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[分享] 压敏电阻性能结构及优缺点分析

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片式压敏电阻器是一种瞬态浪涌电压抑制器,可在板极对IC及其它电路进行保护,防止因静电释放ESD、浪涌及其它瞬态电流造成的损坏,目前应用范围从移动电话、DC电源、不间断电源、计算机、消费类电子产品如数字声频/视频设备、视频游戏、数字相机和手提电脑和智能手机等。

瞬态浪涌电压是由雷电、电磁脉冲、火花放电或静电放电等现象产生的,几乎存在于每个交直流电子线路中。对于上述浪涌电压,以前的电路设计者使用电阻、电容、电感元件、氧化锌压敏电阻和齐纳二极管等来保护线路中的半导体元器件。近年来开发的一种新型 片式压敏感电阻器,能够有效地抑制集成电路中的瞬态浪涌电压,由于其元引线、体积小、响应速度快、通流容量大、限制电压低、温度特性好等特点,与传统引线型压敏电阻器相比,能够更有效地抑制瞬态浪涌电压,因而在IC保护、CMOS、MOSFET器件、汽车电子线路保护、I/O保护等方面均得到广泛的应用。

主要品种

片式压敏电阻器的品种目前从尺寸上分主要有:0201、0402、0603、0805、1206、1210、1812、2220等。从功能上分有:通用型、高能型、高温型和高频型。一般地,0201、0402和0603常用于ESD防护,0805、1206通常用于能量和频率均不太高场合下的浪涌吸收,1812和2220用于高能浪涌吸收。高温场合如汽车电子用的片式压敏电阻,需要独特的材料和设计,确保高温下元件的可靠性能。

基本结构

     片式压敏电阻器是中用流延工艺将电极层和半导体功能陶瓷层交错排布经烧结而成的半导体陶瓷元件,层间电极与元件的端面电极交错相连,增大相对电极的有效面积,因而提高了元件的耐受浪涌电压的能力。

     片式压敏电阻器的压敏电压即浪涌响应电压取决于两个电极层间厚度,与整个元件的厚度无关。元件的通流容量主要由交错叠层的数量决定,并随元件的尺寸增大而增大。

基本电性能参数

     压敏特性:片式压敏电阻器是一种对电压敏感的电阻器,具有对称的伏安特性,其阻值随着外加电压上升呈非线性下降,当电压在一定范围内进一步上升时,这种非线性响应更加剧烈。

     直流工作电压:在规定的环境条件下,保证片式压敏感电阻器正常工作所允许连续施加的最大直流电压值,它也作为测量漏电流的参考点,此电压通常小于元件的压敏电压。

     交流工作电压:在规定的环境条件下,保证片式压敏感电阻器正常工作所允许连续施加的最大交流电压值。

     最大浪涌电流(峰值电流Ip):在规定的脉冲波形(8/20us)和相应的电压下,保证片式压敏电阻器正常工作所允许的最大电流。这个脉冲可以从元件的任一端施加。

     最大浪涌能量(能量耐量Es):在规定的脉冲波形(10/1000us)下,保证片式压敏电阻器正常工作所能承受的最大的脉冲能量。

漏电流(IL): 在非传导模式下,该元件具有非常高的阻抗(接近1.0E+9欧姆),在系统中呈开路状态,此时漏电流非常低(室温下<5uA)。与齐纳二极管不同,片式压敏电阻器具有低漏电流特性,在最高工作温度下,漏电流不超过50uA.。

     压敏电压:该电压是片式压敏电阻器从开路状态进入导通状态的电压值,标称压敏电压通常为1mA直流电流所对应的电压。

     限制电压:在规定的脉冲波形(8/20us)和相应的电流下,元件两端产生的峰值电压。需指出的是峰值电压和峰值电流的产生在时间上不一定要一致。

     静电容量:元件在规定频率(1MHZ或1KHZ)和偏置电压1.0V下的电容量。

优点

(1)体积小    与传统的径向引线压敏电阻器和齐纳二极管相比,片式压敏电阻器是它们体积的1/4到1/3。例如1206规格,长3.2mm 宽1.5mm,0603规格长1.6mm 宽0.8mm。

(2)响应速度快  传统的径向引线压敏电阻器响应时间一般为10~50ns,片式压敏电阻器因无引线,电感近为零,因此其响应时间可达到0.5~10ns. 如设计上优化,片式压敏电阻器的响应时间可达到0.2ns,快速响应特性能对瞬态浪涌进行有效抑制,并且可将其就应用范围拓展到抗静电放电和抗电磁脉冲方面。

(3)限制电压低  限制电压的测量是在规定了某一试验电流和波形下进行的,如8/20us。片式压敏电阻器能够有效地把瞬态浪涌电压限制在被保护元件的击穿电压之下,从而避免元件遭受浪涌电压的危害。片式压敏电阻器由于具有特殊的结构而阻抗非常小,在击穿状态下仅有1~10欧姆,因此,片式压敏电阻器比使用径向引线型压敏电阻器可以在不改变线路阻抗和压敏电阻安装位置的前提下,降低限制电压。

(4)优良的温度特性  片式压敏电阻的各项基本电性能在-55~125deg.c温度范围,几乎不变。

(5)强大的通流能力  特殊的结构使多层电极和半导体陶瓷层叠加使得具有大的有效正对通电面积,因而可实现很大的通流容量。例如1206规格的,峰值电流可达到300A。

(6)宽广的电容量范围  使用叠层工艺可根据使用需要设计介质叠印的层数,获得所需的电容量,电容量范围可在1~10000pF。
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