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「电源外围设计经验」压敏电阻MOV选型指南

   日期:2020-03-06     浏览:284    评论:0    
核心提示:在电源应用过程中,为保证电源的供电稳定与电源的安全,常常会设计外围保护电路以确保电源使用过程中不被损坏。外围电路包括浪涌冲击保护电路、防静电保护电路、EMI滤波电路、脉冲群抗扰电路。本文将对浪涌冲击保护电路中使用的压敏电阻​MOV的使用和选型方法展开论述。

电源应用过程中,为保证电源的供电稳定与电源的安全,常常会设计外围保护电路以确保电源使用过程中不被损坏。外围电路包括浪涌冲击保护电路、防静电保护电路、EMI滤波电路、脉冲群抗扰电路。本文将对浪涌冲击保护电路中使用的压敏电阻MOV的使用和选型方法展开论述。

压敏电阻MOV选型指南

一、什么是压敏电阻?

压敏电阻,即MOV(metal Oxide Varistors),是一种非线性伏安特性的限压型保护器件,其本体是由氧化锌颗粒组成的矩阵结构,颗粒之间的晶界类似双向PN结的电气特性。

压敏电阻的应用场合:压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用,在电路承受过压时进行电压钳位,吸收多余的电流从而实现对后级电路的保护。

压敏电阻的主要特性:当两端所加电压在标称额定值以内时,其电阻值几乎为无穷大,处于高阻状态,漏电流低至几十微安;当两端所加电压稍微超过额定值时,其电阻值急剧下降,立即处于导通状态,工作电流增加几个数量级,反应时间低至纳秒级。当两端所加电压超过其最大限制电压时,它将完全击穿损坏,无法自行恢复。

正常使用时,压敏处于漏电流区,受浪涌冲击时进入非线性区泄放浪涌电流,一般不能进入饱和区。当压敏电压较低时,压敏工作于漏电流区,呈很大电阻,漏电流很小;当电压升高到非线性区,电压变化不大,电流在相当大范围内变化,限压特性较好;当电压再升高,压敏进入饱和区,呈现很小的线性电阻,电流很大,时间一长压敏会过热而烧坏甚至炸裂。因此,压敏电阻不能长期承受1mA的电流。

压敏电阻的特点:

1.工作电压范围宽(主流18-1800V,分若干档);

2.对过压脉冲响应快(几至几十nS);

3.耐冲击电流的能力强(可达100-15000A);

4.漏电流小(低于几至几十uA);

5.电阻温度系数小。

二、压敏电阻命名规则

例如471KD14:标称电压为470VDC,公差为±10%(即动作电压在423~517VDC之间),形状为圆形,直径14mm。

三、规格计算

步骤一:压敏电压(VARISTOR VOLTAGE)计算

V1mA=1.5Vp=2.2Vnom   (1)

式中,Vp为电路额定电压的峰值,Vnom为额定交流电压的有效值。

例如:某客户使用金升阳LHE60-20B12电源产品,额定输入电压为220VAC,则压敏电阻电压值:

V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476VDC

V1mA=2.2Vnom=2.2×220V=484VDC

因此压敏电阻的击穿电压V1mA可选在470-480V之间,如V1mA选470V,对应471KDxx压敏。

步骤二:最大允许电压(MAXIMUM ALLOWABLE VOLTAGE)计算

此电压分交流(VACrms)和直流(VDCr)两种情况:

VACrms≈0.64V1mA     (2)

VDCr≈0.83V1mA        (3)

同样以步骤一的例子,则计算步骤如下:

V1mA=470V,则VACrms≈0.64V1mA=300VAC,VDCr≈0.83V1mA=390VDC

而471KDxx压敏对应的VACrms=300V,VDCr=385V,步骤一计算出的参数验证可行。

步骤三:通流容量(I(8/20us))计算

最大通流量与压敏电阻直径成正比。在选择压敏电阻直径时,要确定被保护电路的雷击浪涌等级,以此来选择压敏电阻的最大通流量。

对压敏进行冲击试验时,随着所进行的冲击次数的增加,每次所施加的冲击电流要相应减小。通常,现行的技术规格书中都给出压敏冲击1次的I值。因此,一般我们在选择压敏时,其通流容量要按压敏浪涌寿命次数定额曲线中冲击10次到100次来计算,其实际通过的浪涌电流约为最大冲击通流量的30%左右(即0.3I)。

如果不知道浪涌等级所要求的通流量,可按照下图以压敏两端的差模电压进行计算。

例如:浪涌差模电压Vtest=2KV,压敏电阻471KDxx最大限制电压VCLAM=775V,则通流量计算:

Ip= (Vtest-VCLAM)/2 = 612.5A    (4)

I=Ip/0.3=2042A                       (5)

471KD10压敏对应的通流量(看压敏规格书Withstanding Surge Current列)I为2500A,大于2042A;而471KD07压敏对应的通流量I只有1750A;

故步骤一的案例中,压敏电阻建议选择10D以上,如471KD10。

四、关键指标

1)标称压敏电压(V1mA):指通过规定持续时间的脉冲电流(一般为1mA 持续时间一般小于400mS)时压敏电阻器两端的电压值;

2)最大限制电压(VCLAM):即残压,指在压敏能承受的最大脉冲峰值电流Ip及规定波形下压敏电阻两端电压峰值;

3)通流容量(Ip):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;

4)漏电流: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;

5)等级电压: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。

五、注意事项

1)响应时间:压敏电阻的响应时间为ns级,比气体放电管快,比TVS管稍慢一些;

2)结电容: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;

3)通流容量:压敏电阻的通流容量较大,但比气体放电管小;

4)电路位置:压敏电阻一般应用在产品的输入端L线和N线之间,置于保险丝之后,热敏电阻之前;

5)残压:压敏电阻的残压(即最大限制电压)会直接施加到产品的后端电路,残压过大可能会导致后端器件损坏(如整流桥或者大电容),因此设计时要保证残压不超过后级电路能承受的最大电压;

6)在电路设计时,输入压敏电阻的投影要远离控制IC,防止浪涌测试时IC受干扰,导致输出电压在浪涌测试时出现掉电。

六、压敏电阻的测量

单独测量:通常压敏电阻具有良好的非线性,即阻值随所加电压的增加而减少,且具有双向电流特性。测量时,将万用表置于R×1k挡,测其两引脚之间的正反向绝缘电阻,均为无穷大,否则说明漏电流过大。如果所测电阻过小,说明压敏电阻已损坏,不能使用。可以用数字万用表测量压敏电阻。

电源使用中,外围电路是必不可少的存在,选择适合的压敏电阻MOV对浪涌冲击保护电路尤为重要。

 


 
标签: 电源 压敏电阻
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