Варистор. Назначение, устройство и принцип работы

Варистор — это двухполюсное полупроводниковое устройство, которое защищает электрические и электронные устройства от переходных перенапряжений. Его сопротивление зависит от приложенного входного напряжения.

Слово варистор образовалось из двух слов «переменный» (variable) и резистор. Он также известен как резистор, зависящий от напряжения (voltage-dependent resistor VDR), сопротивление которого изменяется автоматически в зависимости от напряжения на нем.

Он всегда подключается параллельно с защищаемым устройством, так как его основная задача это защита электрической цепи от скачков напряжения.

На рисунке ниже показано представление варистора на электрических схемах:

Или более привычное нам изображение другого стандарта:

Они в основном используются для защиты цепи от колебаний высокого напряжения.

Устройство варистора

Варисторы «образуются», когда кристаллы карбида кремния или оксидов металлов вдавливаются в керамический материал.

Затем спекание материала проводится при высокой температуре после его высыхания. Электрические характеристики устройства зависят от температуры и атмосферных условий.

Чтобы иметь хорошо проводимые электрические контакты, контакты материала металлизированы серебром или медью. Затем провода припаиваются к контактам.

На рисунке ниже показан дисковый варистор:

В настоящее время это наиболее распространенные ограничители напряжения, которые можно использовать для широкого диапазона напряжений. Это нелинейное устройство, которое поглощает разрушающую энергию и рассеивает ее в виде тепла, чтобы предотвратить повреждение системы.

Обычно при его изготовлении используется оксид цинка, поэтому его также называют варистором на основе оксида металла.

На рисунке ниже показана структура металлооксидного варистора:

Здесь полупроводниковый элемент на 90% состоит из оксида цинка, а остальное — наполнитель, который образует соединение. Стандартный карбид кремния отличается от металлооксидного варистора тем, что MOV демонстрирует меньший ток утечки и его рабочая скорость выше.

Эксплуатация и характеристика варистора

Прежде чем приступить к изучению его работы, давайте сначала поймем связь между напряжением и сопротивлением варисторов.

На рисунке ниже показана зависимость сопротивления от напряжения для варистора:

Варисторы проявляют необычное поведение в случае изменения сопротивления. Здесь, как мы видим, когда напряжение малое, сопротивление на нем высокое. Но сопротивление быстро падает с ростом напряжения выше номинального напряжения (нелинейная зависимость).

Давайте теперь рассмотрим подробную работу варистора:

Когда на устройство подается малое напряжение, оно обеспечивает высокое сопротивление, из-за которого через него протекает очень малый ток. Когда напряжение увеличивается — ток увеличивается ввиду падения сопротивления элемента.

В этом и есть ключевая особенность работы варисторов. Таким образом, при малых напряжениях устройство ведет себя как изолятор, а с повышением напряжения начинает вести себя как проводник.

На рисунке ниже показана вольт-амперная характеристика варистора:

Как мы видим на графике, пока напряжение срабатывания не будет достигнуто, устройство остается в непроводящем состоянии. Таким образом, мы можем видеть линейную зависимость между напряжением и током. В это время через него протекает ток утечки очень малого значения из-за высокого сопротивления.

Однако после превышения напряжением уровня срабатывания варистор меняет свое состояние и становится проводником. Таким образом, мы видим, что сопротивление стало очень малым, и через него течет большой ток, даже после того, как напряжение ограничено после номинального напряжения.

Достоинства варисторов

• Обеспечивает превосходную защиту от перенапряжения.
• Поскольку он не показывает полярный эффект, легко достичь двунаправленности.

Недостатки варисторов

• Его стоимость довольно высока.

Применение варисторов

Они имеют очень широкое применение в защитных устройствах, таких как защита линий связи, защита микропроцессоров и источников питания, кабельного телевидения от и других электронных схем от перенапряжения.

надежная защита от скачков напряжения

1 июля 2016

Варисторы – надежное средство для подавления скачков напряжения в первичных электрических цепях. Компания Littelfuse выпускает широкую линейку этих изделий, состоящую из нескольких серий, в числе которых – лидеры отрасли по рассеиваемой энергии, индустриальные варисторы серии C-III.

Чтобы быть уверенным в надежном функционировании разрабатываемого устройства, нужно уже на ранних этапах разработки продумать подавление скачков напряжения. Это может быть комплексной задачей, потому что электронные компоненты очень чувствительны к переходным процессам. Разработчик должен определить тип угрозы, из-за которой могут возникать скачки напряжения, и то, каким стандартам должно соответствовать устройство, исходя из области его применения.

Варисторы чаще всего применяются для подавления скачков напряжения в первичных цепях. Компаний-производителей варисторов на рынке немало. Рассмотрим различные типы варисторов, остановимся на их физической сущности и сравним варисторы лидера рынка защитных компонентов – компании Littelfuse – с варисторами других популярных производителей – Epcos и Fenghua.

Варистор – электронный прибор, сопротивление которого нелинейно меняется с изменением подаваемого на него напряжения, его вольт-амперная характеристика (ВАХ) схожа с ВАХ двунаправленных диодов Зенера. Варистор состоит, в основном, из оксида цинка ZNO с небольшим содержанием висмута, кобальта, магния и других элементов. Варистор из оксида металла (Metal Oxide Varistor или MOV) спекается в процессе производства в керамический полупроводник с кристаллической микроструктурой, которая позволяет рассеивать очень большие энергии, поэтому варисторы часто используются для защиты от скачков напряжения, вызванных ударами молний, связанных с переходными процессами, с индуктивными нагрузками, электростатическими разрядами в цепях переменного и постоянного тока, а также в промышленных линиях питания.

Помимо этого, варисторы используются в сетях с постоянным напряжением, например, в низковольтных источниках питания или автомобильных цепях. Процесс производства варисторов позволяет придать им разнообразную форму. Однако наиболее распространенным форм-фактором варисторов является диск c радиальными выводами.

Характеристики варистора

Тело варистора представляет собой изотропную гранулярную структуру оксида цинка ZnO (рисунок 1). Гранулы отделены друг от друга, и их граница разделения имеет ВАХ, схожую с p-n-переходом в полупроводниках. Эти границы при низких напряжениях имеют очень низкую проводимость, которая нелинейно увеличивается с увеличением напряжения на варисторе.

Рис. 1. Фотография гранулярной структуры варистора, сделанная с помощью электронного микроскопа

Симметричная ВАХ показана на рисунке 2. Благодаря ей варистор отлично справляется с подавлением скачков напряжения. Когда они появляются в цепи, сопротивление варистора уменьшается во множество раз: от почти непроводящего состояния до высокопроводящего, уменьшая импульс напряжения до безопасного для цепи значения. Таким образом, потенциально опасная для элементов цепи энергия входного импульса напряжения абсорбируется варистором и защищает компоненты, чувствительные к скачкам напряжения.

Рис. 2. Симметричная ВАХ варистора

В местах соприкосновения микрогранул варистора возникает эффект проводимости. Так как количество гранул в объеме варистора очень велико, абсорбируемая варистором энергия значительно превышает энергию, которая может пройти через единичный p-n переход в диодах Зенера. В процессе прохождения тока через варистор весь проходящий заряд равномерно распределяется по всему объему. Таким образом, количество энергии, которую может абсорбировать варистор, напрямую зависит от его объема. Величина рабочего напряжения варистора и максимального тока зависят от расстояния между электродами, между которыми находятся гранулы оксида цинка. Однако есть множество других технологических моментов, которые обуславливают эти электрические параметры: технология гранулирования и спекания, влияющая на размер гранул и их площадь соприкосновения, присоединение металлических выводов, покрытие варистора, легирующие добавки.

Например, диапазон рабочих температур дисковых варисторов зависит от типа покрытия диска: у варисторов с эпоксидным покрытием диапазон -55…85°С, у фенолового покрытия, встречающегося у варисторов Littelfuse серии

C-III, этот диапазон расширен до 125°С. Также расширенный диапазон рабочих температур имеет большинство серий варисторов для поверхностного монтажа.

Рассмотрим подробнее принцип работы варистора.

В его корпусе между металлическими контактами находятся гранулы со средним размером d (рисунок 3).

Рис. 3. Схематическое изображение микроструктуры металл-оксидного варистора

Токопроводящие гранулы оксида цинка со средним размером гранулы d разделены между собой межгранулярными границами.

При разработке варистора для заданного номинального напряжения Vn основным параметром является количество гранул n, заключенных между контактами, что, в свою очередь, влияет на размер варистора. На практике его материал характеризуется градиентом напряжения В/мм, измеренном в коллинеарном направлении с нормалью к плоскости варистора.

Для контроля состава и условий производства градиент должен быть постоянным. Так как физические размеры варистора имеют определенные пределы, то сочетание примесей в составе прибора позволяет достичь заданного размера гранул и нужного результата.

