈沖形狀，持續(xù)時(shí)間，峰值電流和峰值電壓等參數(shù)。一旦這些參數(shù)被確定，就可以選擇合適的脈沖抑制技術(shù)。

圖中的曲線所表示的瞬態(tài)脈沖是由汽車中的交流發(fā)電機(jī)導(dǎo)致的。汽車中的直流電動(dòng)機(jī)也會(huì)導(dǎo)致類似的瞬態(tài)脈沖。比如類似電動(dòng)鎖，電動(dòng)座椅和電動(dòng)車窗等直流電機(jī)應(yīng)用設(shè)備。類似于外部環(huán)境所產(chǎn)生的有害瞬變脈沖，直流電機(jī)也會(huì)產(chǎn)生對(duì)敏感器件有害的瞬變脈沖。

雷電感應(yīng)瞬態(tài)脈沖。直接的雷擊肯定是具有破壞性的，但雷電導(dǎo)致的瞬態(tài)脈沖卻并非直接的雷擊造成的。當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并在附近電纜感應(yīng)出瞬態(tài)的高峰值脈沖。

如下圖所示，云間的雷擊不僅影響高空的線纜，而且干擾埋在地下的線纜。1英里（1.6km）遠(yuǎn)的雷擊可以使線纜產(chǎn)生70V的瞬態(tài)脈沖。

下圖為云到地間的脈沖，影響更加嚴(yán)重。

下圖為典型的雷電干擾所導(dǎo)致的瞬態(tài)脈沖波形。

壓敏電阻是基于電壓的，非線性元器件。其電特性類似于背靠背的穩(wěn)壓二極管。主要由氧化鋅和少量的其它金屬氧化物構(gòu)成，比如鉍、鈷等。金屬氧化物壓敏電阻或者“MOV”是在制造過程中燒結(jié)到陶瓷半導(dǎo)體，導(dǎo)致晶體微結(jié)構(gòu)允許消散高水平的瞬態(tài)能量。因此，MOV通常用于抑制閃電以及在工業(yè)或交流線路應(yīng)用。此外，MOV用于直流電低壓電源、汽車等電路應(yīng)用。他們的制造工藝允許其有不同的形狀，但有引腳的圓盤形狀是最常見的。

多層壓敏電阻或“MLV”是由氧化鋅構(gòu)成的，這類似于標(biāo)準(zhǔn)的“MOV”。然而，它們有一層與金屬電極交織連接，為無引腳封裝。如同MOV，當(dāng)遭受高于額定值的電壓時(shí)，MLV就會(huì)由高阻態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通態(tài)。MLV具有多種尺寸外形，能承受較大的浪涌電流。因此，可以用于數(shù)據(jù)線和電源浪涌抑制。

下面有關(guān)于壓敏電阻的參數(shù)，設(shè)計(jì)者應(yīng)好好理解，以便對(duì)于給定應(yīng)用，能夠選擇合適的元器件。

壓敏電阻本體結(jié)構(gòu)是由導(dǎo)電的氧化鋅顆粒矩陣構(gòu)成，并由顆粒邊界隔開，以提供PN接半導(dǎo)體特性。這些邊界就是低壓時(shí)不導(dǎo)通，高壓時(shí)導(dǎo)通的原因。

上圖所示的對(duì)稱、尖銳的擊穿特性，使壓敏電阻能夠提供出色的瞬態(tài)抑制性能。當(dāng)有高的瞬態(tài)電壓存在時(shí)，壓敏電阻的阻抗會(huì)急劇降低，使得從幾近開路的狀態(tài)變到了幾近短路的狀態(tài)，從而將瞬態(tài)電壓鉗位到一個(gè)安全水平。壓敏電阻吸收了輸入的瞬態(tài)脈沖的潛在的破壞能量，從而保護(hù)了脆弱的電路元件。

電氣導(dǎo)通的同時(shí)，能量會(huì)被壓敏電阻統(tǒng)一的，均勻的吸收。電氣特性主要由壓敏電阻的物理尺寸決定。能量等級(jí)由體積、電壓額定值（按厚度或電流路徑的長度）和電流容量（按正常測(cè)量面積和電流流向）。

