MOV压敏选型指南

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MOV(压敏电阻)选型与计算

      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。

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：

   （2）工作电压范围宽(主流18-1800V，分若干档)，根据市场主流，主要如下：        

         ●5D——V1mA：18~750V         ●7D——V1mA：18~820V

         ●10D——V1mA：18~1100V     ●14D——V1mA：18~1800V

         ●20D——V1mA：18~1800V     ●25D——V1mA：18~1800V

   （3）对过压脉冲响应快(几至几十nS)；

   （4）耐冲击电流的能力强(可达100-15000A），根据市场主流，主要如下：

                ●5D——V1mA=18~56V时，I=100A；V1mA=68~750V时，I=400A        

                ●7D——V1mA=18~68V时，I=500A； V1mA=82~820V时，I=1750A        

                ●10D——V1mA=18~68V时，I=500A；V1mA=82~1100V时，I=2500A     

                ●14D——V1mA=18~68V时，I=1000A；V1mA=82~1800V时，I=4500A     

                ●20D——V1mA=18~68V时，I=2000A；V1mA=82~1800V时，I=6500A      

                ●25D——V1mA=18~68V时，I=4500A；V1mA=82~1800V时，I=15000A

    （5）漏电流小(低于几至几十uA)；

    （6）电阻温度系数小。

二、压敏电阻命名规则

        压敏电阻命名如下图：   

  

        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

        （1）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。

        （2）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）

                还是以步骤一的例子，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。

        （3）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：

                I P= (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。