貼片壓敏電阻基礎知識

Littelfuse公司在2000年底前推出0201的產(chǎn)品。 AVX和Littelfuse公司已推出電壓抑制器陣列，如AVX推出的Multiguard系列四聯(lián)多層陶瓷瞬態(tài)電壓抑制器陣列(即壓敏電阻器陣列)已經(jīng)被市場(chǎng)接納?？晒澥?0%的板上空間，75%的生產(chǎn)裝配成本。Multiguad系列采用1206型規格。其中有一種雙聯(lián)元件采用0805規格，工作電壓有5.6V、9V、14V和18V等幾種，額定功率為0.1J。AVX公司推出Transfeed多層陶瓷瞬態(tài)電壓抑制器。該產(chǎn)品綜合了公司 Transguard系列壓敏電阻器和Feedthru系列電容器/濾波器的功能。采用0805規格。該組件具有性能優(yōu)勢，更快的導通時(shí)間(或稱(chēng)響應時(shí)間，在200ps～250ps之間)和更小的并行系數。

Littelfuse制造的MLN浪涌陣列組件1206規格，內裝4只多層壓敏電阻器。該產(chǎn)品的ESD達到IEC671000-4-2第四級水平。其主要特性包括：感抗(1nH)，相鄰通道串擾典型值50dB(頻率1MHz時(shí))，在額定電壓工作狀態(tài)下，漏電流為5A,工作電壓高達18V，電容值可由用戶(hù)指定。這種MLN貼片組件可用于板級ESD保護，應用領(lǐng)域包括手持式產(chǎn)品、電腦產(chǎn)品、工業(yè)及醫療儀器等。

EPCOS公司推出了T4N-A230XFV集成浪涌抑制器，內含兩只壓敏電阻器和一種短路裝置。該產(chǎn)品用于電信中心局和用戶(hù)線(xiàn)一側的通信設備保護。

3 壓敏電阻的選用

選用壓敏電阻器前，應先了解以下相關(guān)技術(shù)參數：標稱(chēng)電壓(即壓敏電壓)是指在規定的溫度和直流電流下，壓敏電阻器兩端的電壓值。漏電流是指在25℃條件下，當施加最大連續直流電壓時(shí)，壓敏電阻器中流過(guò)的電流值。等級電壓是指壓敏電阻中通過(guò)8/20等級電流脈沖時(shí)在其兩端呈現的電壓峰值。通流量是表示施加規定的脈沖電流(8/20μs)波形時(shí)的峰值電流。浪涌環(huán)境參數包括最大浪涌電流Ipm(或最大浪涌電壓Vpm和浪涌源阻抗Zo)、浪涌脈沖寬度Tt、相鄰兩次浪涌的最小時(shí)間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預定工作壽命期內，浪涌脈沖的總次數N等。

3.1 標稱(chēng)電壓選取

一般地說(shuō)，壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置并聯(lián)使用，在正常情況下，壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應低于標稱(chēng)電壓，即使在電源波動(dòng)情況最壞時(shí)，也不應高于額定值中選擇的最大連續工作電壓，該最大連續工作電壓值所對應的標稱(chēng)電壓值即為選用值。對于過(guò)壓保護方面的應用，壓敏電壓值應大于實(shí)際電路的電壓值，一般應使用下式進(jìn)行選擇：

VmA=av/bc

式中：a為電路電壓波動(dòng)系數，一般取1.2;v為電路直流工作電壓(交流時(shí)為有效值);b為壓敏電壓誤差，一般取0.85;c為元件的老化系數，一般取0.9;

這樣計算得到的VmA實(shí)際數值是直流工作電壓的1.5倍，在交流狀態(tài)下還要考慮峰值，因此計算結果應擴大1.414倍。另外，選用時(shí)還必須注意：

(1) 必須保證在電壓波動(dòng)最大時(shí)，連續工作電壓也不會(huì )超過(guò)最大允許值，否則將縮短壓敏電阻的使用壽命;

(2) 在電源線(xiàn)與大地間使用壓敏電阻時(shí)，有時(shí)由于接地不良而使線(xiàn)與地之間電壓上升，所以通常采用比線(xiàn)與線(xiàn)間使用場(chǎng)合更高標稱(chēng)電壓的壓敏電阻器。