Фундаментальным свойством ZnO-варистора является его практически постоянное падение напряжения на границах гранул во всем объеме. Наблюдения показывают, что вне зависимости от вида варистора, падение напряжения на границе соприкосновения гранул всегда составляет 2…3 В. Падение напряжения на границах гранул не зависит и от размера самих гранул. Таким образом, если опустить разные способы производства и легирования оксида цинка, то напряжение варистора будет зависеть от его толщины и размера гранул. Эта зависимость может быть легко выражена в следующем виде (формула 1):

, (1)

где d – средний размер гранулы.

Учитывая

,

получаем данные, представленные в таблице 1.

Таблица 1. Зависимость структурных параметров варистора от напряжения

Напряжение варистора Vn, В~	Средний размер гранулы, мкм	n	Градиент, В/мм при 1 мА	Толщина варистора, мм
150	20	75	150	1,5
25	80	12	39	1

Напряжение варистора Vn – это напряжение на вольт-амперной характеристике, где происходит переход из слабопроводящего состояния на линейном участке графика в нелинейный режим высокопроводящего состояния. По общей договоренности для стандартизации измерений был выбран ток 1 мА.

Несмотря на то, что варисторы могут за несколько микросекунд абсорбировать большое количество энергии, они не могут продолжительно находиться в проводящем состоянии. Поэтому в некоторых случаях, когда, например, напряжение в сети на продолжительное время увеличивается до уровня срабатывания, варистор начинается сильно греться. Его перегрев может закончиться возгоранием (рисунок 4). Для защиты от этого стали применяться термисторы. Варистор со встроенным термистором защищен от перегрева, что продлевает его срок службы и защищает устройство от возможного возгорания.

Рис. 4. Результат увеличения напряжения в сети на продолжительное время

Проведем сравнительный анализ наиболее популярных варисторов производства компаний Littelfuse, Epcos и Fenghua с рабочим напряжением 250 и 275 В (АС rms) и диаметром диска 10, 14 и 20 мм.

Как видно из таблицы 2, рассеиваемая варистором энергия зависит не только от его размеров, но и от технологии производства и материалов, которые использованы для выпуска серии. Заметим, что серия индустриального класса С-III производства компании Littelfuse вышла на первое место, серия UltraMOV тоже показала очень высокие характеристики, оказавшись на уровне конкурентов – серии Advanced производства Epcos. Также можно отметить, что варисторы C-III при меньшем габарите (D = 14 мм) имеют большую энергию рассеивания, чем стандартные серии конкурентов, имеющие большие размеры (D = 20 мм), а разница в рассеиваемой энергии между качественными варисторами в корпусе D = 20 мм и стандартными варисторами в корпусе D = 10 мм может отличаться на порядок.

Таблица 2. Сравнительный анализ наиболее популярных варисторов производства компаний Littelfuse, Epcos и Fenghua

Наименование	Производитель	Серия	D, мм	VRMS, В	Imax (8/20 мкс), А	Wmax (2 мс), Дж
V275LA40CP	Littelfuse	C-III	20	275	10000	320
V250LA40CP	Littelfuse	C-III	20	250	10000	300
B72220S2271K101, S20K275E2	Epcos	AdvanceD	20	275	10000	215
B72220S2251K101, S20K250E2	Epcos	AdvanceD	20	250	10000	195
V20E275P	Littelfuse	UltraMOV®	20	275	6500	190
V20E250P	Littelfuse	UltraMOV®	20	250	6500	170
B72220S0271K101, S20K275	Epcos	StandarD	20	275	8000	151
V275LA20CP	Littelfuse	C-III	14	275	6500	145
FNR-20K431	Fenghua	General	20	275	6500	140
B72220S0251K101, S20K250	Epcos	StandarD	20	250	8000	140
V250LA20CP	Littelfuse	C-III	14	250	6500	135
FNR-20K391	Fenghua	General	20	250	6500	130
B72214S2271K101, S14K275E2	Epcos	AdvanceD	14	275	6000	110
V14E275P	Littelfuse	UltraMOV®	14	275	4500	110
B72214S2251K101, S14K250E2	Epcos	AdvanceD	14	250	6000	100
V14E250P	Littelfuse	UltraMOV®	14	250	4500	100
FNR-14K431	Fenghua	General	14	275	4500	75
B72214S0271K101, S14K275	Epcos	StandarD	14	275	4500	71
FNR-14K391	Fenghua	General	14	250	4500	70
V275LA10CP	Littelfuse	C-III	10	275	3500	70
B72214S0251K101, S14K250	Epcos	StandarD	14	250	4500	65
V250LA10CP	Littelfuse	C-III	10	250	3500	60
B72210S2271K101, S10K275E2	Epcos	AdvanceD	10	275	3500	55
V10E275P	Littelfuse	UltraMOV®	10	275	2500	55
B72210S2251K101, S10K250E2	Epcos	AdvanceD	10	250	3500	50
V10E250P	Littelfuse	UltraMOV®	10	250	2500	50
FNR-10K431	Fenghua	General	10	275	2500	45
B72210S0271K101, S10K275	Epcos	StandarD	10	275	2500	43
FNR-10K391	Fenghua	General	10	250	2500	40
B72210S0251K101, S10K250	Epcos	StandarD	10	250	2500	38

Обзор варисторов производства компании Littelfuse c разбивкой на серии и области применения представлен в таблице 3.

Таблица 3. Области применения варисторов Littelfuse

Сегмент	Типовое применение и примеры	Серия	Технология	SMD-монтаж
Низковольтное оборудование, одноплатные устройства	Наладонные и портативные приборы, контроллеры, измерительное оборудование, компьютеры, дистанционные датчики, порты ввода/вывода и интерфейсы, медицинское оборудование	СН	MOV	+
		MA, ZA, RA, UltraMOV, CIII	MOV
		ML, MLE, MLN, MHS	MLV	+
Электросети, сетевые фильтры	Источники бесперебойного питания, измерители мощности, источники питания переменного напряжения, LED-драйверы, блоки питания, промышленные источники питания, автоматы, сетевые фильтры, бытовая электроника, управление питанием	TMOV, UltraMOV, CIII, LA, HA, HB, HG, HF, DHB, TMOV34S, RA	MOV	–
		SM20, SM7, CH	MOV	+
Автомобильная электроника	ABS, шины данных, контроллеры электродвигателей, сервоприводы, подушки безопасности, управление зеркалами, стеклоподъемниками, щетками	SM7, CH	MOV	–
		ZA, LV UltraMOV	MOV	–
		AUML, ML, MLE, MLN, MHS	MLV	+
Телекоммуникационное оборудование	Сотовые и DECT-телефоны, роутеры, модемы, сетевые карты, защита абонентского оборудования, T1/E1/ISDN, защита шин данных	SM7, CH	MOV	–
		ZA, LV UltraMOV	MOV	–
		SM20, SM7, ML, MLE, MLN, MHS	MLV	+
Мощное индустриальное оборудование	Силовые реле, соленоиды, драйверы электродвигателей, источники питания, роботы, большие двигатели/насосы/компрессоры	DA/DB, BA/BB, CA, HA, HB, HC, HG, HF, DHB, TMOV34S, CIII, UltraMOV	MOV	–

Литература

1. http://www. littelfuse.com/.
2. Electronics Circuit Protection Product Selection Guide.
3. http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/product_catalogs/littelfuse_product_selection_guide.pdf.pdf.
4. Metal-Oxide Varistors (MOVs).
5. http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/product_catalogs/littelfuse_varistor_catalog.pdf.pdf.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

•••

Наши информационные каналы

Варистор. Принцип работы и применение

Варистор является пассивным двухвыводным, твердотельным полупроводниковым прибором, который используется для обеспечения защиты электрических и электронных схем. В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, которые обеспечивают защиту по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения с помощью стабилизации напряжения подобно стабилитрону.

Слово «Варистор» является аббревиатурой и сочетанием слов «Varistor — variable resistor», резистор, имеющий переменное сопротивление, что в свою очередь описывает режим его работы. Его буквальный перевод с английского (Переменный Резистор) может немного ввести в заблуждения — сравнивая его с потенциометром или реостатом.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Но, в отличие от потенциометра, сопротивление которого может быть изменено вручную, варистор меняет свое сопротивления автоматически с изменением напряжения на его контактах, что делает его сопротивление зависимым от напряжения, другими словами его можно охарактеризовать как нелинейный резистор.

В настоящее время резистивный элемент варистора изготавливают из полупроводникового материала. Это позволяет использовать его как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Варистор во многом похож по размеру и внешнему виду на конденсатор и его часто путают с ним. Тем не менее, конденсатор не может подавлять скачки напряжения таким же образом, как варистор.