MOV設(shè)計(jì)用于保護(hù)敏感電路免受外部瞬變（閃電）和內(nèi)部瞬變（感性負(fù)載切換、繼電器切換和電容器放電）以及在工業(yè)交流線路應(yīng)用中的高峰值瞬變或汽車直流線路應(yīng)用中的低峰值瞬變的危害。幅值范圍為20A至500A，峰值能量額定值為0.05J-2.5J。

MOV的一個(gè)吸引人的特性是電氣特性與裝置的本體有關(guān)。每個(gè)氧化鋅陶瓷的晶粒在晶界處起著半導(dǎo)體結(jié)的作用。材料的橫截面如下圖所示，這顯示了陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)。壓敏電阻是通過向陶瓷部分燒結(jié)氧化鋅粉末，使其成型。氧化鋅基粉末制成陶瓷零件后用厚膜的銀或電弧/火焰進(jìn)行電鍍并噴涂金屬。

氧化鋅晶界清晰可見。非線性的電氣特性發(fā)生在各氧化鋅半導(dǎo)體顆粒的邊界。壓敏電阻可以被認(rèn)為是由多個(gè)晶界的串聯(lián)和并聯(lián)構(gòu)成?？梢酝ㄟ^分析陶瓷結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)來分析器件的特性。平均粒徑和粒徑分布在電氣行為中起重要作用。

大部分壓敏電阻的觸點(diǎn)由氧化鋅晶粒構(gòu)成，其平均尺寸為d，如下圖所示，其電阻率為<0.3 Ω–cm。

設(shè)計(jì)一個(gè)給定額定電壓的壓敏電阻，基本上就是選擇器件的厚度，即串聯(lián)在電極間的晶粒的數(shù)量(n)。實(shí)際上，壓敏電阻的材料以電壓梯度為特征，即在整個(gè)厚度范圍內(nèi)為Volts/mm?？赏ㄟ^控制組成成分和制造條件使梯度值保持固定。實(shí)際可達(dá)到的厚度范圍是有限的，并且需要有多個(gè)電壓梯度。通過改變金屬氧化物構(gòu)成就可以改變粒徑“d”并達(dá)到預(yù)期結(jié)果。

氧化鋅壓敏電阻的一個(gè)基本特性是跨單個(gè)“結(jié)”的電壓降幾乎是恒定的。通過對(duì)壓敏電阻的成分變化和加工條件的觀察，得知每個(gè)晶界的恒定的電壓降約為2V-3V。此外，此電壓降不隨晶粒的尺寸不同而改變。因此，壓敏電阻的電壓將由材料厚度和氧化鋅顆粒的大小決定。這種關(guān)系可以簡單地表示為：

其中，d為平均粒徑，D為壓敏電阻厚度，n為晶粒數(shù)量，VN為壓敏電阻轉(zhuǎn)變電壓。同時(shí)，

轉(zhuǎn)變電壓被定義為在V-I特性曲線上，電壓從底部線性區(qū)域到頂部非線性區(qū)域的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。為了用于標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量，定義為1mA的電流對(duì)應(yīng)的電壓值。下面是壓敏電阻一些典型的值（摘自力特）。

由于金屬氧化物半導(dǎo)體壓敏電阻的多晶特性，該器件的物理操作是

比傳統(tǒng)半導(dǎo)體更復(fù)雜。大量的測(cè)量已經(jīng)確定了該裝置的許多電氣特性，而且許多工作還仍在繼續(xù)，以更好地定義對(duì)壓敏電阻的操作。但是從用戶的觀點(diǎn)來看，器件結(jié)構(gòu)不如與之相關(guān)的電氣特性那么重要。

