【導讀】壓敏電阻在電路中可以有效的抑制浪涌瞬時電壓，有效保護器件的正常工作。本文通過一些實例電路和波形分析來講解壓敏電阻的工作原理以及在燈具電子線路中是如何進行電路保護和浪涌防護的。
壓敏電阻是有空架晶格的多晶半導體, 隨著所加電壓, 晶格發生變化, 其電阻值也隨著發生巨大變化的敏感器件類的電子元件, 如燒結成的SiC、ZnO2等, 其特點是它的內部電阻對外加電壓非常敏感和迅速, 當所加入的電壓在標稱額定值內, 它的電阻幾乎無窮大, 而所加的電壓稍微高于額定值后, 電阻值迅速下降, 反應時間為毫微秒級。
從圖1中便可反應出壓敏電阻的伏安特性曲線來, 基本特性如一對性能相同的同極性串聯的穩壓二極管。
圖1
此外在進行半導體零部件抑制浪涌電壓、斬波、限幅、保護的同時, 還要求能防止因干擾而引起的執行元器件的誤動作, 要求壓敏電阻還附有電容器儲存電荷的功能。因此, T iO2、S aT iO3 ( 鈦酸鍶) 等容性的壓敏電阻, 越來越多的運用在電子線路中。
圖2可以看出壓敏電阻所起的實際作用, 在國家標準《管形熒光燈用交流電子鎮流器性能要求》GB/T15144-94中第5. 12條, 瞬時過電壓( 4. 12) 試驗: 電源中的瞬時過電壓如表所示。
圖2
圖3表示電源瞬時過電壓的波形圖。
圖3
[page]根據國家標準要求選擇好適當的壓敏電阻, 運用在電子鎮流器線路中, 便可有效抑制浪涌瞬時過電壓, 吸收過電壓尖脈沖對電子鎮流器的沖擊破壞, 有效保護電子鎮流器的正常穩定工作, 這便是壓敏電阻在供電電網由于疊加有過電壓脈沖或受雷擊時, 接有壓敏電阻后波形被削平, 限制在一定的額定幅度內。
圖4中在開啟或關閉帶有感性, 容性的負載電路時, 直流波形出現開關尖脈沖, 壓敏電阻將吸收這種反電動勢, 有效地保護開關電路、變電壓。
圖4
壓敏電阻的各種技術參數很多, 在此討論最主要的技術參數, 即標稱電壓和耐浪涌電流值。
壓敏電阻的標稱值電壓是指在允許變化溫度的范圍內, 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。
圖1中坐標X 軸上所指的位置, 按壓敏電阻的檢測要求, 流過壓敏電阻的電流為1mA所得出的標稱值, 電壓為V。在此必須明確指出: 壓敏電阻的標稱電壓是峰值或直流電壓值, 用萬用電表所檢測的交流電壓是有效值, 應用下式來選擇壓敏電阻的標稱值:
B=U 2B為壓敏電阻標稱值; U為電路中所實際使用的電壓; 2為系數。
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、相線的變化反電動勢的沖擊所產生的瞬時電壓或電流超過正常值的幾倍乃至幾十倍, 而所超過的時間又是短暫的, 屬微秒量級的, 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。按壓敏電阻的檢測要求, 其試驗檢測條件是在浪涌電流8/ 20??s, 沖擊兩次為基準。壓敏電阻耐沖擊電流均在100A以上, 在電光源產品的電路中已滿足使用要求。
壓敏電阻與其它過壓保護器在同樣條件的線路中比較, 具有明顯優勢, 壓敏電阻具有耐浪涌電流大,非線性質數大, 抑制過壓能力強, 電壓響應快, 漏電流小, 特性曲線對稱, 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, 價格低, 在電光源線路中作防雷擊、過壓保護、穩壓、斬波、限幅、減弧、吸收反電動勢電能, 取代隔離變壓器等。