Не секрет, что когда в цепи электропитания схемы какого-либо устройства возникает импульс высокого напряжения, то исход зачастую бывает плачевным. Поэтому применение варистора играет важную роль в системе защиты чувствительных электронных схем от скачков напряжения и высоковольтных переходных процессов.

Всплески напряжения возникают в различных электрических схемах независимо от того, работают они от сети переменного или постоянного тока. Они часто возникают в самой схеме или поступают в нее от внешних источников. Высоковольтные всплески напряжения могут быстро нарастать и доходить до нескольких тысяч вольт, и именно от этих импульсов напряжения необходимо защищать электронные компоненты схемы.

Один из самых распространенных источников подобных импульсов – индуктивный выброс, вызванный переключением катушек индуктивности, выпрямительных трансформаторов, двигателей постоянного тока, скачки напряжения от включения люминесцентных ламп и так далее.

Форма волны переменного тока в переходном процессе

Варисторы подключаются непосредственно к цепям электропитания (фаза — нейтраль, фаза-фаза) при работе на переменном токе, либо плюс и минус питания при работе на постоянном токе и должны быть рассчитаны на соответствующее напряжение. Варисторы также могут быть использованы для стабилизации постоянного напряжения и главным образом для защиты электронной схемы от высоких импульсов напряжения.

Статическое сопротивление варистора

 

При нормальной работе, варистор имеет очень высокое сопротивление, поэтому его работа схожа с работой стабилитрона. Однако, когда на варисторе напряжение превышает номинальное значение, его эффективное сопротивление сильно уменьшается, как показано на рисунке выше.

Мы знаем из закона Ома, что ток и напряжение имеют прямую зависимость при постоянном сопротивлении. Отсюда следует, что ток прямо пропорционален разности потенциалов на концах резистора.

Но ВАХ (вольт-амперная характеристика) варистора не является прямолинейной, поэтому в результате небольшого изменения напряжения происходит значительное изменение тока. Ниже приведена кривая зависимости тока от напряжения для типичного варистора:

Мы можем видеть сверху, что варистор имеет симметричную двунаправленную характеристику, то есть варистор работает в обоих направлениях (квадрант Ι и ΙΙΙ) синусоиды, подобно работе стабилитрона.
Когда нет всплесков напряжения, в квадранте IV наблюдается постоянное значение тока, это ток утечки, составляющий всего несколько мкА, протекающий через варистор.

Из-за своего высокого сопротивления, варистор не оказывает влияние на цепь питания, пока напряжение находится на номинальном уровне. Номинальный уровень напряжения (классификационное напряжение) — это такое напряжение, которое необходимо приложить на выводы варистора, чтобы через него проходил ток в 1 мА. В свою очередь величина этого напряжения будет отличаться в зависимости от материала, из которого изготовлен варистор.

При превышении классификационного уровня напряжения, варистор совершает переход от изолирующего состояния в электропроводящее состояние. Когда импульсное напряжение, поступающее на варистор, становится больше, чем номинальное значение, его сопротивление резко снижается за счет лавинного эффекта в полупроводниковом материале. При этом малый ток утечки, протекающий через варистор, быстро возрастает, но в тоже время напряжение на нем остается на уровне чуть выше напряжения самого варистора. Другими словами, варистор стабилизирует напряжение на самом себе путем пропускания через себя повышенного значения тока, которое может достигать не одну сотню ампер.

Емкость варистора

Поскольку варистор, подключаясь к обоим контактам питания, ведет себя как диэлектрик, то при нормальном напряжении он работает скорее как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистор имеет определенную емкость, которая прямо пропорциональна его площади и обратно пропорциональна его толщине.

При применении в цепях постоянного тока, емкость варистора остается более-менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не больше номинального, и его емкость резко снижается при превышении номинального значения напряжения. Что касается схем на переменном токе, то его емкость может влиять на стабильность работы устройств.

Подбор варистора

Чтобы для конкретного устройства правильно подобрать варистор, желательно знать сопротивление источника и мощность импульсов переходных процессов. Варисторы на основе оксидов металлов имеют широкий диапазон рабочего напряжения, начиная от 10 вольт и заканчивая свыше 1000 вольт переменного или постоянного тока. В общем необходимо знать на каком уровне напряжения нужно защитить схему электроприбора и взять варистор с небольшим запасом, например для сети 230 вольт подойдет варистор на 260 вольт.

Максимальное значение тока (пиковый ток) на которое должен быть рассчитан варистор, определяется длительностью и количеством повторений всплесков напряжения. Если варистор установлен с малым пиковым током, то это может привести к его перегреву и выходу из строя. Таким образом, для безотказной работы, варистор должен быстро рассеивать поглощенную им энергию переходного импульса и безопасно возвращаться в исходное состояние.

Варианты подключения варистора

 

Подведем итог

В данной статье мы узнали, что варистор это тип полупроводникового резистора, имеющий нелинейную ВАХ. Он является надежным и простым средством обеспечения защиты от перегрузки и скачков напряжения.  Варисторы применяются в основном в чувствительных электронных схемах. В случае если питающее напряжение неожиданно превышает нормальное значение, варистор защищает схему за счет резкого снижения собственного сопротивления, шунтируя цепь питания и пропуская через себя пиковый ток, доходящий порой до сотен ампер.

Классификационное напряжение варистора — это напряжение на самом варисторе при протекании через него тока в 1 мА. Эффективность работы варистора в электронной или электрической цепи зависит от правильного его выбора в отношении напряжения, тока и силы энергии всплесков.

Скачать справочные материалы по зарубежным варисторам (3,0 MiB, скачано: 5 280)

Варистор: принцип действия, проверка и подключение

Варистор (дословный перевод с английского — резистор с переменным сопротивлением) — полупроводник с нелинейной вольт—амперной характеристикой (вах).

Все электроприборы рассчитаны на свое рабочее напряжение (в домах 220 В или 380В). Если произошел скачок напряжения (вместо 220 В подали 380В) — приборы могут сгореть. Тогда на помощь и придет варистор.

Принцип действия варисторов

В обычном состоянии варистор имеет очень большое сопротивление (по разным источникам от сотен миллионов Ом до миллиардов Ом). Он почти не пропускает через себя ток. Стоит напряжению превысить допустимое значение, как прибор теряет свое сопротивление в тысячи, а то и в миллионы раз. После нормализации напряжения его сопротивление восстанавливается.

Если варистор подключить параллельно электроприбору, то при скачке напряжения вся нагрузка придется на него, а приборы останутся в безопасности.

Принцип работы варистора, если объяснять на пальцах, сводится к следующему. При скачке в электрической сети он выполняет роль клапана, пропуская через себя электрический ток в таком объеме, чтобы снизить потенциал до необходимого уровня. После того как напряжение стабилизируется этот «клапан» закрывается и наша электросхема продолжает работать в штатном расписании. В этом и состоит назначение варистора.

Основные характеристики и параметры

Надо отметить, что это универсальный прибор. Он способен работать сразу со всеми видами тока: постоянным, импульсным и переменным. Это происходит из-за того, что он сам не имеет полярности. При изготовлении используется большая температура, чтобы спаять порошок кремния или цинка.

Параметры, которые необходимо учитывать:

1. параметр условный, определяется при токе 1мА, В;
2. максимально допустимое переменное напряжение, В;
3. максимально допустимое постоянное напряжение, В;
4. средняя мощность рассеивания, Вт;
5. максимально импульсная поглощаемая энергия, Дж;
6. максимальный импульсный ток, А;
7. емкость прибора в нормальном состоянии, пФ;
8. время срабатывания, нс;
9. погрешность.

Чтобы правильно подобрать варистор иногда необходимо учитывать и емкость. Она сильно зависит от размера прибора. Так, tvr10431 имеет 160nF, tvr 14431 370nF. Но даже одинаковые по диаметру детали могут обладать разной емкостью, так S14K275 имеет 440nF.

Виды варисторов

По внешнему виду бывают:

• пленочные;
• в виде таблеток;
• стержневой;
• дисковый.

Стержневые могут снабжаться подвижным контактом. Выглядеть они будут соответственно названию. Кроме того, бывают низковольтные, 3—200 В и высоковольтные 20 кВ. У первых ток колеблется в пределах 0,0001—1 А. На обозначение по схеме это никак не влияет. В радиоаппаратуре, конечно, применяют низковольтные.

Чтобы проверить работоспособность варистора необходимо обратить внимание на внешний вид. Его можно найти на входе схемы (где подводится питание). Так как через него проходит очень большой ток — по сравнению с защищаемой схемой — это, как правило, сказывается на его корпусе (сколы, обгоревшие места, потемнение лакового покрытия). А также на самой плате: в месте пайки могут отслаиваться монтажные дорожки, потемнение платы. В этом случае его необходимо заменить.