理解金屬氧化物壓敏電阻運(yùn)行的關(guān)鍵在于了解氧化鋅晶界附近發(fā)生的電子現(xiàn)象。早期的一些理論認(rèn)為在晶界的絕緣第二相態(tài)產(chǎn)生了隧道效應(yīng)，壓敏電阻的運(yùn)行可以較好的描述為半導(dǎo)體二極管的串并聯(lián)。在這個(gè)模型中，晶界包含缺陷態(tài)，該缺陷態(tài)從n型半導(dǎo)體氧化鋅顆粒中捕獲自由電子，形成氧化鋅晶界空間附近區(qū)域的電荷耗盡層。

下面為壓敏電阻耗盡層的圖示。曲線表示了每個(gè)邊界的電容值的倒數(shù)的平方與每個(gè)邊界施加電壓的關(guān)系。載流子濃度N被確定為約2 x 10^17/cm^3。另外，耗盡層的寬度大約是1000埃單位(Angstrom units)，單節(jié)點(diǎn)研究也支持二極管模型。

正是這些耗盡層阻止了載流子的自由流動(dòng)并表現(xiàn)出下面曲線所示漏電流區(qū)域的低壓絕緣行為。漏電流是由25℃熱激活的載流子自由流過較低的勢(shì)壘（應(yīng)該是正向電流）產(chǎn)生的。關(guān)于突變PN節(jié)二極管，二者關(guān)系是：

下圖為氧化鋅晶節(jié)能帶圖。左邊施加的為正向偏壓VL，右邊施加的為反向偏壓VR。耗盡層寬度為XL和XR，各自的勢(shì)壘高度為fL和fR。零偏壓勢(shì)壘高度為fO。當(dāng)電壓偏差增大時(shí)，fL減小，fR增大，勢(shì)壘降低，且導(dǎo)電性增加。

對(duì)于低壓壓敏電阻，改變施加的電壓，同時(shí)測(cè)其勢(shì)壘高度fL，如下圖所示。施加高電壓時(shí)所表現(xiàn)的勢(shì)壘的迅速下降表明了非線性傳導(dǎo)的開始。

非線性區(qū)域的傳輸機(jī)制復(fù)雜，仍需積極研究。大多數(shù)理論的靈感都來自半導(dǎo)體傳輸理論，本文從略。

下圖為壓敏電阻的制作流程（摘自力特）。起始材料里施加的氧化物成份不同，產(chǎn)品的耐壓則不同。

器件特性在壓制時(shí)確定。將粉末壓制成預(yù)定厚度的形式，以獲得所需的額定電壓值。通過改變電極面積和器件質(zhì)量以獲得所需的額定峰值電流和可耐受能量值。下表列出了圓盤的直徑范圍（摘自力特，下同）：

當(dāng)然，其他形狀，如矩形，也只需更換沖模即可實(shí)現(xiàn)。其他類型的陶瓷制造技術(shù)可以用來制造不同的形狀。例如，桿或管是通過擠壓和切割成一定長度制成的。成型后，綠色（即未著色）零件放在窯中，在超過1200℃的高溫度下燒結(jié)。超過825℃時(shí)，B ismuth氧化物被熔化。并初步使多晶陶瓷致密化。在較高的溫度下，晶粒會(huì)生長，形成一種可控制的晶粒尺寸結(jié)構(gòu)。

對(duì)于徑向引腳和芯片器件，通過在陶瓷表面涂上厚膜銀色的Fred。然后將導(dǎo)線或帶式端子焊接到正確的位置。導(dǎo)電環(huán)氧樹脂用于將導(dǎo)線連接到徑向3毫米的圓盤。對(duì)于較大的工業(yè)用元器件（直徑為40 mm和60 mm的圓盤），接觸材料采用電弧噴涂鋁，如有必要，可過噴涂銅以提供可焊接表面。

各種壓敏電阻的封裝在組裝過程使用了大量的封鑄技術(shù)。大多的徑向引腳和一些工業(yè)器件（HA系列）在流化床上被涂上環(huán)氧樹脂，對(duì)于軸向元器件則是旋轉(zhuǎn)著噴涂。

