什么叫压敏电阻？
“压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。
压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。
在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。
压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻元件；电阻对电压较敏感，当电压达到一定数值时，电阻迅速导通。由于压敏电阻具有良好的非线特性、通流量大、残压水平低、动作快和无续流等特点。被广泛应用于电子设备防雷。
1、压敏电阻的主要参数：
残压：压敏电阻在通过规定波形的大电流时其两端出现的最高峰值电压。
通流容量：按规定时间间隔与次数在压敏电阻上施加规定波形电流后，压敏电阻参考电压的变化率仍在规定范围内所能通过的最大电流幅值。
泄漏电流：在参考电压的作用下，压敏电阻中流过的电流。
额定工作电压：允许长期连续施加在压敏电阻两端的工频电压的有效值。而压敏电阻在吸收暂态过电压能量后自身温度升高，在此电压下能正常冷却，不会发热损坏。
2、压敏电阻的发展：
1967年7月,松下电器公司无线电实验室的松冈道雄在研究金属电极—氧化锌陶瓷界面时,无意中发现氧化锌(ZnO)加氧化铋(Bi2O3)复合陶瓷具有非线性的伏安特性.进一步实验又发现,如果在以上二元系陶瓷中再加微量的三氧化二锑(Sb2O3)、三氧化二钴(Co2O3)、二氧化锰(MnO2)、三氧化二铬(Cr2O3)等多种氧化物,这种复合陶瓷的非线性系数可以达到50左右,伏安特性类似两只反并联的齐纳二极管,通流能力不亚于碳化硅(SiC)材料,临界击穿电压可以通过改变元件尺寸方便地加以调节,而且这种性能优异的压敏元件通过简单的陶瓷工艺就能制造出来,其性能价格比极高.
2.1 理论研究
1972年美国通用电气公司(GE)购买了松下电器公司有关氧化锌压敏材料的大部分专利和技术决窍.自从美国掌握了氧化锌压敏陶瓷的制造技术以后,大规模地进行了这种陶瓷材料的基础研究工作.自80年代起,对氧化锌压敏陶瓷材料的研究逐渐走进了企业.迄今为止,主要的理论研究工作都是在美国完成的.主要的研究课题有:
(1) 以解释宏观电性为目的的导电模型的微观结构的研究(70~80年代);
(2) 以材料与产品开发为目的的配方机理和烧结工艺的研究(70~80年代);
(3) 氧化锌压敏陶瓷材料非线性网络拓扑模型的研究(80~90年代);
(4) 氧化锌压敏陶瓷复合粉体的制备研究(80~90年代);
(5) 纳米材料在氧化锌压敏陶瓷中的应用研究(90年代).
2.2 研制开发
70年代末到80年代,基础理论研究取得了重大进展.据不完全统计,截止到1998年,公开发表的论文和专利说明书等累计达700多篇,其中有关基础研究的约占一半.在基础研究的推动下,80~90年代,压敏陶瓷的材料开发速度大大加快,目前已取得的成果有:
(1) 氧化锌压敏陶瓷的电压梯度已从最初的150V/mm扩散到(20~250)V/mm几十个系列,从集成电路到高压、超高压输电系统都可以使用;
(2) 开发出大尺寸元件,直径达120mm,2ms方波,冲击电流达到1200A,能量容量平均可达300J/cm3左右;
(3) 汽车用(85~120)℃工作温度下的高能元件;
(4) 视在介电常数小于500的高频元件;
(5) 压敏—电容双功能电磁兼容(EMC)元件;
(6) 毫秒级三角波、能量密度750J/cm3以上的低压高能元件;
(7) 老化特性好、电容量大、陡波响应快的无铋(Bi)系氧化锌压敏元件;;
(8) 化学共沉淀法和热喷雾分解法压敏电阻复合粉体制备技术;
(9) 压敏电阻的微波烧结技术;
(10) 无势垒氧化锌大功率线性电阻.
3 压敏电阻器的应用原理 ：
压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件,可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合.压敏电阻器可以对IC及其它设备的电路进行保护,防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流(如雷击等)而造成对它们的损坏.使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC或设备电路上,当电压瞬间高于某一数值时,压敏电阻器阻值迅速下降,导通大电流,从而保护IC或电器设备;当电压低于压敏电阻器工作电压值时,压敏电阻器阻值极高,近乎开路,因而不会影响器件或电器设备的正常工作.