Однако, даже если нет видимых признаков, варистор может быть неисправным. Чтобы проверить его исправность придется отпаять один его вывод, в противном случае будем проверять саму схему. Для прозвонки обычно используется мультиметр (хотя можно, конечно, и мегомметр попробовать, только необходимо учитывать напряжение, которое он создает, чтобы не спалить варистор). Прозвонить его несложно, подключение производится к контактам и измеряется его сопротивление. Тестер ставим на максимально возможный предел и смотрим, чтобы значение было не меньше несколько сотен Мом, при условии, что напряжение мультиметра не превышает напряжение срабатывания варистора.

Впрочем, бесконечно большое сопротивление, при условии, что омметр довольно мощный (если можно это слово использовать), это также говорит о неисправности. При проверке полупроводника необходимо помнить что это всё-таки проводник и он должен показать сопротивление, в противном случае мы имеем полностью сгоревшую деталь.

Справочник и маркировка варисторов

Если необходима замена, на помощь придет справочник варисторов. Для начала нам потребуется маркировка варистора, она находится на самом корпусе в виде латинских букв и цифр. Хотя этот элемент производится во многих странах, маркировка не имеет принципиальных отличий.

Разные изготовители и маркировка разная 14d471k и znr v14471u. Однако параметры одни и те же. Первые цифры «14» это диаметр в мм., второе число 471 — напряжение при котором происходит срабатывание (открытие). Отдельно про маркировку. Первые две цифры (47) это напряжение, следующая — коэффициент (1). Он показывает сколько нулей нужно ставить после числа 47, в этом случае 1. Получается что испытуемый прибор будет срабатывать при 470 В, плюс — минус погрешность, которая ставится рядом с этим числом. В нашем случае это буква «к» находится после и обозначает 10% т. е. 47 В.

Другая маркировка s10k275. Показатель погрешности стоит перед напряжением, само напряжение показано без коэффициента — 275 В. Из рассмотренных примеров видим, как можно определить маркировку: измеряем диаметр прибора, находим эти размеры на варисторе, другие цифры покажут напряжение. Если определить маркировку не удается, например, kl472m, нужно будет посмотреть в интернете.

Диаметр. Импортные tvr 10471 можно заменить на 10d471k, но быть осторожным с 7d471k, у последнего размер меньше. Чем больше значение, тем, грубо говоря, больше рассеиваемая мощность. Поставив прибор меньшего диаметра, рискуем его спалить. К примеру, серия 10d имеет рабочий ток 25А, а k1472m 50А.

Чтобы правильно выбрать нужный элемент необходимо учитывать не только напряжение питания. Производят множество расчетов, например, выходя из нужного быстродействия (срабатывания), или малое рабочее напряжение. В этом случае используют так называемые защитные диоды. К ним можно отнести bzw04. При его применении важно соблюдать полярность.

Помехоустойчивость. Одним из недостатков является создание помех. Для борьбы с ними используют конденсаторы, например, ac472m Подключают параллельно варистору.

На схеме варистор обозначается как резистор, пустой прямоугольник с перечеркивающей под 45 градусов линией и имеет букву u.

обозначение и основные характеристики, маркировка и принцип действия, сферы применения и проверка

Среди радиолюбителей большой популярностью пользуются варисторы. Они применяются практически во всех электронных устройствах и позволяют усовершенствовать некоторые приборы. Для использования в схемах следует понять принцип работы варистора, а также знать его основные характеристики. Кроме того он, как и любая деталь, обладает своими достоинствами и недостатками, которые нужно учитывать при построении и расчете электрических схем.

Общие сведения

Варистор (varistor) является полупроводниковым резистором, уменьшающим величину своего сопротивления при увеличении напряжения. Условное графическое обозначение (УГО) представлено на рисунке 1, на котором изображена зависимость сопротивления радиокомпонента от величины напряжения. На схемах обозначается znr. Если их больше одного, то обозначается в следующем виде: znr1, znr2 и т. д.

Рисунок 1 — УГО варистора.

Многие начинающие радиолюбители путают переменный резистор и варистор. Принцип действия, основные характеристики и параметры этого элемента отличаются от переменного резистора. Кроме того, распространенной ошибкой составления электрических принципиальных схем является неверное его УГО. Варистор выглядит как конденсатор и распознается только по маркировке.

Виды и принцип работы

Полупроводниковые резисторы классифицируются по напряжению, поскольку от этого зависит их сфера применения. Их всего 2 вида:

1. Высоковольтные с рабочим напряжением до 20 кВ.
2. Низковольтные, напряжение которых находится в диапазоне от 3 до 200 В.

Все они применяются для защиты цепей от перегрузок: первые — для защиты электросетей, электрических машин и установок; вторые служат для защиты радиокомпонентов в низковольтных цепях. Принцип работы варисторов одинаков и не зависит от его вида.

В исходном состоянии он обладает высоким сопротивлением, но при превышении номинального значения напряжения оно падает. В результате этого, по закону Ома для участка цепи, значение силы тока возрастает при уменьшении величины сопротивления. Варистор при этом работает в режиме стабилитрона. При проектировании устройства и для корректной его работы следует учитывать емкость варистора, значение которой прямо пропорционально площади и обратно пропорционально его толщине.

Для того чтобы правильно подобрать элемент для защиты от перегрузок в цепях питания устройства, следует знать величину сопротивления источника на входе, а также мощность импульсов, образующихся при коммутации. Максимальное значение силы тока, пропускаемое варистором, определяет величину длительности и периода повторений выбросов амплитудных значений напряжения.

Маркировка и основные параметры

Маркировка варисторов отличается, поскольку каждый производитель этих радиокомпонентов имеет право устанавливать ее самостоятельно. Это, прежде всего, связано с его техническими характеристиками. Например, различия по напряжениям и необходимым уровням тока для его работы.

Среди отечественных наиболее распространенным является К275, а среди импортных — 7n471k, 14d471k, kl472m и ac472m. Наибольшей популярностью пользуется варистор, маркировка которого — CNR (бывают еще hel, vdr, jvr). Кроме того, к ней прикрепляется цифробуквенный индекс 14d471k, и расшифровывается этот вид обозначения следующим образом:

1. CNR — металлооксидный тип.
2. 14 — диаметр прибора, равный 14 мм.
3. D — радиокомпонент в форме диска.
4. 471 — максимальное значение напряжения, на которое он рассчитан.
5. К — допустимое отклонения классификационного напряжения, равное 10%.

Существуют технические характеристики, необходимые для применения в схеме. Это связано с тем, что для защиты различных элементов цепи следует использовать различный тип полупроводникового сопротивления.

Их основные характеристики:

1. Напряжение классификации — значение разности потенциалов, взятое с учетом того, что сила тока, равная 1 мА, протекает через варистор.
2. Максимальная величина переменного напряжения — является среднеквадратичным значением, при котором он открывается и, следовательно, величина его сопротивления понижается.
3. Значение постоянного максимального напряжения, при котором варистор открывается в цепи постоянного тока. Как правило, оно больше предыдущего параметра для тока переменной амплитуды.
4. Допустимое напряжение (напряжение ограничения) является величиной, при превышении которой происходит выход элемента из строя. Указывается для определенной величины силы тока.
5. Поглощаемая максимальная энергия измеряется в Дж (джоулях). Эта характеристика показывает величину энергии импульса, которую может рассеять варистор и при этом не выйти из строя.
6. Время реагирования (единица измерения — наносекунды, нс) — величина, требуемая для перехода из одного состояния в другое, т. е. изменение величины сопротивления с высокой величины на низкую.
7. Погрешность напряжения классификации — отклонение от номинального его значения в обе стороны, которое указывается в % (для импортных моделей: К = 10%, L = 15%, M = 20% и Р = 25%).

После описания принципа работы, особенностей маркировки и основных характеристик следует рассмотреть сферы применения варисторов.

Применение приборов

Варисторы применяются для защиты электронных устройств от скачкообразного напряжения, амплитуда которого превышает номинальное значение питания. Благодаря применению в блоках питания полупроводникового резистора, появляется возможность избежать множества поломок, которые могут вывести электронику из строя. Широкое применение варистор получил и в схеме балласта, который применяется в элементах освещения.

В некоторых стабилизаторах величин напряжения и тока также используются специализированные полупроводниковые резисторы, а варисторы-разрядники с напряжением более 20 кВ применяются для стабилизации питания в линиях электропередач. Его можно подключить также и в схему проводки (схема 1), защитив ее от перегрузок и недопустимых амплитудных значений тока и напряжения. При перегрузке проводки происходит ее нагрев, который может привести к пожару.

Схема 1 — Подключение варистора для сети 220В.

Низковольтные варисторы работают в диапазоне напряжения от 3 В до 200 В с силой тока от 0,1 до 1 А. Они применяются в различной аппаратуре и ставятся преимущественно на входе или выходе источника питания. Время их срабатывания составляет менее 25 нс, однако этой величины для некоторых приборов недостаточно и в этом случае применяются дополнительные схемы защиты.