徑向引腳封裝采用濕法工藝，也可使用酚醛涂層。PA系列的封裝則是在20mm圓盤范圍內(nèi)采用塑膜封裝。RA，DA和DB的器件是相似的，由圓片和芯片構(gòu)成，帶有標(biāo)識(shí)或引線，包封在環(huán)氧樹脂覆蓋的塑封外殼中。不同的封裝類型具有不同的能量等級(jí)和安裝方式。

下面幾幅圖顯示了壓敏電阻封裝的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

如下圖的大電流上升區(qū)域（紅線標(biāo)注），V-I的行為接近歐姆特性。極限電阻值取決于半導(dǎo)體氧化鋅晶粒的電氣導(dǎo)電性。其載流子的濃度為10^17到10^18每cm^3，這使得ZnO的電阻率低于0.3Ωcm。

為了顯示寬范圍的V-I曲線，可以使用log-log形式。log格式更加清晰，更能表現(xiàn)非線性的部分，如上圖所示。這個(gè)圖比通常在壓敏電阻數(shù)據(jù)表上提供的電流范圍更廣，以說明三個(gè)不同的區(qū)域。

壓敏電阻的電路等效模型如下圖所示：

在低電流水平下，V-I曲線接近線性（歐姆）關(guān)系并具有顯著的溫度依賴性。此時(shí)壓敏電阻顯示為高電阻（10^19），為開路。非線性電阻元件（Rx）可以忽略，以（ROFF）為主（由于二者的并聯(lián)關(guān)系）。另外，RON與ROFF相比，可忽略。故此時(shí)的等效電路如下圖。

對(duì)于一個(gè)給定的壓敏電阻器件，電容在較寬的電壓和頻率范圍內(nèi)保持近似恒定。當(dāng)在壓敏電阻上施加電壓時(shí)，電容僅下降一點(diǎn)點(diǎn)。當(dāng)電壓接近壓敏電阻的額定電壓時(shí)，電容會(huì)減小。當(dāng)頻率變化達(dá)到100kHz時(shí)，電容值幾乎不變。類似的，電容值隨溫度的變化也很小。在-40oC到+125oC范圍內(nèi)，電容的變化為 +/-10%（參考溫度為25℃）。

下圖為漏電流區(qū)域V-I特性的溫度效應(yīng)，可以看出明顯的溫度依賴性。

漏電流和溫度的關(guān)系為：

ε=-VB/kT

I=IO ε

其中，IO為常量，k為玻爾茲曼常量，VB為0.9eV。

實(shí)際上，溫度的變化與ROFF的變化一致。然而，即使在高溫下（ROFF）仍保持較高的電阻值。例如，它在125℃時(shí)仍在10MΩ至100MΩ的范圍內(nèi)。

雖然（ROFF）具有高電阻值，但它隨頻率變化而變化。這種關(guān)系與頻率的倒數(shù)成近似線性的關(guān)系。

然而，ROFF和C的并聯(lián)在任何頻率下都主要表現(xiàn)為容性。因?yàn)殡娙莸碾娍古c頻率的倒數(shù)也近似為線性關(guān)系。

在較高的電流狀態(tài)下，在mA范圍及以上，溫度系數(shù)變化變得最小。溫度系數(shù)（dV/dT）如下圖所示。可以發(fā)現(xiàn)溫度系數(shù)為負(fù)（-）并且隨著電流的增加而減小。在壓敏電阻的鉗位電壓范圍內(nèi)(I > 1A)，溫度依賴性接近于零。

Nominal Varistor Region 的壓敏電阻的特性，可以由下述方程給出。

其中，k為常數(shù)，a為指數(shù)，用來定義非線性度。a可以由曲線的斜率決定或有下面的公式得出：

在這個(gè)區(qū)域，壓敏電阻被導(dǎo)通。Rx的主導(dǎo)性超過了C，RON和ROFF。Rx比ROFF小很多數(shù)量級(jí)，但仍然比RON大。等效電路如下圖

在導(dǎo)通過程中，對(duì)于電流的幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化，壓敏電阻的電壓保持相對(duì)恒定。實(shí)際上，器件的電阻Rx會(huì)隨著電流的變化而變化。這可以通過測(cè)試靜態(tài)或動(dòng)態(tài)電阻（為電流的函數(shù)）來觀察。靜態(tài)電阻的定義如下：