压敏电阻器的应用广泛,压敏电阻主要可用于直流电源、交流电源、低频信号线路、带馈电的天馈线路.从手持式电子产品到工业设备,其规格与尺寸多种多样.随着手持式电子产品的广泛使用,尤其是手机、手提电脑、PDA、数字相机、医疗仪器等,其电路系统的速度要求更高,并且要求工作电压更低,这就对压敏电阻器提出了体积更小、性能更高的要求.因此,表面组装的压敏电阻器元件也就开始大量涌现,而其销售年增长率要高于有引线的压敏电阻器一倍多.
预计2002年压敏电阻器的市场增长率为13%,其中,多层片式压敏电阻器市场增长率为20%~30%,径向引线产品增长率为5%~10%.需求主要来自于电源设备,包括DC电源设备、不间断电源,以及新的消费类电子产品,如数字音频/视频设备、视频游戏,数字相机等.片式压敏电阻器已占美国市场销售总额的40%~45%.(0402)尺寸的片式压敏电阻器最受欢迎.0201尺寸的产品尚未上市.AVX公司的0402片式压敏电阻器有5.6V、9V、14V和18V等几种电压范围的产品,它们的额定功率为50mJ,典型电容值范围从90pF(18V的产品)~360pF(5.6V的产品).MaidaDevelopment公司也生产片式系列的压敏电阻器,但目前只推出了非标准尺寸的产品,1210、1206、0805、0603和0402的产品正在试产.
Littelfuse公司在2000年底前推出0201的产品.AVX和Littelfuse公司已推出电压抑制器阵列,如AVX推出的Multiguard系列四联多层陶瓷瞬态电压抑制器阵列(即压敏电阻器阵列)已经被市场接纳.可节省50%的板上空间,75%的生产装配成本.Multiguad系列采用1206型规格.其中有一种双联元件采用0805规格,工作电压有5.6V、9V、14V和18V等几种,额定功率为0.1J.AVX公司推出Transfeed多层陶瓷瞬态电压抑制器.该产品综合了公司Transguard系列压敏电阻器和Feedthru系列电容器/滤波器的功能.采用0805规格.该组件具有性能优势,更快的导通时间(或称响应时间,在200ps~250ps之间)和更小的并行系数.
Littelfuse制造的MLN浪涌阵列组件1206规格,内装4只多层压敏电阻器.该产品的ESD达到IEC671000-4-2第四级水平.其主要特性包括:感抗(1nH),相邻通道串扰典型值50dB(频率1MHz时),在额定电压工作状态下,漏电流为5A,工作电压高达18V,电容值可由用户指定.这种MLN贴片组件可用于板级ESD保护,应用领域包括手持式产品、电脑产品、工业及医疗仪器等.
EPCOS公司推出了T4N-A230XFV集成浪涌抑制器,内含两只压敏电阻器和一种短路装置.该产品用于电信中心局和用户线一侧的通信设备保护.
4、应用纳米材料改性压敏电阻：
氧化锌压敏陶瓷属体型压敏材料,电压、电流特性对称,压敏电压和通流能力可以控制,具有很高的非线性系数,成为当今压敏材料中的一个重要分支.为了解决高压型压敏电阻与高能型压敏电阻应用上的“死区”,提出添加纳米材料进行压敏电阻改性实验研究,制得高压高能型压敏电阻,将能大幅度提高电压梯度、非线性系数和能量密度.
到目前为止,在亚微米级前驱粉体基础上进行的各种传统改性研究(粉体制备方法的改进、配方和烧结工艺调整等),均无法解决高压高能问题,实现高压高能压敏电阻是公认的难题.压敏行业的专家普遍认为:发展多学科交*研究,利用新技术、新材料对压敏电阻进行改性是解决问题的关键.在各种新技术、新材料的应用方面,纳米材料已得到广泛重视,也正在形成一种新的发展趋势.目前国内外有相当一批学者正在着手这方面的研究,初步研究结果已经显示出采用纳米材料是实现高压高能的有效途径.
在国外由前南斯拉夫塞尔维亚科学院Milosevic1994年使用高能球磨法,制成平均粒径100nm以下的复合ZnO压敏电阻粉末,经高温烧结而成的压敏电阻,非线性系数达到45,烧成密度达到理论密度的99%,而且漏电流比较小.
由此可见,纳米材料可以大幅度提高电压梯度、非线性系数(即降低残压比,改善大电流特性)和能量密度,对实现压敏电阻和高压高能具有重要意义.