Однако технология их изготовления не стоит на месте, поскольку фирма «S+М Eрсоs» создала радиоэлемент с временем срабатывания менее 0,5 нс. Этот полупроводниковый резистор изготовлен по smd-технологии. Конструкции дискового исполнения обладают более высоким временем срабатывания. Многослойные варисторы (CN) являются надежной защитой от статического электричества, которое может вывести из строя различную электронику. Примером использования является производство мобильных телефонов, которые подвержены воздействию статических разрядов. Этот тип варисторов также получили широкое применение в области компьютерной технике, а также в высокочувствительной аппаратуре.

Достоинства и недостатки

Для использования варистора следует ознакомиться с его положительными и отрицательными сторонами, поскольку от этого зависит защита электроники. К положительным качествам следует отнести следующие:

1. Высокое время срабатывания.
2. Отслеживание перепадов при помощи безинерционного метода.
3. Широкий диапазон напряжений: от 12 В до 1,8 кВ.
4. Длительный срок службы.
5. Низкая стоимость.

У варистора, кроме его достоинств, существуют серьезные недостатки, на которые следует обратить внимание при разработке какого-либо устройства. К ним относятся:

1. Большая емкость.
2. Не рассеивают мощность при максимальном значении напряжения.

Емкость полупроводникового прибора находится в пределах от 70 до 3200 пФ и, следовательно, существенно влияет на работу схемы. Эта величина зависит от конструкции и типа прибора, а также от напряжения. Однако в некоторых случаях этот недостаток является достоинством при использовании его в фильтрах. Значение большей емкости ограничивает величину напряжения.

При максимальных значениях напряжения для рассеивания мощности следует применять варисторы-разрядники, поскольку обыкновенный полупроводниковый прибор перегреется и выйдет из строя. Каждому радиолюбителю следует знать алгоритм проверки варистора, поскольку при обращении в сервисные центры существует вероятность заплатить за ремонт больше, чем он стоит в действительности.

Проверка на исправность

Для поиска неисправностей необходима схема устройства. Для примера следует обратиться к схеме 2, в которой применяется варистор. В ней будет рассмотрен только вариант выхода из строя полупроводникового резистора. Основным этапом поиска неисправностей является подготовка рабочего места и инструмента, которая позволяет сосредоточиться на выполнении ремонта и произвести его качественно. Для ремонтных работ потребуется следующий инструмент:

1. Отвертка.
2. Щетка, которая нужна для очистки платы от пыли. Следует производить очистку постоянно, поскольку она является проводником электричества. В результате этого может произойти выход из строя определенного элемента схемы или короткое замыкание.
3. Паяльник, олово и канифоль.
4. Мультиметр для диагностики радиокомпонентов.
5. Увеличительное стекло для просмотра маркировки.

После подготовки рабочего места и инструмента следует аккуратно разобрать сетевой фильтр, а затем при необходимости произвести очистку от пыли и мусора.

Схема 2 — Схема электрическая принципиальная сетевого фильтра на 220 вольт и его доработка.

Найти варистор и произвести его визуальный осмотр. Корпус должен быть целым и без трещин. Если было обнаружено нарушение целостности корпуса, то его необходимо выпаять и произвести замену на такой же или выбрать аналог. Необходимо отметить, что полярность подключения варистора в цепь не имеет значения. Если механические повреждения не обнаружены, то следует перейти к его диагностике, которая производится двумя способами:

1. Измерение сопротивления.
2. Поиск неисправности, исходя из технических характеристик элемента.

В первом случае деталь выпаивается из платы и замеряется значение ее сопротивления при помощи мультиметра. Переключатель ставится в положение максимального диапазона измерений (2 МОм достаточно). При замере не следует касаться руками варистора, поскольку прибор покажет сопротивление тела. Если мультиметр показывает высокие значения, то радиокомпонент исправен, а при других значениях его следует заменить. После замены следует собрать корпус и произвести включение сетевого фильтра.

Существует и другой способ выявления неисправного варистора, основанный на анализе характеристик элемента. Его, как правило, используют в том случае, если замер величины сопротивления не дал необходимых результатов. Для этого следует обратиться к техническим характеристикам варистора, согласно которым можно выявить его неисправность.

Следует проверить силу тока, при которой он работает, поскольку ее значение может быть меньше необходимой. В этом случае он не будет работать. Также нужно проверить величину напряжения, на которую он рассчитан. Если по каким-либо причинам эти показатели меньше допустимых, то полупроводниковый резистор не откроется.

Таким образом, варистор получил широкое применение в различных устройствах защиты от перепадов напряжения и блоках питания, а также статического электричества. Современные технологии позволяют получить низкие показатели времени срабатывания, благодаря которому сферы применения этого радиоэлемента расширяются.

варистор – это… Что такое варистор?

[от англ. vari(able) — переменный и (resi)stor — резистор], полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется при изменении приложенного напряжения. Используется в умножителях частоты, модуляторах, устройствах электрозащиты и поглощения перенапряжений и др.

ВАРИ́СТОР (от англ. vari(able) — переменный и (resi)stor — резистор), полупроводниковый резистор (см. РЕЗИСТОР), электрическое сопротивление которого изменяется при изменении приложенного напряжения. Варистор представляет собой электротехническое изделие, изготовленное из многофазных полупроводниковых материалов (см. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ).
Основной материал для изготовления варисторов — полупроводниковый карбид кремния (см. КРЕМНИЯ КАРБИД) SiC. Кристаллы SiC размалывают до размера 40—300 мкм, и этот порошок используют в качестве основы варистора. Электропроводность порошка имеет нелинейный характер, однако она нестабильна, зависит от степени сжатия, крупности помола, меняется при тряске и т. п., поэтому порошок скрепляют связующим веществом. Порошкообразный карбид кремния и связующее вещество запрессовывают в форму и спекают. Если в качестве связующего вещества используют глину, то полученный материал называют тирит. Для изготовления тирита смесь 74% мелкоизмельченного карбида кремния и глины прессуется и обжигается при температуре 1270°С. Если используют жидкое стекло (75% SiO₂ + 24% Na₂O + вода, то есть силикатный клей), то полученный материал, состоящий из 84% SiC и 16% связующего, называют вилит. Смесь для изготовления вилита прессуется и обжигается при температуре 380°С. При использовании в качестве связующего ультрафарфоровой связки получают лэтин, а прессованный углерод с кристаллическим кремнием называется силит.
Поверхность прессованного образца металлизируют и припаивают к ней выводы. Изменение электропроводности варистора с нарастанием напряжения на его выводах связано со сложными явлениями на контактах или на поверхности кристаллов. Например, уменьшение сопротивления с ростом напряжения в варисторах, изготовленных на основе карбида кремния, связано с падением сопротивления контактов между зернами SiC. Это происходит вследствие нелинейного роста тока через p-n- переходы, образующиеся на этих контактах, в результате автоэлектронной эмиссии на острых участках зерен и т. д.
Варисторы на основе карбида кремния имеют невысокий коэффициент нелинейности, порядка 5—7, поэтому в настоящее время для изготовления варисторов применяется оксид цинка с добавками оксидов висмута, кобальта, марганца, сурьмы и хрома. Технология его приготовления сложна, она включает раздельный размол компонентов, смешение со связкой, прессование, спекание с выжиганием связки, размол, вторичное спекание, вжигание электродов. В результате получается высококачественная керамика с высокой нелинейностью, величина которой составляет 50—70. Нелинейность варисторов на основе оксидных полупроводников связана не со свойствами кристаллитов, а со свойствами межкристаллитных прослоек и потенциальных барьеров на поверхности кристаллитов. Однако варисторы на основе оксида цинка менее стабильны при работе и хранении, чем варисторы из карбида кремния.
Нелинейные резисторы — варисторы — широко применяются в производстве вентильных разрядников, предназначенных для защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений. Вентильные разрядники подразделяют на низковольтные и высоковольтные. Варисторы используется также в умножителях частоты, модуляторах, устройствах поглощения перенапряжений и др.

Что такое варистор? | Музей энергетики

 

Варистор — это резистор, зависящий от напряжения (VDR). Сопротивление варистора является переменным и зависит от приложенного напряжения. Их сопротивление уменьшается при увеличении напряжения. В случае чрезмерного повышения напряжения их сопротивление резко падает. Такое поведение делает их подходящими для защиты цепей во время скачков напряжения. Причины всплеска могут включать удары молнии и электростатические разряды. Наиболее распространенным типом VDR является металлооксидный варистор или MOV. Купить варистор можно тут https://radiodetali.com.ua/catalog/varistory-varikapy

Характеристики

Зависимый от напряжения резистор имеет нелинейно изменяющееся сопротивление, зависящее от приложенного напряжения. Сопротивление высокое в условиях номинальной нагрузки, но резко снижается при превышении порога напряжения, напряжения пробоя. Они часто используются для защиты цепей от чрезмерных переходных напряжений. Когда цепь подвергается воздействию переходного процесса высокого напряжения, варистор начинает проводить и зажимает переходное напряжение до безопасного уровня. Энергия входящего всплеска частично проводится и частично поглощается, защищая цепь.