壓敏電阻在具體的線路中雖位置不同, 但都可以進行并聯、串聯使用。在線路中并聯使用將增加耐浪涌電流的安培數, 要指出的是要求并聯的壓敏電阻器標稱電壓基本一致。
在線路中串聯使用將提高使用的標稱電壓值, 串聯使用的壓敏電阻為幾個相加的和為串聯后的實際標稱值。
壓敏電阻在照明燈具實際使用線路中, 要選擇好標稱電壓值, 如選擇不當, 不但不能起到保護作用, 反而會造成對照明燈具的破壞。一般電路中可掌握在1. 4～2倍標稱值, 特別要注意交流有效值與峰值的換算關系。
雖然實際運用中選擇標稱電壓越低越好, 但太低時, 在正常工作電壓下, 流過壓敏電阻的電流也大, 便帶來壓敏電阻自身損耗而發熱, 一但發生過電壓時,流過壓敏電阻的電流會更大, 以致造成燒毀。對某些照明燈具線路有意選擇低電壓差來保護電路的場合,壓敏電阻應安裝在易散熱和易更換的位置。
如圖5所示, 照明過壓保護電路壓敏電阻接在市電經保險絲后的回路上, 其額定工作電壓選擇在照明燈具的安全使用電壓范圍內。計算公式:
B = U × 2 × ( 1. 4 ～ 2) 。
當使用電壓超過壓敏電阻標稱值電壓時, 在毫微秒的時間內, 壓敏電阻的阻值急劇下降, 流過壓敏電阻的電流急劇增加, 保險絲熔斷, 使照明燈具線路斷電而得到保護, 同時并聯在保險絲兩端的氖燈點亮,發出保險絲已熔斷的警告。
圖5
圖6中在特殊條件下使用的照明燈具, 要求極為嚴格, 采用了隔離變壓器, 這時壓敏電阻應在隔離變壓器的初級, 次級線圈繞組兩端同時使用壓敏電阻器, 它能吸收抑制來自輸入電壓的浪涌, 過壓雷擊或開關引起的電火花干擾等。
圖6
圖7中在單向可控硅、雙向可控硅、整流二極管兩端, 可并聯壓敏電阻, 來防止電路中的過電壓,保護由于所控制的感性負載產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壓時輸出波形畸變引起的噪聲。
圖7
[page]圖8中壓敏電阻并在開關觸點回路或被控制帶有感抗、容抗的負載, 防止電弧火花放電保護開關觸點,延長使用壽命。
圖8
圖9中在繼電器、電磁鐵、磁力開關、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, 延長線圈使用壽命, 防止頻繁開關產生噪音的輻射。
圖9
在圖10線路中壓敏電阻并聯在橋式整流的輸入端、輸出端, 防止和保護由輸入的交流電過電壓、反電動式的過電壓、雷擊; 開、關產生的過電壓, 使整流元件不受過電壓的損傷, 減少開機的噪聲。
圖10
圖11在晶體管電路中, 三極管的e 極和b 極間, c級與b 級間帶有感性的負載兩端, 都可以并聯壓敏電阻; e 極與c 極接上壓敏電阻器, 能防止輸入過電壓雷擊損壞晶體管。當所控制的負載屬感性的變壓器、鎮流器、電感、逆變器等, 在c 級與b 極間或者在負載線圈兩端并接壓敏電阻, 能有效地抑制電壓對晶體管的損傷。當電路正常工作時, 壓敏電阻處于高阻抗狀態, 而電路中產生過電壓時, 壓敏電阻在毫微秒內導通, 限制過電壓的幅度, 使晶體管免受損壞。
圖11
由于壓敏電阻本身特性, 在內部存在固有的電容量, 如果晶體管在高頻電路中工作, 應在壓敏電阻上串一只電感線圈, 以防止高頻信號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。
隨著電子工業的發展, 壓敏電阻將被越來越廣泛使用, 在電光源這一領域中也同樣會得到推廣。
