【技术大神】实例分析压敏电阻选型的重要性

时间： 2016-07-20 来源：技术大神活动文章

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大家都知道压敏电阻是防雷的一种器件，因此在说压敏电阻之前，有必要先来聊聊雷电。

关于雷电，人们印象最深刻的就是富兰克林的风筝引雷试验（如图1），在该试验中富兰克林不仅成功观察到了电火花，而且还被电给击昏倒。同样是风筝实验，俄罗斯物理学家里奇曼在1753年不幸丢了性命。由此可以看出，雷电能量巨大且极其危险。

图1：富兰克林风筝引雷实验

言归正传，雷击造成的过电压可分为直接雷击过电压和感应雷击过电压，直击雷造成的影响是巨大的，一般的设备都无法在直击雷下“全身而退”，所以大部分应对直击雷的方法都是避雷针引雷法，这里就不详述了。本文我们主要讨论的是以直击雷为圆心，周围数公里之内的感应雷击过电压的防护，如图2所示。

图2：感应雷击过电压

按照国家推荐标准GB/T 17626.5的规定，过电压试验等级根据安装环境分为6类（详见标准）。对于电力线取电的低压配电产品，因其安装在配电箱中，属于入户的第一级，可归为第4类，规定的线对线过电压为4kV，线对地为5kV。如果这么大的电压直接作用到产品内部的元器件上，一般的器件均会被电压击穿。为防止这种现象的发生，我们就需要电压抑制的器具——压敏电阻（电压抑制器件还有气体放电管GDT和瞬态电压抑制二极管 TVS等，此文对它们的优缺点不作过多论述）。压敏电阻的选择应遵循“起保护时，残压越小越好，不起保护时，漏电流越小越好”的原则，总结起来就是 “过压时压敏电阻起限压保护且不损坏，不过压时压敏电阻不起任何影响且不损坏”。或用一句更经典的话就是“养兵千日，用兵一时”。没有最好的选择，只有最适合的选择。本文想要通过具体案例来说明压敏电阻选择不当的严重后果。

我们公司曾经有一款低压配电产品在现场严重烧毁（如图3所示）将产品“解剖”分析后，发现烧毁的源头是其中的一个欠压保护附件。为了找到问题的根源我们将故障重新进行了模拟实验，最终确定是由于欠压保护附件里面的压敏电阻在过压情况下引起的过电流现象，从而造成前端限流电阻烧毁，输入端简化电路如图4所示。

图3：案例现场

图4：输入端简化电路

起初，我们选择的压敏电阻是LITTELFUSE额定电压250V的V14E250P，误差10%，器件额定电压的范围为225V~275V，然而电网电压是230V，考虑10%的波动后电压范围是217V~253V，如图5。在最坏情况时，电网电压正偏10%，器件负偏10%，两个电压落在了一个区域，这个区域就成了危险区域，压敏电阻很有可能因为长时间过压造成的热累积而加速衰减，流过压敏电阻的电流越来越大，两个水泥电阻的功耗也越来越大，最终烧毁。

图5：电网电压范围和器件电压范围

因此，我们得选择额定电压大于281V的压敏电阻，才能保证长期的可靠工作。鉴于此，我们的优化方案就是将V14E250P换成同系列的V14E300P。

图6：电网电压范围和器件电压范围

对于更换后的产品，我们做了过电压的试验，在电网电压的波动范围最大电压下，连续工作一周也没有出现烧毁的类似现象，说明以上的分析是完全正确的。对于可能造成的浪涌电压残压增大的负面影响，我们也作了理论和实验分析，结果都是正常的。最终，简单的更换原器件，就大大提高了产品的可靠性。

此案例是压敏电阻在不该起保护时，流通电流太大，影响了其它器件正常工作造成的。还有些案例是模拟雷击试验时，压敏电阻由于选型不当，没能限制电压，起不到保护作用，造成受保护器件损坏。

压敏电阻的选型虽然有很多经验公式，且大部分情况下不会有太大问题，但并不代表它的选型就一定简单。严格来讲，压敏电阻的片径、额定电压以及其前端限流电阻都需要经过严格的反复迭代计算才能得到一组比较合适的值。鉴于力特（Littelfuse）官网上有非常详细的选型计算，所以我就不细述了。这里的例子只是从反面告诉大家，压敏电阻虽不起眼，但是如果不认真选型，很可能造成雷雨天产品损坏，或者正常条件下突然冒烟烧毁，最终大大降低产品的可靠性，后果是非常严重的。随着智能电器越来越多，且长时间挂在电力线上，因此选择压敏电阻时应认真谨慎。