Наиболее распространенным типом является MOV, или металлический оксидный варистор. Они построены из спеченной матрицы зерен оксида цинка (ZnO). Границы зерен обеспечивают характеристики полупроводника PN-перехода, аналогичные диодному переходу. Матрицу случайно ориентированных зерен можно сравнить с большой сетью диодов, соединенных последовательно и параллельно. Когда подается низкое напряжение, протекает очень мало тока, вызванного обратной утечкой через соединения. Однако при подаче высокого напряжения, которое превышает напряжение пробоя, соединения испытывают лавинный пробой и может протекать большой ток. Такое поведение приводит к нелинейным вольт-амперным характеристикам.

Соотношение между током (I) и напряжением (V) на клеммах обычно описывается как:

 

Вольт-амперные характеристики варистора

Важными параметрами выбора являются напряжение срабатывании, пиковый ток, максимальная энергия импульса, номинальное напряжение переменного / постоянного тока и ток в режиме ожидания. При использовании в линиях связи емкость также является важным параметром. Высокая емкость может действовать как фильтр для высокочастотных сигналов или вызывать перекрестные помехи, ограничивая доступную полосу пропускания линии связи.

Варисторы полезны для кратковременной защиты в случае больших скачков напряжения переходного процесса порядка 1-1000 микросекунд. Однако они не подходят для устойчивых всплесков напряжения. Если энергия переходного импульса в джоулях (Дж) слишком высока и значительно превышает абсолютные максимальные значения, они могут плавиться, гореть или взрываться.

Характеристики варисторы ухудшаются, когда подвергаются повторным скачкам. После каждого всплеска напряжение зажима MOV перемещается немного ниже, насколько это зависит от джоулевого значения MOV относительно импульса. Поскольку напряжение зажима падает все ниже и ниже, возможный режим отказа — это частичное или полное короткое замыкание. Такая ситуация может привести к пожару. Чтобы предотвратить опасность пожара, они часто соединяются последовательно с тепловым предохранителем, который отключает MOV в случае перегрева. Чтобы ограничить ухудшение, рекомендуется использовать настолько высокое напряжение, насколько позволяет защищенная цепь, чтобы ограничить степень воздействия скачков напряжения.

Использование

Нелинейные характеристики варистора делают их идеальными для использования в качестве устройств защиты от перенапряжений. Источниками переходных напряжений высокого напряжения могут быть, например, удары молнии, электростатические разряды или индуктивный разряд от двигателей или трансформаторов. Например, они часто используются в удлинителях сетевого фильтра. Специальные типы с низкой емкостью защищают линии связи. Эти VDR полезны для широкого спектра приложений, которые могут включать:

• Защита телефонных и других линий связи
• Радиосвязное оборудование подавление переходных процессов
• Сетевые фильтры
• Сетевые фильтры для кабельного телевидения
• Защита источника питания
• Микропроцессорная защита
• Электронное оборудование защиты
• Защита уровня платы низкого напряжения
• Подавитель скачков напряжения (TVSS)
• Защита автомобильной электроники
• Промышленная защита переменного тока высокой энергии

Наиболее важные типы:

Металлооксидный варистор. Описанный выше MOV представляет собой нелинейный варистор, состоящий из оксида цинка (ZnO).

Карбидокремниевый варистор — когда-то это был самый распространенный тип, прежде чем MOV появился на рынке. Эти компоненты используют карбид кремния (SiC). Они интенсивно используются в приложениях высокой мощности и высокого напряжения. Недостаток этих устройств заключается в том, что они потребляют значительный ток в режиме ожидания, поэтому для ограничения энергопотребления в режиме ожидания необходим последовательный разрыв.

Что такое варистор? Определение, конструкция, работа, характеристики, преимущества, недостатки и применение Варистора

Определение : Варистор – это двухконтактный полупроводниковый прибор, который защищает электрические и электронные устройства от переходных процессов перенапряжения. Его сопротивление зависит от приложенного входного напряжения.

Слово варистор формируется путем комбинирования варистора и resi stor . Он также известен как резистор, зависящий от напряжения , VDR , сопротивление которого изменяется автоматически при соответствующем изменении напряжения на нем.

Он всегда подключается к защищаемому устройству. В основном это сделано для защиты схемы от скачков напряжения.

На рисунке ниже показано символическое изображение варистора:

Они в основном используются для защиты схемы от колебаний высокого напряжения.

Конструкция варистора

Варисторы образуются при вдавливании кристаллов карбида кремния или оксидов металлов в керамический материал.

После высыхания материала производится спекание при высокой температуре.Электрические характеристики устройства зависят от температуры и атмосферных условий.

Для обеспечения хороших электрических контактов контакты материала металлизируются серебром или медью. Затем к контактам припаиваются выводы, комплектуются и кодируются варисторы.

На рисунке ниже показан варистор дискового типа:

В настоящее время это самые распространенные клещи , которые могут использоваться в широком диапазоне напряжений. Это нелинейное устройство , которое поглощает разрушительную энергию и рассеивает ее в виде тепла, чтобы предотвратить повреждение системы.

Обычно при его производстве используется оксид цинка , , поэтому он также известен как варистор на основе оксида металла .

На рисунке ниже показана структура металлооксидного варистора:

Здесь варистор состоит на 90% из оксида цинка, а остальное – из присадочного материала , образующего переход. Стандартный карбид кремния отличается от варистора на основе оксида металла тем, что MOV имеет меньший ток утечки, а его рабочая скорость выше.

Работа и характеристики варистора

Прежде чем приступить к его эксплуатации, давайте сначала поймем взаимосвязь между напряжением и сопротивлением варисторов.

На рисунке ниже показана кривая зависимости сопротивления от напряжения для варистора:

Варисторы проявляют необычное поведение в случае сопротивления. Как мы видим, когда напряжение низкое, сопротивление на нем высокое. Но сопротивление быстро падает с увеличением напряжения выше номинального.

Давайте теперь посмотрим на работу варистора в деталях:

Когда на устройство подается определенное низкое напряжение, оно создает высокое сопротивление, из-за чего через него протекает очень слабый ток. По мере того, как напряжение увеличивается и достигает напряжения фиксации, т. Е. Номинального напряжения, ток увеличивается.

В это время замечается изменение в работе варисторов. Таким образом, после этого напряжения устройство, которое до сих пор работало как изолятор, теперь начинает вести себя как проводник.Таким образом, после номинального напряжения сопротивление, предлагаемое им, станет очень низким, позволяя проходить через него очень сильному току.

Таким образом, говорят, что напряжение имеет нелинейную характеристику с током .

На рисунке ниже показана вольт-амперная характеристика варистора:

Здесь, как мы видим, пока не будет достигнуто напряжение фиксации, устройство остается в непроводящем состоянии. Таким образом, мы можем видеть линейную зависимость между напряжением и током.В это время через него протекает ток утечки очень небольшого значения. Из-за оказываемого им высокого сопротивления.

Однако, после этого конкретного уровня напряжения, проводящее состояние достигается варисторами. Таким образом, мы можем видеть, что сопротивление стало очень низким, и через него проходит большой ток даже после того, как напряжение ограничено после номинального напряжения.

Преимущества варистора

• Обеспечивает отличную защиту от перенапряжения.
• Поскольку не показывает полярного эффекта , двунаправленность достигается легко.

Недостаток варистора

Применение варистора

Он широко применяется в защите устройств, таких как защита линии связи, микропроцессора и защиты источников питания. В защите переменного тока и кабельного телевидения от перенапряжения и т. Д.

Варистор | Металлооксидный варистор

Обзор варистора

Для обеспечения надежной работы подавление переходных напряжений следует учитывать на ранних этапах процесса проектирования.Это может быть сложной задачей, поскольку электронные компоненты все более чувствительны к паразитным электрическим переходным процессам. Разработчик должен определить типы временных угроз и определить, какие приложения необходимы, соблюдая нормы и стандарты продуктового агентства.

Варисторы

все чаще используются в качестве передового решения для защиты от импульсных перенапряжений. Littelfuse предоставляет разработчикам знания и опыт и предлагает на выбор самый широкий спектр технологий защиты цепей.

Варисторы

Littelfuse доступны в различных формах для широкого спектра применений.Опции включают в себя сверхмалые многослойные подавители (MLV) для поверхностного монтажа для небольших электронных устройств, а также традиционные металлооксидные варисторы (MOV) среднего уровня и осевые металлооксидные варисторы для защиты небольшого оборудования, источников питания и компонентов. Littelfuse также предлагает более крупные MOV с клеммным креплением для промышленного применения.

