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電子元器件那些事兒:壓敏電阻的原理及如何保護后級電路。


壓敏電阻的作用原理:

壓敏電阻其阻值是受電壓影響而變化的,這種變化不是線性的變化(需要看圖不能代公式的哈)。壓敏電阻有一個閾值電壓,低于閾值電壓的話,電阻值比較大,如果高于閾值電壓,其阻值會變得很小。利用壓敏電阻的這一特性可以用作電路的后級保護,如下圖:

這是一個典型的應用,從圖中我們可以看到壓敏電阻跟后級負載是并聯的關系,既然是并聯,那就不會影響后級的負載功能。正常情況下,壓敏電阻是工作的,那啥叫工作啥叫不工作呢?

不工作代表個這個電阻在電路中不起作用:可以從電路中刪除該元件,換句話說,就是當阻值無窮大時,我們理解為電流無法通過,電路斷開狀態。實際上很難達到這個狀態,只是阻值大,通過的電流小,消耗功率小,對電源影響不大,我們就認為他不工作。

反過來,工作狀態就是,假如我們選的壓敏電阻的閾值電壓是24V,而VCC提供的是12V電壓,這個時候來了一個異常的沖擊能量(雷擊or靜電)導致A點的壓降遠高于24V,那么壓敏電阻的阻值會瞬間拉低,導致大部分的能量通過壓敏電阻對地構成的回路進行泄放,從而起到保護后級的作用。


壓敏電阻的參數特性由誰決定的呢?

當然是后級電路決定的,這么講太籠統了,那么后級電路決定的,你該怎么選壓敏電阻的參數呢?又兩眼一抹黑了,后級電路一般是由電阻電容及芯片構成的,電阻網絡是可以短時間耐壓的,比如電阻一般的損壞都是燒壞的,長時間、大電流導致,而異常沖擊是個瞬間的能量,電阻不需要壓敏兄弟的幫忙也能扛得住,再就是電容了,一般可以通過設計的時候采取放余量來實現,比如5v的電路,我選個16V的電容就是了。那么扛不住的就是芯片了,而且芯片手冊會有個參數來描述芯片能扛住的最大瞬間沖擊,可以根據它來選壓敏電阻。


真實的電路等效模型下,能量是如何被釋放掉的呢?

A點是能量沖擊的切入點,它是踩在24V的肩膀上的,它能到達的電壓尖峰有多高,完全看仨兄弟的并聯阻值有多大了(內阻、壓敏、負載三者并聯效果),當來了一個沖擊能量,其電壓超過壓敏電阻的閾值后,壓敏電阻的阻值瞬間下降,該回路電流變大,消耗瞬間的沖擊能量,從而起到保護后級的效果。


實際的壓敏電阻是有平臺電壓效應的

沒加壓敏電阻之前,沖擊的波形是這樣的:

加了壓敏之后的沖擊波形可能是這樣的:

波形中的平臺一般叫平臺電壓,這個時候單純的使用壓敏可能無法解決問題,就需要使用齊納二極管、放電管這些器件配合使用了。每個器件都有一個最小響應時間,我們可以根據需要增加齊納二極管來確保耐壓是在芯片的最高瞬間安全耐壓以下的。

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