原创 压敏电阻器应用原理

    压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。
    压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比TVS管稍慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围，很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中，应用在交流电路的保护中时，因为其结电容较大会增加漏电流，在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大，但比气体放电管小。
    压敏电阻的压敏电压（min(U1mA)）、通流容量是电路设计时应重点考虑的。在直流回路中，应当有：min(U1mA) ≥(1.8～2)Udc，式中Udc为回路中的直流额定工作电压。在交流回路中，应当有：min(U1mA) ≥(2.2～2.5)Uac，式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值。上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时，有适当的安全裕度。在信号回路中时，应当有：min(U1mA)≥(1.2～1.5)Umax，式中Umax为信号回路的峰值电压。压敏电阻的通流容量应根据防雷电路的设计指标来定。一般而言，压敏电阻的通流容量要大于等于防雷电路设计的通流容量。
压敏电阻主要可用于直流电源、交流电源、低频信号线路、带馈电的天馈线路。
压敏电阻的失效模式主要是短路，当通过的过电流太大时，也可能造成阀片被炸裂而开路。压敏电阻使用寿命较短，多次冲击后性能会下降。因此由压敏电阻构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题。
    在消费类电子产品中，为了追求较小的安装面积，压敏电阻做成叠层型，称为Multi-layer Varistor(MLV),其结构与叠层型的瓷片电容（MLCC）完全相同，只是叉指电极间的材料不是普通的陶瓷电介质，而是ZnO压敏材料。也因为如此，MLV都是具有一定的电容特性的，甚至可以根据需要定制具有某种容量的MLV，这对于防护设计中兼顾EMI设计是非常有利的。
    由于做成叠层结构后，MLV的电极寄生电感非常小，因此其反应速度与TVS不相伯仲，甚至比某些采用Bonding结构的TVS的速度还要快。
    在电流容量上，得益于叠层结构，MLV的通流能力也要比相同体积的TVS大得多。
    MLV的钳位特性曲线不如TVS陡峭，不能实现精确的钳位；MLV在多次大电流冲击后，性能会出现一定程度的退化，主要表现是漏电流增大，钳位电压有所变化。不过，如果MLV仅用于ESD防护，上述两个缺点对防护效果的影响是很小的。这也是为什么MLV能在手机、数码相机等领域大行。 

    氧化锌压敏电阻与被保护的电器设备或者元器件并联使用。当电路中出现雷电过电压或瞬态操作电压VS时，压敏电阻器和被保护的设备及元器件同时承受VS，由于压敏电阻器响应速度很快，它以纳秒级时间迅速呈现优良非线形导电特性，此时压敏电阻器两端电压迅速下降，远远小于VS，这样被保护的设备及元器件上实际承受的电压就远低于过电压VS，从而使设备及元器件免遭过电压的冲击。