Являясь более поздним нововведением в линейке продуктов Littelfuse, MLV обращаются к определенной части спектра переходных напряжений – среде на уровне печатной платы, где, несмотря на меньшую энергию, переходные процессы от электростатического разряда, индуктивного переключения нагрузки и даже остатков грозовых перенапряжений могли достигают чувствительных интегральных схем.Каждое из этих событий может относиться к электромагнитной совместимости продукта (ЭМС) или к его невосприимчивости к переходным процессам, которые могут вызвать повреждение или неисправность.

Littelfuse предлагает пять различных версий MLV, включая подавитель электростатических разрядов серии MHS ​​для высоких скоростей передачи данных, серию ML, которая поддерживает самый широкий диапазон приложений, серию MLE, предназначенную для электростатического разряда, одновременно обеспечивающую функции фильтрации, серию MLN Quad Array в 1206 и 0805 микросхема и серия AUML, предназначенная для определенных переходных процессов, встречающихся в автомобильных электронных системах.

Накладные устройства MOV (металл-оксидный варистор) упрощают процесс сборки SMT и решают проблему ограничения места на печатной плате. Они подходят для пайки оплавлением и волной пайки и включают серии CH, SM7, SM20, MLE, MHS, ML и MLN.

Традиционные устройства с радиальным сквозным отверстием MOV (металлооксидный варистор) доступны в диаметрах 5 мм, 7 мм, 10 мм, 14 мм, 20 мм и 25 мм. Они подходят для обеспечения защиты от перенапряжения для самых разных приложений и включают серии C-III, iTMOV, LA, TMOV, RA, UltraMOV, UltraMOV25S и ZA.

Варисторы неизолированные диски – промышленные высокоэнергетические элементы. Они разработаны для специальных применений, требующих уникальных электрических контактов или методов упаковки, которые запрашивают заказчики. Ограничители импульсных перенапряжений серии CA представляют собой промышленные высокоэнергетические дисковые варисторы (MOV), предназначенные для специальных применений, требующих уникальных электрических контактов или методов упаковки, предоставляемых заказчиком.

Термозащитные металлооксидные варисторы (TMOV) разработаны в соответствии с требованиями UL 1449 по аномальным перенапряжениям.Они могут быть припаяны волной без каких-либо специальных или дорогостоящих процессов сборки и включают серии iTMOV, TMOV, TMOV25S и TMOV34S.

Промышленные высокоэнергетические варисторы обеспечивают гораздо более высокие показатели перенапряжения и энергопотребления, чем обычные MOV (металлооксидные варисторы), а также имеют различные клеммы для различных требований и условий сборки. К ним относятся серии BA, BB, CA, DA, HA, HB34, HC, HF34, HG34, TMOV34S, UltraMOV25S, C-III, FBMOV и TMOV25S.

Специальные варисторы

(металлооксидные варисторы) доступны в уникальной форме и обладают различным диапазоном напряжения и возможностями перенапряжения.К ним относятся серии C-III, FBMOV, MA и RA.

Интегрированные варисторы состоят из конструктивного блока варистора (MOV) на 40 кА со встроенным термически активируемым элементом. Эти устройства признаны UL как независимые SPD типа 1.

Термозащищенный и нефрагментирующий варистор серии Littelfuse FBMOV представляет собой новую разработку в области защиты цепей. Он состоит из блока варистора (MOV) на 40 кА со встроенным термически активируемым элементом, предназначенным для размыкания в случае перегрева из-за аномального перенапряжения и условий ограничения тока.

Установки Littelfuse для устройств PolySwitch сертифицированы по ISO / TS 16949: 2009 и ISO 9001: 2008.

Введение в систему подавления перенапряжения

Переходные процессы напряжения определяются как кратковременные скачки электрической энергии и являются результатом внезапного высвобождения энергии, которая была ранее сохранена или вызвана другими способами, такими как большие индуктивные нагрузки или удары молнии. В электрических или электронных схемах эта энергия может выделяться предсказуемым образом посредством контролируемых переключающих действий или произвольно индуцироваться в цепи от внешних источников.

Повторяющиеся переходные процессы часто вызываются работой двигателей, генераторов или переключением компонентов реактивной цепи. С другой стороны, случайные переходные процессы часто вызываются молнией (рисунок 1) и электростатическим разрядом (ESD) (рисунок 2). Молнии и электростатические разряды обычно возникают непредсказуемо, и для их точного измерения может потребоваться тщательный мониторинг, особенно если они индуцируются на уровне печатной платы. Многочисленные группы стандартизации электроники проанализировали возникновение переходных напряжений с использованием общепринятых методов мониторинга или тестирования.Ключевые характеристики нескольких переходных процессов показаны ниже в таблице 1.

Рис. 1. Форма волны переходного процесса при молнии

	НАПРЯЖЕНИЕ	ТОК	ВРЕМЯ НАСТРОЙКИ	ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ
Освещение	25кВ	20кА	10 мкс	1 мс
Переключение	600 В	500A	50 мкс	500 мс
EMP	1кВ	10A	20 нс	1 мс
ESD	15кВ	30A	<1 нс	100 нс

Таблица 1.Примеры переходных источников и магнитуд

Характеристики скачков напряжения в переходных процессах

Пики напряжения переходного процесса обычно имеют форму волны «двойной экспоненты», показанную на Рисунке 1 для молнии и на Рисунке 2 для ESD. Время экспоненциального нарастания молнии находится в диапазоне от 1,2 мкс до 10 мкс (по существу, от 10% до 90%), а продолжительность находится в диапазоне от 50 мкс до 1000 мкс (50% пиковых значений). С другой стороны, ESD – это событие гораздо меньшей продолжительности. Время нарастания было охарактеризовано как менее 1 нс.Общая продолжительность составляет примерно 100 нс.

Рис. 2. Форма сигнала ESD-теста

Почему переходные процессы вызывают все большее беспокойство?

Миниатюризация компонентов привела к повышенной чувствительности к электрическим нагрузкам. Например, микропроцессоры имеют структуры и токопроводящие дорожки, которые не способны выдерживать высокие токи от переходных процессов электростатического разряда. Такие компоненты работают при очень низких напряжениях, поэтому нарушения напряжения необходимо контролировать, чтобы предотвратить прерывание работы устройства и скрытые или катастрофические отказы.Чувствительные устройства, такие как микропроцессоры, внедряются с экспоненциальной скоростью. Микропроцессоры начинают выполнять невидимые ранее прозрачные операции. Все, от бытовой техники, такой как посудомоечные машины, до промышленных устройств управления и даже игрушек, расширило использование микропроцессоров для повышения функциональности и эффективности.

В автомобилях сейчас используется множество электронных систем для управления двигателем, климатом, тормозами и, в некоторых случаях, системами рулевого управления. Некоторые из нововведений предназначены для повышения эффективности, но многие из них связаны с безопасностью, например, системы ABS и контроля тяги.Многие функции бытовой техники и автомобилей используют модули, которые представляют временные угрозы (например, электродвигатели). Не только окружающая среда в целом является враждебной, но и оборудование или устройства также могут быть источниками угроз. По этой причине тщательная разработка схемы и правильное использование технологии защиты от перенапряжения значительно улучшат надежность и безопасность конечного приложения. В таблице 2 показаны уязвимости различных компонентных технологий.

Тип устройства	Уязвимость (вольт)
VMOS	30-1800
МОП-транзистор	100-200
GaAsFET	100-300
СППЗУ	100
JFET	140-7000
КМОП	250-3000
Диоды Шоттки	300-2500
Биполярные транзисторы	380-7000
SCR	680-1000

ТАБЛИЦА 2.ДИАПАЗОН УЯЗВИМОСТИ УСТРОЙСТВА.

Сценарии переходного напряжения

ESD (электростатический разряд)

Электростатический разряд характеризуется очень быстрым временем нарастания и очень высокими пиковыми напряжениями и токами. Эта энергия является результатом дисбаланса положительных и отрицательных зарядов между объектами.

Ниже приведены некоторые примеры напряжений, которые могут возникать в зависимости от относительной влажности (RH):

• Ходьба по ковру:
  35кВ при относительной влажности = 20%; 1.5 кВ при относительной влажности = 65%
• Ходьба по виниловому полу:
  12кВ при относительной влажности = 20%; 250 В при относительной влажности = 65%
• Рабочий у верстака:
  6кВ при относительной влажности = 20%; 100 В при относительной влажности 65%
• Виниловые конверты:
  7кВ при относительной влажности = 20%; 600 В при относительной влажности = 65%
• Полиэтиленовый мешок, взятый со стола:
  20кВ при относительной влажности = 20%; 1,2 кВ при относительной влажности = 65%

Обращаясь к таблице 2 на предыдущей странице, можно увидеть, что электростатический разряд, генерируемый повседневной деятельностью, может намного превзойти порог уязвимости стандартных полупроводниковых технологий.На рисунке 2 показана форма волны электростатического разряда, как определено в спецификации испытаний IEC 61000-4-2.