3.2 通流量的選取

通常產(chǎn)品給出的通流量是按產(chǎn)品標準給定的波形、沖擊次數和間隙時(shí)間進(jìn)行脈沖試驗時(shí)產(chǎn)品所能承受的最大電流值。而產(chǎn)品所能承受的沖擊數是波形、幅值和間隙時(shí)間的函數，當電流波形幅值降低50%時(shí)沖擊次數可增加一倍，所以在實(shí)際應用中，壓敏電阻所吸收的浪涌電流應小于產(chǎn)品的最大通流量。

3.3 應 用

圖1所示是采用壓敏電壓器進(jìn)行電路浪涌和瞬變防護時(shí)的電路連接圖。對于壓敏電阻的應用連接，大致可分為四種類(lèi)型：

第一種類(lèi)型是電源線(xiàn)之間或電源線(xiàn)和大地之間的連接，如圖1(a)所示。作為壓敏電阻器，最具有代表性的使用場(chǎng)合是在電源線(xiàn)及長(cháng)距離傳輸的信號線(xiàn)遇到雷擊而使導線(xiàn)存在浪涌脈沖等情況下對電子產(chǎn)品起保護作用。一般在線(xiàn)間接入壓敏電阻器可對線(xiàn)間的感應脈沖有效，而在線(xiàn)與地間接入壓敏電阻則對傳輸線(xiàn)和大地間的感應脈沖有效。若進(jìn)一步將線(xiàn)間連接與線(xiàn)地連接兩種形式組合起來(lái)，則可對浪涌脈沖有更好的吸收作用。

第二種類(lèi)型為負荷中的連接，見(jiàn)圖1(b)。它主要用于對感性負載突然開(kāi)閉引起的感應脈沖進(jìn)行吸收，以防止元件受到破壞。一般來(lái)說(shuō)，只要并聯(lián)在感性負載上就可以了，但根據電流種類(lèi)和能量大小的不同，可以考慮與R-C串聯(lián)吸收電路合用。

第三種類(lèi)型是接點(diǎn)間的連接，見(jiàn)圖1(c)。這種連接主要是為了防止感應電荷開(kāi)關(guān)接點(diǎn)被電弧燒壞的情況發(fā)生，一般與接點(diǎn)并聯(lián)接入壓敏電阻器即可。

第四種類(lèi)型主要用于半導體器件的保護連接，見(jiàn)圖1(d)。這種連接方式主要用于可控硅、大功率三極管等半導體器件，一般采用與保護器件并聯(lián)的方式，以限制電壓低于被保護器件的耐壓等級，這對半導體器件是一種有效的保護。

4 氧化鋅壓敏電阻存在的問(wèn)題

現有壓敏電阻在配方和性能上分為相互不能替代的兩大類(lèi)：

4.1 高壓型壓敏電阻

高壓型壓敏電阻，其優(yōu)點(diǎn)是電壓梯度高(100～250V/mm)、大電流特性好(V10kA/V1mA≤1.4)但僅對窄脈寬(2≤ms)的過(guò)壓和浪涌有理想的防護能力，能量密度較小，(50～300)J/cm3。

4.2 高能型壓敏電阻

高能型壓敏電阻，其優(yōu)點(diǎn)是能量密度較大(300J/cm3～750J/cm3)，承受長(cháng)脈寬浪涌能力強，但電壓梯度較低(20V/mm～500V/mm)，大電流特性差(V10kA/V1mA>2.0)。

這兩種配方的性能差別造成了許多應用上的“死區”，例如：在10kV電壓等級的輸配電系統中已經(jīng)廣泛采用了真空開(kāi)關(guān)，由于它動(dòng)作速度快、拉弧小，會(huì )在操作瞬間造成極高過(guò)壓和浪涌能量，如果選用高壓型壓敏電阻加以保護(如氧化鋅避雷器)，雖然它電壓梯度高、成本較低，但能量容量小，容易損壞;如果選用高能型壓敏電阻，雖然它能量容量大，壽命較長(cháng)，但電壓梯度低，成本太高，是前者的5～13倍。

在中小功率變頻電源中，過(guò)壓保護的對象是功率半導體器件，它對壓敏電阻的大電流特性和能量容量的要求都很?chē)栏?，而且要同時(shí)做到元件的小型化。高能型壓敏電阻在能量容量上可以滿(mǎn)足要求，但大電流性能不夠理想，小直徑元件的殘壓比較高，往往達不到限壓要求;高壓型壓敏電阻的大電流特性較好，易于小型化，但能量容量不夠，達不到吸能要求。目前中小功率變頻電源在國內外發(fā)展非常迅速，國內銷(xiāo)售量已近100億元/年，但壓敏電阻在這一領(lǐng)域的應用幾乎還是空白。