動(dòng)態(tài)電阻被定義為：

下面的曲線分別為靜態(tài)電阻與電流關(guān)系曲線和動(dòng)態(tài)電阻和電流關(guān)系曲線。

對(duì)于Upturn Region ，在接近最大額定值的大電流下，壓敏電阻近似于短路。曲線偏離非線性關(guān)系，接近材料本體電阻值，約為1Ω-10Ω。當(dāng)Rx接近RON值時(shí)，曲線就會(huì)出現(xiàn)上翹。電阻Ron代表氧化鋅顆粒的本體電阻。這種電阻值是線性的（在對(duì)數(shù)圖上顯示為更陡的斜率），根據(jù)壓敏電阻的尺寸，會(huì)出現(xiàn)在電流50A到50000A的時(shí)刻。

下圖為對(duì)應(yīng)的等效電路：

壓敏電阻的作用取決于類似于其他半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電機(jī)制。因此，導(dǎo)通發(fā)生得非常迅速，沒有明顯的時(shí)間延遲，甚至進(jìn)入納秒（ns）范圍。下圖為低感應(yīng)脈沖發(fā)生器插入或不插入壓敏電阻的兩個(gè)電壓軌的合成圖像。第二軌道（沒有與第一軌道同步，僅疊加在示波器屏幕上）表明，壓敏電阻的電壓箝位效應(yīng)發(fā)生在小于1.0ns的時(shí)間內(nèi)。

在傳統(tǒng)的引線安裝器件中，引線的電感將極大地影響壓敏電阻的快速動(dòng)作；因此，上圖的測(cè)試電路需要在同軸線上插入一小塊壓敏電阻材料，以證明壓敏電阻的固有響應(yīng)。

對(duì)引線安裝的器件進(jìn)行測(cè)試，即使小心地將引線長度減至最小，也表明在大電流和電流快速上升時(shí)引線形成的回路中感應(yīng)的電壓，對(duì)壓敏電阻端子上出現(xiàn)的電壓有很大的影響。幸運(yùn)的是，由瞬變電源提供的電流上升時(shí)間上總是比觀察到的瞬變電壓慢。壓敏電阻應(yīng)用中最常遇到的是電流上升時(shí)間通常超過0.5微秒的情況。

當(dāng)討論壓敏電阻對(duì)快速脈沖的響應(yīng)時(shí)，電壓上升率不是最好的措辭（不同于火花隙，在從非導(dǎo)通狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，涉及fnite時(shí)間）。壓敏電阻對(duì)電路能傳遞的瞬態(tài)電流的響應(yīng)時(shí)間需要考慮合適的特性。

下圖的V-I特性顯示了壓敏電阻的響應(yīng)如何受到電流波形的影響。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，“過沖”效應(yīng)可以被定義為快速電流上升期間變阻器上出現(xiàn)的最大電壓的相對(duì)增加，使用傳統(tǒng)的8/20微秒電流波形作為參考。第二幅圖顯示了不同電流水平下典型的鉗位電壓隨上升時(shí)間的變化。

瞬態(tài)抑制器可以在納秒到毫秒的短時(shí)間內(nèi)耐受高電流。

壓敏電阻與負(fù)載并聯(lián)使用，任何由壓敏電阻的引線所產(chǎn)生的電壓降都會(huì)降低其有效性。最好的辦法是使用短的引線來減少感應(yīng)電壓和使用低歐姆電阻來減少I?R下降。

器件的特性是固有的、可測(cè)量的特性。這種性能可以是電性能、機(jī)械性能或熱性能，并且可以表示為規(guī)定條件下的值。

器件的額定值是表征器件運(yùn)行的限制條件（最大或最?。┑闹?。它根據(jù)特定的環(huán)境和操作來確定。額定值表示在不引起退化或故障的情況下施加在設(shè)備上的應(yīng)力水平。壓敏電阻符號(hào)如下面第二幅圖所示。