但是,当前文献报道所涉及的研究方法仅限于全部使用纳米材料,这种方法工艺复杂、成本高,不便于生产应用.而在采用纳米添加法领域内(使用少量或微量的纳米粉与亚微米粉相结合的方法),对压敏电阻进行改性研究,这种方法的优点在于:
纳米添加法具有选择性,可根据不同的应用需要,有目的地进行单组份纳米添加实验,寻求改性效果最佳的纳米材料和添加比例,因而原料成本不会大幅度增加.
制备方法简单,基本上改变压敏电阻的现有生产方法,研究成果便于直接应用到生产实际中去.
5、压敏电阻的不足：
5.1 寄生电容大 压敏电阻具有较大的寄生电容，一般在几百至几千微微法的范围。在高频信号系统中会引起高频信号传输畸变，从而引起系统正常运行。
5.2 泄漏电流的存在 压敏电阻的泄漏电流指标既关系到被保护电子系统的正常运行，又关系到压敏电阻自身的老化和使用寿命。
压敏电阻的损坏形：
5.3 当压敏电阻在抑制暂态过电压时能量超过其额定容量时，压敏电阻会因过热而损坏，主要表现为短路、开路。
6、压敏电阻微观结构、等效电路图：
2007-9-18 13:40
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7、压敏电阻电路的“安全阀”作用：
压敏电阻有什么用？压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。
8、应用类型
不同的使用场合，应用压敏电阻的目的，作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同，
因而对压敏电阻的要求也不相同，注意区分这种差异，对于正确使用是十分重要的。
根据使用目的的不同，可将压敏电阻区分为两大类：①保护用压敏电阻，②电路功能用压敏电阻。
8.1保护用压敏电阻
（1） 区分电源保护用，还是信号线，数据线保护用压敏电阻器，它们要满足不同的技术标准的要求。
（2） 根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同，可将跨电源线用压敏电阻器可区分为交流用或直流用两种类型，压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。
（3） 根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同，可将压敏电阻区分为浪涌抑制型，高功率型和高能型这三种类型。
★浪涌抑制型：是指用于抑制雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压的压敏电阻器，这种瞬态过电压的出现是随机的，非周期的，电流电压的峰值可能很大。绝大多数压敏电阻器都属于这一类。
★高功率型：是指用于吸收周期出现的连续脉冲群的压敏电阻器，例如并接在开关电源变换器上的压敏电阻，这里冲击电压周期出现，且周期可知，能量值一般可以计算出来，电压的峰值并不大，但因出现频率高，其平均功率相当大。
★高能型：指用于吸收发电机励磁线圈，起重电磁铁线圈等大型电感线圈中的磁能的压敏电压器，对这类应用，主要技术指标是能量吸收能力。
压敏电阻器的保护功能，绝大多数应用场合下，是可以多次反复作用的，但有时也将它做成电流保险丝那样的"一次性"保护器件。例如并接在某些电流互感器负载上的带短路接点压敏电阻。
8.2电路功能用压敏电阻
压敏电阻主要应用于瞬态过电压保护，但是它的类似于半导体稳压管的伏安特性，还使它具有多种电路元件功能，例如可用作：
（1）直流高压小电流稳压元件，其稳定电压可高达数千伏以上，这是硅稳压管无法达到的。
（2）电压波动检测元件。
（3）直流电瓶移位元件。
（4）均压元件。
（5）荧光启动元件
9、保护用压敏电阻的基本性能
（1）保护特性，当冲击源的冲击强（或冲击电流Isp=Usp/Zs)不超过规定值时，压敏电阻的限制电压不允许超过被保护对象所能承受的冲击耐电压（Urp）。
（2）耐冲击特性，即压敏电阻本身应能承受规定的冲击电流，冲击能量，以及多次冲击相继出现时的平均功率。
（3）寿命特性有两项，一是连续工作电压寿命，即压敏电阻在规定环境温度和系统电压条件应能可靠地工作规定的时间（小时数）。二是冲击寿命，即能可靠地承受规定的冲击的次数。
（4）压敏电阻介入系统后，除了起到"安全阀"的保护作用外，还会带入一些附加影响，这就是所谓"二次效应"，它不应降低系统的正常工作性能。这时要考虑的因素主要有三项，一是压敏电阻本身的电容量（几十到几万PF），二是在系统电压下的漏电流，三是压敏电阻的非线性电流通过源阻抗的耦合对其他电路的影响。
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