压敏电阻在电光源电路中的应用

众所周知, 晶体管是单晶半导体器件, 而压敏电阻是有空架晶格的多晶半导体, 随着所加电压, 晶格发生变化, 其电阻值也随着发生巨大变化的敏感器件类的电子元件, 如烧结成的SiC、ZnO2等, 其特点是它的内部电阻对外加电压非常敏感和迅速, 当所加入的电压在标称额定值内, 它的电阻几乎无穷大, 而所加的电压稍微高于额定值后, 电阻值迅速下降, 反应时间为毫微秒级。

从图1中便可反应出压敏电阻的伏安特性曲线来, 基本特性如一对性能相同的同极性串联的稳压二极管。

此外在进行半导体零部件抑制浪涌电压、斩波、限幅、保护的同时, 还要求能防止因干扰而引起的执行元器件的误动作, 要求压敏电阻还附有电容器储存电荷的功能。因此, T iO2、S aT iO3 ( 钛酸锶) 等容性的压敏电阻, 越来越多的运用在电子线路中。

图2可以看出压敏电阻所起的实际作用, 在国家标准《管形荧光灯用交流电子镇流器性能要求》GB/T15144-94中第5. 12条, 瞬时过电压( 4. 12) 试验: 电源中的瞬时过电压如表所示。

图3表示电源瞬时过电压的波形图。

根据国家标准要求选择好适当的压敏电阻, 运用在电子镇流器线路中, 便可有效抑制浪涌瞬时过电压, 吸收过电压尖脉冲对电子镇流器的冲击破坏, 有效保护电子镇流器的正常稳定工作, 这便是压敏电阻在供电电网由于叠加有过电压脉冲或受雷击时, 接有压敏电阻后波形被削平, 限制在一定的额定幅度内。

图4中在开启或关闭带有感性, 容性的负载电路时, 直流波形出现开关尖脉冲, 压敏电阻将吸收这种反电动势, 有效地保护开关电路、变电压。

压敏电阻的各种技术参数很多, 在此讨论最主要的技术参数, 即标称电压和耐浪涌电流值。

压敏电阻的标称值电压是指在允许变化温度的范围内, 压敏电阻的两端施加的电压, 是压敏电阻的阻值变化最敏感电压点。

图1中坐标X 轴上所指的位置, 按压敏电阻的检测要求, 流过压敏电阻的电流为1mA 所得出的标称值, 电压为V。在此必须明确指出: 压敏电阻的标称电压是峰值或直流电压值, 用万用电表所检测的交流电压是有效值, 应用下式来选择压敏电阻的标称值:

B = U 2B 为压敏电阻标称值; U 为电路中所实际使用的电压; 2 为系数。

耐浪涌电流是指在电路中由于各种原因如电源电压忽然升高、雷击、相线的变化反电动势的冲击所产生的瞬时电压或电流超过正常值的几倍乃至几十倍, 而所超过的时间又是短暂的, 属微秒量级的, 称之为浪涌电压和浪涌电流。

压敏电阻能承受浪涌的最大量为耐浪涌电流, 单位为A。按压敏电阻的检测要求, 其试验检测条件是在浪涌电流8/ 20??s, 冲击两次为基准。压敏电阻耐冲击电流均在100A 以上, 在电光源产品的电路中已满足使用要求。

压敏电阻与其它过压保护器在同样条件的线路中比较, 具有明显优势, 压敏电阻具有耐浪涌电流大,非线性质数大, 抑制过压能力强, 电压响应快, 漏电流小, 特性曲线对称, 温度特性好, 使用电压范围大, 可用在交流直流电路中, 体积小, 可靠性高, 价格低, 在电光源线路中作防雷击、过压保护、稳压、斩波、限幅、减弧、吸收反电动势电能, 取代隔离变压器等。

压敏电阻在具体的线路中虽位置不同, 但都可以进行并联、串联使用。在线路中并联使用将增加耐浪涌电流的安培数, 要指出的是要求并联的压敏电阻器标称电压基本一致。

在线路中串联使用将提高使用的标称电压值, 串联使用的压敏电阻为几个相加的和为串联后的实际标称值。

压敏电阻在照明灯具实际使用线路中, 要选择好标称电压值, 如选择不当, 不但不能起到保护作用, 反而会造成对照明灯具的破坏。一般电路中可掌握在1. 4～2倍标称值, 特别要注意交流有效值与峰值的换算关系。

虽然实际运用中选择标称电压越低越好, 但太低时, 在正常工作电压下, 流过压敏电阻的电流也大, 便带来压敏电阻自身损耗而发热, 一但发生过电压时,流过压敏电阻的电流会更大, 以致造成烧毁。对某些照明灯具线路有意选择低电压差来保护电路的场合,压敏电阻应安装在易散热和易更换的位置。

如图5所示, 照明过压保护电路压敏电阻接在市电经保险丝后的回路上, 其额定工作电压选择在照明灯具的安全使用电压范围内。计算公式:

B = U × 2 × ( 1. 4 ～ 2) 。

当使用电压超过压敏电阻标称值电压时, 在毫微秒的时间内, 压敏电阻的阻值急剧下降, 流过压敏电阻的电流急剧增加, 保险丝熔断, 使照明灯具线路断电而得到保护, 同时并联在保险丝两端的氖灯点亮,发出保险丝已熔断的警告。

图6中在特殊条件下使用的照明灯具, 要求极为严格, 采用了隔离变压器, 这时压敏电阻应在隔离变压器的初级, 次级线圈绕组两端同时使用压敏电阻器, 它能吸收抑制来自输入电压的浪涌, 过压雷击或开关引起的电火花干扰等。

图7中在单向可控硅、双向可控硅、整流二极管两端, 可并联压敏电阻, 来防止电路中的过电压,保护由于所控制的感性负载产生的反峰压和雷击破坏元器件, 值得提出的是明显的减少可控硅在调压时输出波形畸变引起的噪声。

图8中压敏电阻并在开关触点回路或被控制带有感抗、容抗的负载, 防止电弧火花放电保护开关触点,延长使用寿命。

图9中在继电器、电磁铁、磁力开关、电磁阀门的线圈两端并接压敏电阻, 能吸收线圈两端存贮的能量, 延长线圈使用寿命, 防止频繁开关产生噪音的辐射。

在图10线路中压敏电阻并联在桥式整流的输入端、输出端, 防止和保护由输入的交流电过电压、反电动式的过电压、雷击; 开、关产生的过电压, 使整流元件不受过电压的损伤, 减少开机的噪声。

图11在晶体管电路中, 三极管的e 极和b 极间, c级与b 级间带有感性的负载两端, 都可以并联压敏电阻; e 极与c 极接上压敏电阻器, 能防止输入过电压雷击损坏晶体管。当所控制的负载属感性的变压器、镇流器、电感、逆变器等, 在c 级与b 极间或者在负载线圈两端并接压敏电阻, 能有效地抑制电压对晶体管的损伤。当电路正常工作时, 压敏电阻处于高阻抗状态, 而电路中产生过电压时, 压敏电阻在毫微秒内导通, 限制过电压的幅度, 使晶体管免受损坏。

由于压敏电阻本身特性, 在内部存在固有的电容量, 如果晶体管在高频电路中工作, 应在压敏电阻上串一只电感线圈, 以防止高频信号被压敏电阻的固有电容吸收, 通常压敏电阻的固有电容量约在100～300PF 之间, 所以不能直接使用在高频电路中。

随着电子工业的发展, 压敏电阻将被越来越广泛使用, 在电光源这一领域中也同样会得到推广。