鉗位器件 ，如MOV，是指在施加電壓的狀態(tài)下其有效電阻由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)的特性。在導(dǎo)通狀態(tài)下，鉗位器件與源阻抗形成了分頻器。鉗位器件通常是“耗散”器件，將大部分的瞬時(shí)電能轉(zhuǎn)化為熱能。

選擇最合適的抑制器取決于具體應(yīng)用、具體操作、預(yù)期的瞬變電壓和需要保護(hù)的元件的靈敏度需求之間的平衡。還必須考慮外形/封裝樣式。

在高電流和高能量狀態(tài)下，需用脈沖波形測(cè)量壓敏電阻特性。如下圖所示，是ANSI標(biāo)準(zhǔn)C62.1規(guī)定波形，代表雷電浪涌和無功電路中儲(chǔ)存能量放電的指數(shù)衰減波形。

8/20微秒電流波形（8微秒上升和20微秒到50%衰減峰值）是根據(jù)行業(yè)慣例用來描述瞬態(tài)波形的特性和額定值的標(biāo)準(zhǔn)波形。一個(gè)例外是能量額定值（WTM），采用10/1000微秒較長的波形。這種波形更能代表通常由電機(jī)和變壓器等電感性負(fù)載引起的高能浪涌放電。壓敏電阻的額定值定義為導(dǎo)致壓敏電阻電壓（VN）偏移小于初始值+/-10%的最大脈沖浪涌能量。

當(dāng)瞬變連續(xù)快速發(fā)生時(shí)，平均功耗是每個(gè)脈沖的能量WTM（瓦特秒）乘以每秒的脈沖數(shù)。所需求的功率必須在特定器件的器件額定值和特性表中所示的規(guī)格范圍內(nèi)。某些參數(shù)必須在高溫下進(jìn)行降額。

下表為壓敏電阻的各個(gè)參數(shù)。

鉗位電壓 ：在特定峰值電壓和脈沖電流以及特定波形條件下測(cè)量的壓敏電阻的峰值電壓。注：峰值電壓和峰值電流在時(shí)間上不一定一致。

額定峰值單脈沖瞬態(tài)電流（壓敏電阻） ：最大峰值電流，適用于單個(gè)8/20微秒脈沖，同時(shí)也適用于額定電壓線路，不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障。

額定脈沖電流壽命（壓敏電阻） ：瞬態(tài)脈沖持續(xù)時(shí)間超過8/20μs波形的ITM降額值，以及可能在設(shè)備額定壽命內(nèi)施加的多個(gè)脈沖的情形。

額定電壓有效值（壓敏電阻） ：可施加的最大的連續(xù)的正弦電壓有效值。

額定直流電壓（壓敏電阻） ：可施加的最大連續(xù)直流電壓。

直流靜態(tài)電流（壓敏電阻） ：在額定電壓VM(DC)下測(cè)得的壓敏電阻的電流。

對(duì)于特定應(yīng)用，下面的參數(shù)也許有用：

壓敏電阻的額定電壓 ：通過施加規(guī)定時(shí)間的規(guī)定直流脈沖電流IN（DC）來測(cè)得。IN（DC）由壓敏電阻制造商指定。

壓敏電阻峰值額定電壓 ：在規(guī)定的峰值交流電流IN（AC），以及在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)測(cè)量的壓敏電阻上的電壓。IN（AC）由壓敏電阻制造商指定。

額定重復(fù)性峰值電壓（壓敏電阻） ：特定的占空比和波形的最大重復(fù)峰值電壓。

額定單脈沖瞬態(tài)能量（壓敏電阻） ：在特定波形下的最大單次脈沖可耗散的能量，同時(shí)施加額定有效電壓值或額定直流電壓值，而不會(huì)導(dǎo)致器件失效。

額定瞬態(tài)平均功耗（壓敏電阻） ：在特定的隔離時(shí)間內(nèi)施加的一組脈沖使其產(chǎn)生最大的平均的耗散功率，而不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障。

