【技术解读】MOV压敏电阻的关键参数、工作原理及选型指南
2024-06-20 09:38:58 10,176
MOV即金属氧化物压敏电阻,主要由氧化锌构成并掺杂了多种金属氧化物,通过标准的电子陶瓷生产工艺制备而成,是一种多晶半导体陶瓷元件。其电阻值遵循电压的指数规律变化,展现出如图所示的对称I-V特性。MOV的主要功能是稳定和限制电压,有效抑制异常过电压,并能够释放和吸收由此产生的能量。
图1 压敏电阻的I-V特性
一、主要参数
(1) 压敏电压
指在压敏电阻漏电流为1mA时其两端之间的电压。压敏电压误差一般在±10%之内;误差超过±10%可作为压敏电阻失效的判据。
图2 压敏电阻电气参数表
(2)最大持续工作电压
指压敏电阻能够长期持续承受的最大交/直流工作电压,也就是说当保护线路的最大工作电压低于Vac、Vdc时,压敏电阻处于高阻态状态,相当于断开。压敏电压与最大持续工作点的关系是:Vac=o.63V1ma、Vdc=0.82V1ma。
(3) 最大钳位电压
指给压敏电阻施加标准的8/20us脉冲电流时压敏电阻呈现出的电压。
图3 8/20脉冲电路波形图
(4) Withstanding Surge Curren 承受的最大浪涌电流(通流量)
指在压敏电阻两端施加8/20us脉冲电流一次时,压敏电压的变化在±10%以内的最大脉冲浪涌电流。
(5)Maximum Energy (10/1000μs) 最大能量
指在压敏电阻两端施加10/1000μs脉冲电流时,压敏电压的变化在±10%以内的最大能量。
(6)Rated Power 额定功率
指压敏电阻在规定的环境温度下所能承受的的最大功率。
(7)静态电容值
压敏电阻静态电容值一般较大,一般nF级别,压敏电压越大其电容值就越小。
二、工作原理
当压敏电阻两端所施加的电压达到阈值电压时,其阻值会从MΩ级别骤降至极低水平,此时的漏电流非常微弱,几乎可以被视为开路状态。
然而,当压敏电阻两端的电压进一步升高至超过阈值电压时,其阻值会迅速减小,随着电压的持续增加,阻值可以降低到1Ω以下,此时可视为短路。这种特性使得压敏电阻能够在瞬间将浪涌电流导通并快速泄放,从而有效地保护后续电路免受损害。
值得注意的是,压敏电阻的响应时间通常不超过25纳秒,这意味着它能在极短的时间内对电压突变做出反应,提供即时的保护作用。
图4 压敏电压阻值与施加电压变化关系
三、器件特点
1)响应速度快,一般<25ns;ESD >TVS > MOV 。
2)结电容大,一般nF级别;ESD <TVS < MOV。
3)钳压精度较低,一般±10%;ESD、TVS管都是在±5%。
4)电压范围大,最大可达1800V;ESD <TVS < MOV。
5)MOV一般用于AC输入端;TVS管一般用于低压交/直流线路或低频信号线路;ESD静电管一般用于信号接口或高频信号线路。
四、压敏电阻MOV的选型指南
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首先,需确保电路中可能出现的最大电压低于压敏电阻的额定值。对于交流电路,压敏电压(UN)应至少为电路交流有效值(Vac)的2到2.5倍;对于直流电路,UN应至少为直流电压值(Vdc)的1.8到2倍。这样,即使在长期连续工作条件下,压敏电阻也能承受的最大电压(Uc)仍高于电路的最高工作电压,确保安全运行。
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基于设计需求和产品规格,选取压敏电阻能承受的最大峰值脉冲电流(IPP)。这一步骤需考虑可能遭遇的最大浪涌电流,确保IPP值大于预计的最大浪涌电流,以提供足够的保护能力。
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当压敏电阻通过规定电流时,两端的电压(VC)应低于被保护电路的破坏电压,避免电路损伤。同时,压敏电阻的能量吸收能力(E)与其IPP和VC相关,且取决于浪涌事件的特性和持续时间。
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在最大额定浪涌电流下,压敏电阻两端的残余电压若过高,可能损害电路中的其他组件。此外,电容值、漏电流等参数也需符合设计要求。
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鉴于压敏电阻的极短响应时间(≤25ns),它能迅速响应过电压,对保护敏感电路至关重要。不过,其性能可能受温度影响,故在极端或温度波动环境中使用时,需予以考虑。
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根据电路板布局和空间限制,选择合适的压敏电阻尺寸和封装形式,确保安装兼容性。
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选型过程中,查阅制造商提供的数据表,获取更详尽的规格信息和测试条件,以做出更为精确的选择。
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若电路中存在高频噪声或需要在信号线路中使用压敏电阻,可能需要额外措施,例如在压敏电阻后并联电容和瞬态电压抑制二极管(TVS管),以处理残留电压问题,确保整体电路的稳定性和可靠性。
通过上述步骤和考虑点,可以系统地选择适合特定电路保护需求的压敏电阻,确保电路的安全性和稳定性。