壓敏電阻的選用需綜合考慮電路特性、保護需求及環境條件，確保其能有效抑制瞬態過電壓并可靠工作。以下是詳細的選用方法及關鍵步驟：

一、明確保護目標與電路參數

1. 確定保護對象

• 敏感元件：如芯片、電容、傳感器等，需明確其耐壓值（如芯片的絕對最大額定電壓）。

• 電路類型：區分交流（AC）或直流（DC）電路，以及電源輸入端、信號接口、電機驅動等不同場景。

2. 分析電路參數

• 工作電壓：

• AC電路：測量有效值（如220V AC），峰值電壓為有效值×√2（≈311V）。

• DC電路：直接測量直流電壓（如12V DC）。

• 預期浪涌類型：

• 雷擊浪涌（高能量、低頻率）。

• 靜電放電（ESD，高電壓、短時間）。

• 開關操作產生的尖峰（如感性負載關斷時的反電動勢）。

二、關鍵參數選型

1. 標稱電壓（V?mA）

• 定義：壓敏電阻在1mA直流電流下測得的電壓值，是其導通閾值。

• 選型原則：

• V?mA > 電路正常工作電壓峰值：避免誤動作。

• V?mA < 后級元件耐壓值：確保浪涌時電壓被鉗位在安全范圍。

• 經驗公式：

• AC電路：V?mA ≥ (1.8~2.5) × √2 × V_rms（如220V AC選470V~680V）。

• DC電路：V?mA ≥ (1.2~1.5) × V_DC（如12V DC選18V~22V）。

2. 通流容量（Ipp）

• 定義：壓敏電阻在8/20μs波形下能承受的最大浪涌電流峰值。

• 選型原則：

• 根據預期浪涌能量選擇，需留足夠余量（通常選預期浪涌電流的1.5~2倍）。

• 常見場景參考：

• 家庭電器（如空調）：2kA~4kA。

• 工業設備（如變頻器）：10kA~40kA。

• 通信設備（如路由器）：500A~1kA（針對ESD）。

3. 能量吸收能力（W?）

• 定義：壓敏電阻在單次浪涌中能吸收的最大能量（單位：焦耳，J）。

• 選型原則：

• 計算浪涌能量：W = 0.5 × C × V2（電容放電場景）或根據浪涌電流波形積分。

• 選擇W? ≥ 計算值的1.2~1.5倍。

• 示例：

• 雷擊浪涌（8/20μs，10kA，470V）：W ≈ 0.5 × 10kA × 470V × 8μs ≈ 188J（需選W?≥200J的型號）。

4. 最大持續工作電壓（MCV）

• 定義：壓敏電阻可長期承受的最大直流或交流有效值電壓。

• 選型原則：

• MCV > 電路正常工作電壓（留10%~20%余量）。

• 避免長期接近MCV工作，防止性能退化。

5. 漏電流（I_L）

• 定義：在標稱電壓下，壓敏電阻的靜態電流。

• 選型原則：

• 漏電流越小越好（通常≤1μA），避免增加電路功耗。

• 高阻抗型壓敏電阻（如SMD封裝）漏電流更低。

三、物理特性與封裝選擇

1. 封裝形式

• 引線型：如5D、7D、10D、14D、20D（數字代表直徑，單位mm），適用于大電流場景（如電源輸入端）。

• 貼片型（SMD）：如0402、0603、0805、1206，適用于小型化電路（如手機、USB接口）。

• 圓片型：如φ5mm、φ7mm，用于高電壓場景（如高壓直流輸電）。

2. 尺寸與功率

• 尺寸越大：通流容量和能量吸收能力越強，但寄生電容也越大（可能影響高頻信號）。

• 功率：需滿足浪涌時的瞬時功率（P = V × I），通常選擇功率降額≥50%的型號。

3. 寄生電容

• 影響：高頻電路中，寄生電容可能引入信號衰減或相位失真。

• 選型原則：

• 低頻電路（如電源）：寄生電容可忽略（通常為幾百pF至幾nF）。

• 高頻電路（如RF接口）：選低電容型（如<10pF）或串聯磁珠隔離。

四、環境適應性考量

1. 工作溫度范圍

• 工業級：-40℃~+85℃（適用于戶外設備）。

• 商業級：0℃~+70℃（適用于室內設備）。

• 高溫環境：需降額使用（如每升高10℃，通流容量降低約10%）。

2. 濕度與防護

• 防潮設計：在潮濕環境中，壓敏電阻可能因吸濕導致漏電流增大，需選擇涂覆三防漆或密封封裝的型號。

• 耐鹽霧：海洋環境需選抗腐蝕封裝（如環氧樹脂涂層）。

3. 機械應力

• 振動場景：避免使用引線型壓敏電阻，防止引腳斷裂，優先選貼片型或加固引線。

五、認證與標準符合性

1. 安全認證

• IEC 61000-4-5：浪涌抗擾度測試標準。

• UL 1449：浪涌保護器件（SPD）安全標準。

• CQC：中國強制性產品認證（適用于國內銷售設備）。

2. 環保要求

• RoHS：符合無鉛化要求。

• REACH：無有害物質限制。

六、選型步驟總結

1. 確定保護需求：電壓等級、浪涌類型、能量大小。

2. 計算關鍵參數：

• V?mA = (1.2~2.5) × 電路峰值電壓。

• Ipp = 1.5 × 預期浪涌電流峰值。

• W? = 1.2 × 浪涌能量計算值。

3. 選擇封裝與尺寸：根據空間、電流和頻率需求。

4. 驗證環境適應性：溫度、濕度、機械應力。

5. 檢查認證與成本：確保符合標準且性價比合理。

七、典型應用案例

案例1：220V AC電源輸入端保護

• 需求：抑制雷擊浪涌（8/20μs，10kA，470V）。

• 選型：

• V?mA = 470V（留余量）。

• Ipp = 10kA（直接匹配浪涌電流）。

• W? = 200J（計算值≈188J，留余量）。

• 封裝：14D或20D引線型（大通流容量）。

案例2：USB 3.0接口ESD保護

• 需求：抑制±15kV靜電放電（IEC 61000-4-2）。

• 選型：

• V?mA = 18V（USB 5V供電，留3倍余量）。

• Ipp = 500A（ESD能量低，但需快速響應）。

• 封裝：0402 SMD（小型化，低電容<5pF）。

八、常見誤區與注意事項

1. 標稱電壓誤選：

• 過高：無法有效鉗位浪涌電壓。

• 過低：正常工作時誤動作，導致漏電流增大或發熱。

2. 通流容量不足：

• 浪涌時壓敏電阻可能燒毀，甚至炸裂產生電弧。

3. 忽略寄生電容：

• 高頻電路中可能導致信號失真，需優先選低電容型號。

4. 未考慮降額使用：

• 高溫或高濕度環境下需降低工作電壓或通流容量。

5. 單級保護不足：

• 需與保險絲、TVS二極管等元件協同工作，形成多級防護。