原创 压敏电阻的测量、选型与使用

压敏电阻的测量：
压敏电阻一般并联在电路中使用，当电阻两端的电压发生急剧变化时，电阻短路将电流保险丝熔断，起到保护作用。压敏电阻在电路中，常用于电源过压保护和稳压。测量时将万用表置10k 档，表笔接于电阻两端，万用表上应显示出压敏电阻上标示的阻值，如果超出这个数值很大，则说明压敏电阻已损

压敏电阻标称参数
压敏电阻用字母“MY”表示，如加J 为家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K 分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一般选择标称压敏电压V1mA 和通流容量两个参数。

1、所谓压敏电压，即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情况下用1mA 直
流电流通入压敏电阻器时测得的电压值，其产品的压敏电压范围可以从10－9000V 不等。可根据具体
需要正确选用。一般V1mA="1".5Vp="2".2VAC，式中，Vp 为电路额定电压的峰值。VAC 为额定交流
电压的有效值。ZnO 压敏电阻的电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命。如一台用
电器的额定电源电压为220V ， 则压敏电阻电压值V1mA="1".5Vp="1".5 × × 220V="476V" ，
V1mA="2".2VAC="2".2×220V="484V"，因此压敏电阻的击穿电压可选在470－480V 之间。
2、所谓通流容量，即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下，对于规定的冲击电流波形和
规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超过± 10％时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用
寿命，ZnO 压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出
发，要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下，实际发生的通流量是很难精确计算的，则选用2－
20KA 的产品。如手头产品的通流量不能满足使用要求时，可将几只单个的压敏电阻并联使用，并联后
的压敏电不变，其通流量为各单只压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同，否则易
引起分流不均匀而损坏压敏电阻。
压敏电阻器的应用原理
压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电
容器的组合。压敏电阻器可以对IC 及其它设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电
流（如雷击等）而造成对它们的损坏。使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC 或设备电路上，当
电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，从而保护IC 或电器设备；当电压
低于压敏电阻器工作电压值时，压敏电阻器阻值极高，近乎开路，因而不会影响器件或电器设备的正常
工作。
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。
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。
压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量。
压敏电阻应用
电路浪涌和瞬变防护时的电路。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，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，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，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，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。
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：
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。
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”，在10kV 电压等级的输配电系统中广泛采用
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。中小功率变频电源在这一领域压敏电阻的应用几
乎还是空白。

压敏电阻的分类及主要参数
压敏电阻器（VSR）（varistor; voltage-dependent resistor） ——型号MY：文字符号： “RV”或“R”
结构——根据半导体材料的非线性特性制成的。
特性——压敏电阻器的电压与电流不遵守欧姆定律，而成特殊的非线性关系。当两端所加电压低于
标称额定电压值时，压敏电阻器的电阻值接近无穷大，内部几乎无电流流过；当两端所加电压略高于标
称额定电压值时，压敏电阻器将迅速击穿导通，并由高阻状态变为低阻状态，工作电流也急剧增大；当
两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器又恢复为高阻状态；当两端所加电压超过最大限制电
压值时，压敏电阻器将完全击穿损坏，无法再自行恢复。
作用与应用——广泛应用于家用电器及其它电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸
收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等。
压敏电阻器的种类：
1） 按结构分类：
● 结型压敏电阻器——因电阻体与金属电极之间的特殊接触，才具有了非线性特性。
● 体型压敏电阻器——因电阻体本身的半导体性质，才具有了非线性特性。
● 单颗粒层压敏电阻器
● 薄膜压敏电阻器
2）按使用材料分类：
● 氧化锌压敏电阻器
● 碳化硅压敏电阻器
● 金属氧化物压敏电阻器
● 锗（硅）压敏电阻器
● 钛酸钡压敏电阻器
3）按伏安特性分类：
● 对称型压敏电阻器（无极性）
● 非对称型压敏电阻器（有极性）
压敏电阻器的主要参数：除标称阻值、额定功率和允许偏差等基本指标外，还有如下指标：
1）标称电压(V)：指通过1mA 直流电流时压敏电阻器两端的电压值。
2）电压比：指压敏电阻器的电流为1mA 时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA 时产生的
电压值之比。
3）最大限制电压(V)：指压敏电阻器两端所能承受的最高电压值。
4）残压比：通过压敏电阻器的电流为某一值时，在它两端所产生的电压称为这一电流值的残压。
残压比则是残压与标称电压之比。
5）通流容量(kA)：通流容量也称通流量，是指在规定的条件（规定的时间间隔和次数，施加标准
的冲击电流）下，允许通过压敏电阻器上的最大脉冲（峰值）电流值。
6）漏电流(mA)：漏电流也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压
敏电阻器电流。
7）电压温度系数：指在规定的温度范围（温度为20℃～70℃）内，压敏电阻器标称电压的变化率，
即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时，温度改变1℃时，压敏电阻器两端电压的相对变化。
 
8）电流温度系数：指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时，温度改变1℃时，流过压敏电阻器电
流的相对变化。
9）电压非线性系数：指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
10）绝缘电阻：指压敏电阻器的引出线(引脚)与电阻体绝缘表面之间的电阻值。
11）静态电容量（PF）：指压敏电阻器本身固有的电容容量。
压敏电阻应用原理
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。