作者：西门子徐工

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全部评论（24）

小子儿 Lv3. 高级工程师 2018-05-31

看看
港城岛民 Lv7. 资深专家 2017-12-29

学习了
奉木水长 Lv7. 资深专家 2017-11-10

学习了
龙族队长 Lv7. 资深专家 2017-09-05

不错
莺莺 Lv7. 资深专家 2016-07-27

压敏电阻选择不好，后果可能会十分严重。

咖啡加奶 Lv8. 研究员 2016-07-26

之前用过压敏电阻，主要是用它来保护电路的，防止电压升高，损坏电路板。
宏图 Lv4. 资深工程师 2016-07-26

压敏电阻有时候保护电路的作用的确很大。
大胖 Lv6. 高级专家 2016-07-26

压敏电阻选型时需要全面考虑应用场景中各种极端状况，才能选出合适的。
用户_6571 Lv4. 资深工程师 2016-07-26

此文章值得一读，以后选择压敏电阻必须重视参数。
饮水者 Lv8. 研究员 2016-07-26

写的挺好的，压敏电阻选择相当重要。

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LITTELFUSE - 选型指南 - Revised: 09/14/17 代理服务技术支持批量订货

常见电源拓扑及过流保护器件保险丝产品推荐

本文介绍了电源常见拓扑及相应解决方案，包括单向交错PFC+LLC、双向图腾PFC+LLC等。产品涉及过流保护、雷击浪涌保护、电流检测等，使用TVS、ESD、PTC等器件。最后提到保护器件和功率器件的多样选择，鼓励根据设计需求灵活调整。

2024-03-04 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货

【选型】汽车电子功能模块抛负载保护TVS、MOV选型

随着汽车成为大众消费品进入千家万户，无论是传统车辆还是新能源PHEV，车辆的长期安全可靠性成为衡量汽车品质的一个重要指标。而保证汽车安全可靠，除了在汽车电子元器件的车规级的认证选型上需要关注之外，对于汽车电子功能模块的保护也越来越重要。本文介绍抛负载保护器件选型以及推荐Littelfuse TVS SLD8S24A和MOV V10E17AUTO、V20E17AUTO用于汽车电子功能模块抛负载保护。

2020-03-09 - 器件选型代理服务技术支持批量订货

【产品】防雷击的TVS二极管，保障CAN总线通信安全

内含两个双向TVS管，泄露电流低至0.1uA，钳位电压极低。

2017-03-07 - 新产品代理服务技术支持批量订货

【元件】力特推出SM10系列压敏电阻，可承受高达125℃，在汽车与电子产品浪涌保护方面取得突破性进展

Littelfuse公司宣布推出SM10压敏电阻系列，这是一款革命性的金属氧化物压敏电阻(MOV)，旨在为汽车电子器件、电动汽车(EV)以及其他各类应用提供卓越的瞬态浪涌保护。这款最新产品是首款符合AEC-Q200汽车标准的表面贴装MOV器件，能够承受高温工作，并以紧凑封装提供超高的浪涌电流处理能力。

2024-02-02 - 产品代理服务技术支持批量订货

三相380V压敏电阻配置、型号和接线方式？

三相380V压敏电阻接线方式一般是单根火线对零线并接，三相就是分别并三个，配置主要参数第一个是稳定电压值，一般选431或者471，第二个浪涌电流根据负载特性选择，第三个就是漏电流参考；型号选择推荐Littelfuse的压敏电阻，具体型号可参考：https://www.sekorm.com/doc/previewDoc?docId=680916

2018-10-15 - 技术问答

【应用】Littelfuse压敏电阻V175SM20用于大功率开关电源作防浪涌保护，钳位电压达455V

某大功率开关电源的电路保护部分需求MOV（压敏电阻）和TVS（瞬态电压抑制器），应对突发的大电压浪涌，防止其电路中的电子元器产生破坏。推荐Littelfuse的SM20金属氧化物压敏电阻器（MOV）系列。

2023-03-04 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

【应用】超低电容TVS阵列实现CVBS端口的静电和浪涌保护

SLVU2.8HTG具有2pF的负载电容，超过了IEC61000-4-2ESD标准的ESD最高保护水平。

2017-04-26 - 新应用代理服务技术支持批量订货

3通道TVS阵列SP0503BAHTG用于USB防护时，该如何使用？

3通道TVS阵列SP0503BAHTG用于USB防护时，其公共端接USB的电源地GND，另外3端分别接USB的电源VCC、数据线USB D+和USB D-。

2017-10-10 - 技术问答

【应用】600W瞬态电压抑制二极管P6SMB170A用于光伏逆变器，钳位电压234V

某客户在70KW光伏逆变器项目中需求一款瞬态电压抑制二极管来保护系统免受浪涌的冲击，要求10/1000μs波形下的600W峰值脉冲功率能力，重复率：0.01%，小体积，贴片封装。本文推荐的TVS P6SMB170A，满足客户需求。

2022-04-30 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

【应用】符合车规认证的AUMOV系列压敏电阻为车载OBC保驾护航

车载OBC又称车载交流充电机，安装于电动汽车上，通过插座和电缆与交流插座连接，以三相或者单相交流电源向汽车提供电源；车载OBC的优点是不管车载电池在任何时候，任何地方需要充电，只要有充电机额定电压的交流插座，就可以对电动汽车进行充电。由于接的是电网电压，因此需要对OBC输入端进行防雷设计，本文简述了Littelfuse的AUMOV系列压敏电阻在车载OBC上的防雷设计应用。车载OBC输入一般以电网电

2019-04-15 - 应用方案代理服务技术支持批量订货