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選擇合適的壓敏電阻進行過壓電路保護
壓敏電阻，也稱為金屬氧化物壓敏電阻（MOV），用于保護敏感電路免受各種過壓條件的影響。本質上，這些依賴電壓的非線性器件具有類似于背對背齊納二極管的電氣特性。
電壓瞬變壓敏電阻具有很高的耐用性，這對于承受反復的高峰值脈沖電流和高能浪涌瞬變至關重要。它們還提供寬電壓范圍，高能量吸收以及對電壓瞬變的快速響應。峰值電流額定值范圍為20至70,000 A，而峰值能量額定值范圍為0.01至10,000J。
在本文中，“電壓瞬變”定義為電能的短時電涌。在變阻器打算保護的電路中，該能量可以通過受控的開關動作以可預測的方式釋放，也可以從外部源隨機引入電路中。常見來源包括：
雷電：實際上，雷電引起的瞬變不是直接敲擊的結果。雷擊會產生磁場，該磁場會在附近的電纜中引起較大的瞬變。云間罷工會影響架空電纜和地下電纜。結果也是不可預測的：在1英里外發生的罷工會在電纜中產生70 V的電壓，而在160碼以外的地方會產生10kV的電壓。
? 感性負載切換：發電機，電動機，繼電器和變壓器代表典型的電感瞬變源。打開或關閉感應負載會產生高能量瞬變，隨著負載的增加，瞬變強度會增加。當感應負載關閉時，磁場會轉換為電能，并以雙指數瞬態的形式出現。根據不同的來源，這些瞬變可能高達數百伏特和數百安培，持續時間為400 ms。由于負載大小的變化，瞬變的波形，持續時間，峰值電流和峰值電壓會發生變化。估算這些變量后，電路設計人員將能夠選擇合適的抑制器類型。
? 靜電放電（ESD）：這種能量是物體之間正負電荷不平衡的結果。它的特點是上升時間非常快，峰值電壓和電流很高。
壓敏電阻基礎
壓敏電阻主要由氧化鋅（ZnO）球陣列組成，其中ZnO被少量的其他金屬氧化物（例如鉍，鈷或錳）改變。在MOV制造過程中，將這些球燒結（融合）到陶瓷半導體中。這產生了晶體的微觀結構，使這些器件能夠在其整個體中散發很高水平的瞬態能量。燒結后，將表面金屬化，并通過焊接連接引線。
由于MOV的高能量耗散，它們可用于抑制交流電源線應用中發現的雷電和其他高能瞬變。它們具備承受大量能量的能力，并將這種潛在的破壞性能量從位于下游的敏感電子設備轉移開來。MOV（也用于直流電路）具有多種形式（圖1）。
1.金屬氧化物壓敏電阻（MOV）具有各種尺寸和尺寸，可用于廣泛的應用。徑向鉛盤類型是最常見的版本
多層壓敏電阻
多層壓敏電阻（MLV）解決了瞬態電壓頻譜的特定部分：電路板環境。盡管能量較低，但來自ESD，電感性負載切換甚至雷電浪涌殘余的瞬變可能會到達板上的敏感集成電路。MLV也由ZnO材料制成，但它們是由金屬電極的交織層制成的，并采用無鉛陶瓷封裝生產。當承受超過其額定電壓額定值的電壓時，它們被設計為從高阻抗狀態轉換為導通狀態。
MLV具有各種芯片形式的尺寸，并且能夠根據其尺寸消散大量的浪涌能量。因此，它們適合于數據線和電源瞬態抑制應用。
申請指引
為特定的過壓保護應用選擇合適的MOV時，電路設計人員必須首先確定要保護的電路的工作參數，包括：
?浪涌事件期間的電路條件，例如峰值電壓和電流
?MOV連續工作電壓（正常情況下應比最大系統電壓高20％）
?MOV必須承受的浪涌次數
?可接受的允許通過電壓受保護的電路
?電路必須遵守的任何安全標準
為了簡單起見，在本示例中，假設目標是針對以下電路條件和要求選擇低壓直流光盤MOV：
?24V直流電路
?浪涌電流波形為8×20μs；電壓波形為1.2×50μs（這是典型的行業標準波形）
?浪涌期間的峰值電流= 1000 A
?MOV必須能夠承受40次浪涌
?其他電路組件（控制IC等）必須達到最高承受300 V
