壓敏電阻在電光源電路中的應(yīng)用

眾所周知, 晶體管是單晶半導(dǎo)體器件, 而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(wú)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(lái), 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。

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(lái)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(guó)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(guò)電壓( 4. 12) 試驗(yàn): 電源中的瞬時(shí)過(guò)電壓如表所示。

圖3表示電源瞬時(shí)過(guò)電壓的波形圖。

根據(jù)國(guó)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(guò)電壓, 吸收過(guò)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(guò)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(shì), 有效地保護(hù)開關(guān)電路、變電壓。

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(cè)要求, 流過(guò)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(wàn)用電表所檢測(cè)的交流電壓是有效值, 應(yīng)用下式來(lái)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(shì)的沖擊所產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓或電流超過(guò)正常值的幾倍乃至幾十倍, 而所超過(guò)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(cè)要求, 其試驗(yàn)檢測(cè)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(guò)壓保護(hù)器在同樣條件的線路中比較, 具有明顯優(yōu)勢(shì), 壓敏電阻具有耐浪涌電流大,非線性質(zhì)數(shù)大, 抑制過(guò)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(guò)壓保護(hù)、穩(wěn)壓、斬波、限幅、減弧、吸收反電動(dòng)勢(shì)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(guò)壓敏電阻的電流也大, 便帶來(lái)壓敏電阻自身?yè)p耗而發(fā)熱, 一但發(fā)生過(guò)電壓時(shí),流過(guò)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(lái)保護(hù)電路的場(chǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)自輸入電壓的浪涌, 過(guò)壓雷擊或開關(guān)引起的電火花干擾等。

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(lái)防止電路中的過(guò)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(zhǎng)使用壽命。

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(zhǎng)線圈使用壽命, 防止頻繁開關(guān)產(chǎn)生噪音的輻射。

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(guò)電壓、反電動(dòng)式的過(guò)電壓、雷擊; 開、關(guān)產(chǎn)生的過(guò)電壓, 使整流元件不受過(guò)電壓的損傷, 減少開機(jī)的噪聲。

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(guò)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(guò)電壓時(shí), 壓敏電阻在毫微秒內(nèi)導(dǎo)通, 限制過(guò)電壓的幅度, 使晶體管免受損壞。

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(lái)越廣泛使用, 在電光源這一領(lǐng)域中也同樣會(huì)得到推廣。