壓敏電阻的電壓 ：在給定電流下IX測(cè)得的變阻器兩端的電壓。

電壓鉗位比（壓敏電阻） ：由(VC) ÷ (VM(AC)), (VC) ÷ (VM(DC))定義的壓敏電阻鉗位效率的量。

非線性指數(shù) ：一種在給定工作電流I1和I2之間測(cè)量壓敏電阻非線性的方法，用I=kV^a表示，其中k是設(shè)備常數(shù)，I1≤I≤I2，a12=（logI2/I1）÷（logV2/V1）。

動(dòng)態(tài)阻抗（壓敏電阻） ：給定工作點(diǎn)小信號(hào)阻抗的一種測(cè)量方法，定義為：Zx=（dVx）÷（dIx）。

靜態(tài)電阻（壓敏電阻） ：在給定工作點(diǎn)的靜態(tài)電阻由以下公式確定：Rx=（Vx）÷（Ix）。

電容（壓敏電阻） ：在指定頻率和偏壓下測(cè)得的壓敏電阻兩個(gè)端子之間的電容。

交流靜態(tài)功耗（壓敏電阻） ：在額定有效電壓VM（AC）下測(cè)量的壓敏電阻的交流功耗。

電壓過沖（壓敏電阻） ：當(dāng)施加小于8微秒虛擬波前持續(xù)時(shí)間的給定電流波時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高于設(shè)備的鉗位電壓的多余電壓。該值可以表示為8/20電流波的鉗位電壓（Vc）的百分比。

響應(yīng)時(shí)間（壓敏電阻） ：此點(diǎn)定義為超過鉗位電壓電平（Vc）的點(diǎn)與電壓過沖峰值之間的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)這一定義，用與此響應(yīng)時(shí)間所用波形相同的峰值電流振幅的8/20微秒電流波形定義鉗位電壓。

過沖持續(xù)時(shí)間（壓敏電阻） ：過沖點(diǎn)電壓電平（Vc）與電壓過沖衰減到其峰值50%之間的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)這一定義，鉗位電壓采用8/20微秒的電流波形，其峰值電流與此過沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)使用的波形相同。

下面為壓敏電阻連接示例：

這是最完整的保護(hù)方案，但很多情況下只選用壓敏電阻1或者壓敏電阻1和壓敏電阻2.

直流應(yīng)用需要正負(fù)之間或正和接地之間和負(fù)和接地之間插入壓敏電阻。

例如，如果在所有3個(gè)相位（共模瞬變）上都存在對(duì)地瞬變，只有相位對(duì)地的瞬變抑制器會(huì)吸收能量。相間連接的瞬態(tài)抑制器是無效的。

另一方面，如果存在差分瞬態(tài)（相間）模式，則相位連接的瞬態(tài)抑制器將是正確的解決方案。

這是連接瞬態(tài)抑制器時(shí)的一些參考。

標(biāo)準(zhǔn)方法是在瞬變產(chǎn)生的電位差點(diǎn)之間連接瞬變抑制器，然后抑制器將平衡或降低這些電位到較低和無害的水平。

**壓敏電阻選型表

**

1、確定電路的工作參數(shù)

1-a、瞬變的來源和路徑

來源：電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的運(yùn)行；無功電路元件的切換；閃電或靜電放電；

路徑：相間或相與地之間；

1-b、被保護(hù)器件的額定工作電壓

________ (VAC) , or ________ (V)RMS DC

VAC應(yīng)該指的是幅值。

1-c、（1-b）中額定工作電壓的公差

________ (V) or ________ Unknown

1-d、被保護(hù)器件最大可容許的電壓

________ (VAC) or ________ (V)RMS DC

1-e、預(yù)期最大的浪涌電流值和沖擊次數(shù)（8x20μs

波形）

________ (A) ________ (# of hits)

1-f、施加到元器件上最大的浪涌能量

________ (Joules) (E=1.4xVxIxT)

1-g、施加到元器件上的最大功率

________ (W) (P=VxI)

1-h、壓敏電阻允許的的最大的電容值（@1kHz; 0VDC

bias）

________ (pF)

1-i、遵循的安全標(biāo)準(zhǔn)

(比如UL, CSA, VDE, etc.)

