贴片压敏电阻基础知识

Littelfuse公司在2000年底前推出0201的产品。 AVX和Littelfuse公司已推出电压抑制器阵列，如AVX推出的Multiguard系列四联多层陶瓷瞬态电压抑制器阵列(即压敏电阻器阵列)已经被市场接纳。可节省50%的板上空间，75%的生产装配成本。Multiguad系列采用1206型规格。其中有一种双联元件采用0805规格，工作电压有5.6V、9V、14V和18V等几种，额定功率为0.1J。AVX公司推出Transfeed多层陶瓷瞬态电压抑制器。该产品综合了公司 Transguard系列压敏电阻器和Feedthru系列电容器/滤波器的功能。采用0805规格。该组件具有性能优势，更快的导通时间(或称响应时间，在200ps～250ps之间)和更小的并行系数。

Littelfuse制造的MLN浪涌阵列组件1206规格，内装4只多层压敏电阻器。该产品的ESD达到IEC671000-4-2第四级水平。其主要特性包括：感抗(1nH)，相邻通道串扰典型值50dB(频率1MHz时)，在额定电压工作状态下，漏电流为5A,工作电压高达18V，电容值可由用户指定。这种MLN贴片组件可用于板级ESD保护，应用领域包括手持式产品、电脑产品、工业及医疗仪器等。

EPCOS公司推出了T4N-A230XFV集成浪涌抑制器，内含两只压敏电阻器和一种短路装置。该产品用于电信中心局和用户线一侧的通信设备保护。

3 压敏电阻的选用

选用压敏电阻器前，应先了解以下相关技术参数：标称电压(即压敏电压)是指在规定的温度和直流电流下，压敏电阻器两端的电压值。漏电流是指在25℃条件下，当施加最大连续直流电压时，压敏电阻器中流过的电流值。等级电压是指压敏电阻中通过8/20等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值。通流量是表示施加规定的脉冲电流(8/20μs)波形时的峰值电流。浪涌环境参数包括最大浪涌电流Ipm(或最大浪涌电压Vpm和浪涌源阻抗Zo)、浪涌脉冲宽度Tt、相邻两次浪涌的最小时间间隔Tm以及在压敏电阻器的预定工作寿命期内，浪涌脉冲的总次数N等。

3.1 标称电压选取

一般地说，压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用，在正常情况下，压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压，即使在电源波动情况最坏时，也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压，该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过压保护方面的应用，压敏电压值应大于实际电路的电压值，一般应使用下式进行选择：

VmA=av/bc

式中：a为电路电压波动系数，一般取1.2;v为电路直流工作电压(交流时为有效值);b为压敏电压误差，一般取0.85;c为元件的老化系数，一般取0.9;

这样计算得到的VmA实际数值是直流工作电压的1.5倍，在交流状态下还要考虑峰值，因此计算结果应扩大1.414倍。另外，选用时还必须注意：

(1) 必须保证在电压波动最大时，连续工作电压也不会超过最大允许值，否则将缩短压敏电阻的使用寿命;

(2) 在电源线与大地间使用压敏电阻时，有时由于接地不良而使线与地之间电压上升，所以通常采用比线与线间使用场合更高标称电压的压敏电阻器。

3.2 通流量的选取

通常产品给出的通流量是按产品标准给定的波形、冲击次数和间隙时间进行脉冲试验时产品所能承受的最大电流值。而产品所能承受的冲击数是波形、幅值和间隙时间的函数，当电流波形幅值降低50%时冲击次数可增加一倍，所以在实际应用中，压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量。

3.3 应 用

图1所示是采用压敏电压器进行电路浪涌和瞬变防护时的电路连接图。对于压敏电阻的应用连接，大致可分为四种类型：

第一种类型是电源线之间或电源线和大地之间的连接，如图1(a)所示。作为压敏电阻器，最具有代表性的使用场合是在电源线及长距离传输的信号线遇到雷击而使导线存在浪涌脉冲等情况下对电子产品起保护作用。一般在线间接入压敏电阻器可对线间的感应脉冲有效，而在线与地间接入压敏电阻则对传输线和大地间的感应脉冲有效。若进一步将线间连接与线地连接两种形式组合起来，则可对浪涌脉冲有更好的吸收作用。

第二种类型为负荷中的连接，见图1(b)。它主要用于对感性负载突然开闭引起的感应脉冲进行吸收，以防止元件受到破坏。一般来说，只要并联在感性负载上就可以了，但根据电流种类和能量大小的不同，可以考虑与R-C串联吸收电路合用。

第三种类型是接点间的连接，见图1(c)。这种连接主要是为了防止感应电荷开关接点被电弧烧坏的情况发生，一般与接点并联接入压敏电阻器即可。

第四种类型主要用于半导体器件的保护连接，见图1(d)。这种连接方式主要用于可控硅、大功率三极管等半导体器件，一般采用与保护器件并联的方式，以限制电压低于被保护器件的耐压等级，这对半导体器件是一种有效的保护。

4 氧化锌压敏电阻存在的问题

现有压敏电阻在配方和性能上分为相互不能替代的两大类：

4.1 高压型压敏电阻

高压型压敏电阻，其优点是电压梯度高(100～250V/mm)、大电流特性好(V10kA/V1mA≤1.4)但仅对窄脉宽(2≤ms)的过压和浪涌有理想的防护能力，能量密度较小，(50～300)J/cm3。

4.2 高能型压敏电阻

高能型压敏电阻，其优点是能量密度较大(300J/cm3～750J/cm3)，承受长脉宽浪涌能力强，但电压梯度较低(20V/mm～500V/mm)，大电流特性差(V10kA/V1mA>2.0)。

这两种配方的性能差别造成了许多应用上的“死区”，例如：在10kV电压等级的输配电系统中已经广泛采用了真空开关，由于它动作速度快、拉弧小，会在操作瞬间造成极高过压和浪涌能量，如果选用高压型压敏电阻加以保护(如氧化锌避雷器)，虽然它电压梯度高、成本较低，但能量容量小，容易损坏;如果选用高能型压敏电阻，虽然它能量容量大，寿命较长，但电压梯度低，成本太高，是前者的5～13倍。

在中小功率变频电源中，过压保护的对象是功率半导体器件，它对压敏电阻的大电流特性和能量容量的要求都很严格，而且要同时做到元件的小型化。高能型压敏电阻在能量容量上可以满足要求，但大电流性能不够理想，小直径元件的残压比较高，往往达不到限压要求;高压型压敏电阻的大电流特性较好，易于小型化，但能量容量不够，达不到吸能要求。目前中小功率变频电源在国内外发展非常迅速，国内销售量已近100亿元/年，但压敏电阻在这一领域的应用几乎还是空白。