压敏电阻（Varistor，压敏电压敏电阻器的简称）是一种具有非线性伏安特性的电压保护器件，其核心功能是吸收过电压能量并限制两端电压，广泛应用于电子设备、电力系统等领域的过电压防护。以下是其主要应用领域及典型实例分析：

一、核心应用领域

1. 电源端口浪涌防护

   • 场景：交流/直流电源输入端（如220V市电、DC电源适配器）。
   • 作用：抑制电网中的操作过电压、雷击感应浪涌、开关噪声（如电机启停）。

2. 信号线防护

   • 场景：通信端口（RS232、RJ45）、传感器接口、控制信号线。
   • 作用：抵御静电放电（ESD）、感应雷击、开关干扰。

3. 半导体器件保护

   • 场景：MOSFET/IGBT的栅极-源极、继电器线圈、开关电源开关管。
   • 作用：吸收开关过程产生的电压尖峰（如关断时的 ( L \cdot di/dt ) ）。

二、典型实例分析

1. 交流电源输入端的雷击浪涌保护

• 电路结构：
  • 压敏电阻（如14D471K）并联在 火线（L）与零线（N） 之间，或 火线/零线与地线（PE） 之间。
  • 通常配合 气体放电管（GDT） 或 TVS二极管 组成多级防护电路（GDT在前级泄放大电流，压敏电阻钳位残压）。
• 工作过程：
  • 当雷击导致电压骤升（如＞470V），压敏电阻迅速导通，将电压限制在安全值（如820V以下），并将浪涌电流导入地线或回流路径。
• 关键参数：
  • 压敏电压（V_1mA）：选型需高于电源峰值电压（220V交流选470V~680V）。
  • 通流容量（I_p）：根据浪涌等级选择（如10kA/8/20μs）。

2. 直流电源端口的开关噪声抑制

• 场景：开关电源的DC 24V输入、车载电子设备。
• 电路接法：
  • 压敏电阻并联在 正极（+）与负极（-） 之间，靠近电源输入端。
• 实例分析：
  • 当外部继电器断开感性负载（如电机）时，产生反向电动势，压敏电阻（如07D391K）导通吸收能量，防止损坏电源模块。

3. 信号线ESD防护

• 场景：USB数据线、以太网口、按键电路。
• 接法设计：
  • 对差分信号（如USB D+/D-），各线对地并联压敏电阻（如0402封装的5V型）。
  • 对单端信号，在信号线与GND之间接入低压压敏电阻（如V_1mA=9V）。
• 作用效果：
  • 当人体静电（8kV）注入时，压敏电阻在纳秒级导通，将电压钳位在30V以内，保护后端IC。

4. IGBT/MOSFET的开关保护

• 场景：变频器、逆变器中的功率开关管。
• 保护电路：
  • 压敏电阻并联在 栅极-发射极（G-E） 两端。
• 原理：
  • 当关断瞬间产生过冲电压时（如因寄生电感），压敏电阻（如V_1mA=18V）吸收能量，防止栅极击穿。

三、选型注意事项

1. 压敏电压 ( V_{1mA} )
   • 需满足： ( V{DC} < V{1mA} < \text{被保护器件耐压} )（如DC 24V系统选33V~39V压敏电阻）。
2. 能量吸收能力（J）
   • 依据浪涌能量选择尺寸（如φ7mm用于小浪涌，φ20mm用于10kA以上）。
3. 寄生电容影响
   • 高频信号线（＞10MHz）应选低电容型（＜10pF）或改用TVS二极管。
4. 长期可靠性
   • 避免持续工作电压接近 ( V_{1mA} )，否则漏电流增大导致老化。

小结

压敏电阻的核心价值在于 以低成本实现电压钳位，尤其适合 电源端口的大能量浪涌防护 及 中低频信号线的瞬态抑制。在设计防护电路时，常作为前级或中级防护元件，需与其他器件（GDT、TVS、熔断器）协同工作，形成多级防护体系以应对不同强度的威胁。