步驟1： 要找到MOV的額定電壓，請留出20％的裕量，以考慮電壓驟升和電源容差：24 V dc×1.2 = 28.8 V dc。鑒于沒有壓敏電阻的電壓額定值正好為28.8 V，請查看數據手冊以獲取31 V dc MOV的規格。
步驟2： 要確定要使用的MOV光盤大小，請首先確定最小滿足1000-A浪涌要求的MOV系列。檢查上表建議使用20毫米MOV和31伏直流最大連續額定電壓（部件號V20E25P）作為滿足要求的可能解決方案。
步驟3：使用同一數據表中的脈沖額定曲線（圖2）來確定相對于1000A要求下的40個脈沖的脈沖能力。
2. MOV的數據表將提供脈沖速率曲線；此示例適用于20毫米MOV。
步驟4： 使用MOV數據表中的VI曲線（圖3）來驗證泄漏電壓將小于300V上限。
3. MOV數據表還將具有電壓與電流的曲線，例如圖2中20mm器件的最大鉗位電壓曲線。
保護MOV免受熱失控
壓敏電阻在浪涌事件期間對瞬態能量的吸收會在組件內產生局部加熱，最終導致其退化。如果不加保護，壓敏電阻的退化會增加發熱和熱失控。因此，越來越多的基于壓敏電阻的電涌保護設備提供了內置的熱斷開功能。即使在壓敏電阻壽命終止或持續過電壓的極端情況下，它也可提供針對災難性故障和火災危險的附加保護。
MOV額定用于特定的交流電源工作電壓。通過施加持續的異常過電壓條件超過這些限制可能會導致過熱并損壞MOV。
在大浪涌或多次小浪涌之后，MOV傾向于逐漸降低。這種退化導致MOV泄漏電流增加；反過來，即使在正常條件下（例如120V交流或240V交流工作電壓），這也會提高MOV的溫度。與MOV相鄰的熱斷路（圖4）可用于感測MOV溫度的升高，同時溫度會繼續下降到其使用壽命終止條件。此時，熱斷開將斷開電路，從電路中去除降級的MOV，從而防止潛在的災難性故障。
4.熱斷開可以斷開電路，從而防止MOV降級的災難性故障
LED驅動器和閃電
通常，大多數LED電源是恒定電流類型，通常稱為LED驅動器。這些可以作為包含MOV的現成組件購買，以滿足較低級別的浪涌要求。
通常，驅動器額定可承受1到4 kV的電涌。壓敏電阻的直徑范圍為7到14毫米，通常位于交流電源上保險絲的下游。但是，為在室外安裝在裸露的電涌環境中的照明設備提供更高級別的電涌抗擾性，戶外照明OEM可能需要在LED驅動器之前在其燈具的交流輸入線上添加電涌保護設備（SPD）。
MOV設計示例：工業電機
交流電動機保護的一個方面是電動機本身的耐浪涌能力。NEMA電動發電機標準MG-1的20.36.4段將電涌的單位值定義為：u×V L-L（或0.816×V L-L），其中VL-L是交流電源系統的線電壓。
對于0.1到0.2μs的瞬態上升時間，在定子繞組上要求浪涌能力的單位值是兩倍。上升時間達到1.2μs以上時，規定為單位值的4.5倍。對于閃電等外部瞬變，這相當于在250V高壓條件下對于230V電動機（滿載電流= 12A）的918 V PEAK的浪涌電壓能力。（雷電浪涌可能超過這些值，因此定子繞組還需要一個抑制元件來進行保護。）
工作溫度是另一個考慮因素。假定該應用的環境工作溫度范圍為0至+ 70°C。這將在MOV的-40至+ 85°C額定值范圍內，并且不需要在此溫度范圍內降低浪涌電流或能量的額定值。考慮到高線路容限，可能需要275V交流額定MOV在此示例中被選中。使用2 hp單相中型電動機，MOV所需的浪涌電流額定值將由電動機電源處感應的峰值電流確定。假設電機的維修地點和2Ω的線路阻抗，則確定可能產生3 kA的雷電浪涌。
在這種情況下，一個數據表指示在900 V時最大鉗位電壓為3 kA，低于建議的918-V定子繞組耐壓能力。如果電動機的使用壽命估計為20年，并指定為在使用期內能夠承受80次雷電瞬變，則數據表脈沖額定值曲線將驗證100次以上電涌的額定值。