硬件元器件学习——压敏电阻(原理、伏安曲线、电路符号、选型)
一、压敏电阻(varistor)的理解
本质上是一个电压敏感的电阻,拥有“非线性”的伏安特性。压敏电阻的伏安特性曲线如下图所示
正常电压下:它的电阻极大(相当于绝缘体,几乎不导电),不会影响主电路工作。
遭遇浪涌/过压瞬间:当两端的电压超过它的阈值(压敏电压)时,它的阻值会瞬间急剧下降(变成导体)。这意味着它会像“短路”一样将浪涌能量通过自身泄放掉,从而将电压钳制在安全范围内,保护后级的敏感元器件。
原理图中的形状
实物
二、核心参数选型
1.Maximum Allowable Valtage 最大允许电压
V_AC(V) - 最大交流工作电压:指压敏电阻可以长期、安全、不导通的挂在电路上的最高交流电压(RMS 有效值)。
V_DC(V) - 最大直流工作电压:指可以长期挂载的最高直流电压。
工程选型法则:电路正常工作时的电压绝对不能超过这个值,否则压敏电阻会发热并损坏。例如:用于 220V 市电电路时,需确保表格中的
V_AC大于 220V。标准的 14D681K,其V_AC通常在420V左右,远高于220V,所以用在220V上很安全。
2.Varistor Voltage (压敏电压 / 标称电压)
参数符号:
V_1mA(V)含义:这是该电阻最核心的参数。指在压敏电阻两端施加直流电压,当流过它的漏电流达到 1mA时,所测量到的电压值。
选型:用于交流电路时,压敏电压 ≥ 交流工作电压 × (2.2 ~ 2.5)倍。
举例:220V交流电,通常选用470V或560V的压敏电阻。
3.Maximum Clamping Voltage (最大钳位电压)
参数符号:
I_P(A)和V_C(V)含义:当遭遇浪涌(瞬态高压)时,压敏电阻导通,把电压压制在某一个范围。这个参数规定:当流过压敏电阻的冲击电流达到
I_P(比如 100A 或 200A)时,它两端最高只能被限制在V_C伏。选型时要考虑到后级元件尤其是MOS管的耐压
4.Withstanding Surge Current (耐浪涌电流)
参数符号:
I(A) Standard / High Surge含义:以 8/20µs 标准浪涌波形测试时,压敏电阻在不炸裂、不短路的前提下,能承受的最大峰值电流。这个参数决定了它能扛多大的雷击。
5.Maximum Energy (最大耐受能量)
参数符号:
(J) Standard / High Surge含义:在 10/1000µs 波形下,压敏电阻能够吸收的最大焦耳能量。
6.Rated Power (额定功率)
参数符号:
(W)含义:在规定的环境温度下,压敏电阻能够长期、稳定散耗的平均功率。通常很小(比如 0.1W ~ 0.6W)。
工程意义:如果电路长期存在微小的过压导致压敏电阻反复微弱导通,它内部会发热。过高的功率会导致它热失控。通常设计时只需参考,只要正常工作电压低于
V_AC,这个参数就不会触发。
7.Typical Capacitance (典型电容值)
参数符号:
@1KHz(pf)含义:压敏电阻在常态不导通时,它内部的两块金属氧化物之间会形成寄生电容。
工程限制:在电源输入端使用没问题,因为 50Hz 的交流电不受影响。但是,绝对不能将压敏电阻用于高频信号线(如以太网、高速 USB、RF 天线),因为那几百甚至上千 pF 的电容会直接把高频信号短路掉或严重衰减。
三、选型举例(MYG20-14D681K)
14:代表压敏电阻的直径是 14mm。
D:代表圆片形(Disc)。
681:代表压敏电压为 680V(计算方法:68 × 10¹ = 680V,在 1mA 直流电流测试下)。
K:代表误差精度为 ±10%。
参数说明:市电交流220V,最大允许电压420V,压敏电压为680V,最大钳位电压为1120V