2、計(jì)算電壓值

2-a、需求的壓敏電壓值為

被保護(hù)元器件工作電壓+工作電壓公差，如果公差不知道，則將工作電壓*(1.10~1.25)。如果工作電壓為交流AC (VRMS) 轉(zhuǎn)化為VDC。

____ 工作電壓 AC (V) x 1.414= ___工作電壓 (V)RMS DC

________工作電壓 (VDC)+________公差 (V) = ___需求的壓敏電阻的電壓 (V)

或者_(dá)___工作電壓 (VDC )x(1.10 ~ 1.25) = ______ 需求的壓敏電阻電壓(V)

3、壓敏電阻選型指南

3-a、壓敏電阻電壓值-壓敏電阻公差值≥ (2-a)中的壓敏電阻值；

3-b、壓敏電阻最大鉗位電壓值<被保護(hù)器件（1-d）的最大允許電壓（最大電流應(yīng)小于或等于測(cè)量最大鉗位電壓時(shí)的電流）；

3-c、壓敏電阻的最大峰值電流>預(yù)期的最大的浪涌電流(1-e)；如果浪涌波形不是8 x 20μs ，使用脈沖壽命額定值曲線。

3-d、壓敏電阻最大的能量額定值>施加到系統(tǒng)的最大能量(1-f)；

3-e、壓敏電阻最大的額定功率>施加到系統(tǒng)的最大功率(1-g);

3-f、壓敏電阻的電容<最大的可允許的系統(tǒng)電容(1-h);

4、驗(yàn)證對(duì)于系統(tǒng)的要求

4-a、選擇的壓敏電阻的漏電流適合于電路的需求；

4-b、在失效模式下驗(yàn)證壓敏電阻的性能；

用戶應(yīng)獨(dú)立評(píng)估和測(cè)試每個(gè)MOV器件在其應(yīng)用中的安全性和適用性。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：

焊接說明（摘自力特）：

對(duì)于有鉛焊接，在表面貼裝技術(shù)中，元件焊接的主要技術(shù)是紅外回流焊和波峰焊。右側(cè)顯示了典型的焊接曲線。MHS抑制器的推薦焊料為62/36/2（Sn/Pb/Ag）、60/40（Sn/Pb）或63/37（Sn/Pb）。力特還建議使用RMA助焊劑。波峰焊是最費(fèi)力的工藝。為了避免熱沖擊產(chǎn)生應(yīng)力的可能性，建議在焊接過程中進(jìn)行預(yù)熱，并嚴(yán)格控制焊接過程的峰值溫度。

在回流焊過程中，應(yīng)注意確保MHS芯片不受超過每秒4度的熱梯度影響；理想梯度為每秒2度。在焊接過程中，預(yù)熱到焊料峰值溫度的100度以內(nèi)是減少熱沖擊的關(guān)鍵。焊接過程完成后，仍有必要確保避免任何進(jìn)一步的熱沖擊。熱沖擊的一個(gè)可能原因是熱印制電路板被從焊接過程中移除，并在室溫下直接清洗。清潔前，必須讓板逐漸冷卻至50℃以下。

力特提供鎳屏蔽終端工藝，以獲得最佳無鉛焊接性能。

首選的焊料為96.5/3.0/0.5（Sn/Ag/Cu），同時(shí)使用RMA助焊劑，也有多種與鎳屏障部件兼容的焊膏和助焊劑可供選擇。

回流焊受到無鉛回流焊曲線最大值的限制。對(duì)于無鉛波峰焊，波峰焊曲線仍然適用。

注：無鉛焊膏、助焊劑和焊接曲線是力特根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐，用于進(jìn)行評(píng)估的目的。這三種方法都有多種選擇，建議客戶探索其流程的最佳組合，因?yàn)楦鱾€(gè)生產(chǎn)站點(diǎn)的流程差異很大。