Индуктивное переключение нагрузки

Коммутация индуктивных нагрузок приводит к возникновению переходных процессов с высокой энергией, величина которых возрастает с увеличением нагрузки. Когда индуктивная нагрузка отключена, коллапсирующее магнитное поле преобразуется в электрическую энергию, которая принимает форму двойного экспоненциального переходного процесса. В зависимости от источника, эти переходные процессы могут достигать сотен вольт и сотен ампер с длительностью до 400 мс.

Типичные источники индуктивных переходных процессов:

• Генератор
• Двигатель
• Реле
• Трансформатор

Эти примеры очень распространены в электрических и электронных системах. Поскольку размеры нагрузок меняются в зависимости от приложения, форма волны, продолжительность, пиковый ток и пиковое напряжение – все это переменные, которые существуют в реальных переходных процессах. После того, как эти переменные могут быть аппроксимированы, можно выбрать подходящую технологию подавления.

Рисунок 3. Автомобильная разгрузка

Переходные процессы, индуцированные молнией

Хотя прямой удар явно разрушителен, переходные процессы, вызванные молнией, не являются результатом прямого удара. Когда происходит удар молнии, это событие создает магнитное поле, которое может вызвать переходные процессы большой величины в близлежащих электрических кабелях.

На рис. 4 показано, как удар от облака к облаку повлияет не только на кабели RHead, но и на проложенные кабели.Даже при ударе на расстоянии 1 мили (1,6 км) в электрических кабелях может возникнуть напряжение 70 В.

Рис. 4. Удар молнии из облака в облако

На рис. 5 на следующей странице показан эффект удара облака о землю: эффект, вызывающий переходные процессы, намного больше.

Рис. 5. Удар молнии между облаками и землей

На рисунке 6 показана типичная форма волны тока для индуцированных помех от молнии.

Рис. 6. Форма тестового сигнала пикового импульсного тока

Технологические решения для кратковременных угроз

Из-за различных типов переходных процессов и приложений важно правильно согласовать решение по подавлению с различными приложениями.Littelfuse предлагает широчайший спектр технологий защиты цепей, чтобы гарантировать, что вы получите правильное решение для вашего приложения. Пожалуйста, обратитесь к нашей онлайн-библиотеке заметок по применению и заметок по дизайну для получения дополнительной информации о типичных проблемах проектирования, встречающихся на https://www.littelfuse.com.

Металлооксидные варисторы и многослойные варисторы

Варисторы – это нелинейные устройства, зависящие от напряжения, которые имеют электрические характеристики, аналогичные последовательно соединенным стабилитронам.Они состоят в основном из Z _N O с небольшими добавками других оксидов металлов, таких как висмут, кобальт, магнез и другие. Металлооксидный варистор или “MOV” спекается во время производственной операции в керамический полупроводник и приводит к кристаллической микроструктуре, которая позволяет MOV рассеивать очень высокие уровни переходной энергии по всей массе устройства. Поэтому MOV обычно используются для подавления молний и других переходных процессов с высокой энергией, которые встречаются в промышленных приложениях или линиях переменного тока.Кроме того, MOV используются в цепях постоянного тока, таких как источники питания низкого напряжения и автомобильные приложения. Их производственный процесс допускает использование множества различных форм-факторов, наиболее распространенным из которых является диск с радиальными выводами.

Многослойные варисторы или MLV

изготовлены из материала Z _N O, аналогичного стандартным MOV, однако они изготовлены с переплетенными слоями металлических электродов и поставляются в безвыводных керамических корпусах. Как и в случае стандартных MOV, многослойные устройства переходят из состояния с высоким импедансом в состояние проводимости при воздействии напряжений, превышающих их номинальное напряжение.MLV имеют чипы различных размеров и способны генерировать значительную импульсную энергию для своего физического размера. Таким образом, подавление линии передачи данных и источника питания достигается с помощью одной технологии.

Следующие параметры применимы к варисторам и / или многослойным варисторам и должны быть поняты разработчику схем, чтобы правильно выбрать устройство для данного применения.

Введение в варисторную технологию

Корпус варистора состоит из матрицы проводящих зерен Z _N O, разделенных границами зерен, обеспечивающих полупроводниковые характеристики P-N перехода.Эти границы несут ответственность за блокировку проводимости при низких напряжениях и являются источником нелинейной электропроводности при более высоких напряжениях.

РИСУНОК 1. ТИПИЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА V-I ВАРИСТРА

Симметричные, резкие характеристики пробоя, показанные на рисунке 1, позволяют варистору обеспечивать превосходные характеристики подавления переходных процессов. Под воздействием переходных процессов высокого напряжения импеданс варистора изменяется на много порядков величины от почти разомкнутой цепи до высокопроводящего уровня, тем самым ограничивая переходное напряжение до безопасного уровня.Потенциально разрушительная энергия входящего переходного импульса поглощается варистором, тем самым защищая уязвимые компоненты схемы.

Поскольку электрическая проводимость, по сути, возникает между зернами Z _N O, распределенными по всей массе устройства, варистор Littelfuse по своей природе более прочен, чем его аналоги с одиночным P-N переходом, такие как стабилитроны. В варисторе энергия равномерно поглощается по всему корпусу устройства, в результате чего нагрев равномерно распространяется по его объему.Электрические свойства регулируются в основном физическими размерами корпуса варистора, который спечен в различных форм-факторах, таких как диски, микросхемы и трубки. Номинальная мощность определяется объемом, номинальным напряжением по толщине или длине пути прохождения тока, а допустимый ток – по площади, измеренной перпендикулярно направлению прохождения тока.

Физические свойства

MOV

предназначены для защиты чувствительных цепей от внешних переходных процессов (молнии) и внутренних переходных процессов (переключение индуктивной нагрузки, переключение реле и разряды конденсаторов).И другие переходные процессы высокого уровня, встречающиеся в промышленных приложениях, в сети переменного тока или переходные процессы более низкого уровня, встречающиеся в автомобильных линиях постоянного тока с номинальным пиковым током от 20 до 500 А и пиковым значением энергии от 0,05 до 2,5 Дж.

Привлекательным свойством MOV является то, что электрические характеристики относятся к основной части устройства. Каждое зерно ZnO ​​в керамике действует так, как будто оно имеет полупроводниковый переход на границе зерен. Поперечное сечение материала показано на рисунке 2, который иллюстрирует микроструктуру керамики.Варисторы изготавливаются путем формования и спекания порошков на основе оксида цинка в керамические детали. Эти детали затем покрываются либо толстым слоем серебра, либо металлом, нанесенным дуговым / пламенным напылением.

Границы зерен ZnO отчетливо видны. Поскольку нелинейное электрическое поведение возникает на границе каждого полупроводникового зерна ZnO, варистор можно рассматривать как «многопереходное» устройство, состоящее из множества последовательных и параллельных соединений границ зерен. Поведение устройства может быть проанализировано в отношении деталей керамической микроструктуры.Средний размер зерна и гранулометрический состав играют важную роль в электрических характеристиках.

РИСУНОК 2. ОПТИЧЕСКАЯ ФОТОМИКРОГРАФИЯ ПОЛИРОВАННОГО И ТРАВЛЕННОГО СЕЧЕНИЯ ВАРИСТОРА

Микроструктура варистора

Основная часть варистора между контактами состоит из зерен ZnO среднего размера « d », как показано на схематической модели на Рисунке 3. Удельное сопротивление ZnO составляет <0,3 Ом-см.

РИСУНОК 3.СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ВАРИСТРА ОКСИДА МЕТАЛЛА
, ЗЕРНА ПРОВОДЯЩЕГО ZnO (СРЕДНИЙ РАЗМЕР
d) РАЗДЕЛЯЮТСЯ МЕЖГРАНУЛЯРНЫМИ ГРАНИЦАМИ.

Проектирование варистора для заданного номинального напряжения варистора ( В, _N ), в основном, заключается в выборе такой толщины устройства, чтобы соответствующее количество зерен ( n ) располагалось последовательно между электродами. На практике материал варистора характеризуется градиентом напряжения, измеряемым по его толщине определенным значением вольт / мм.Контролируя состав и условия производства, градиент остается фиксированным. Поскольку существуют практические ограничения диапазона достижимой толщины, желательно более одного значения градиента напряжения. Изменяя состав добавок оксидов металлов, можно изменить размер зерна « d » и достичь желаемого результата.

Фундаментальным свойством варистора ZnO является то, что падение напряжения на единственном интерфейсе «стык» между зернами почти постоянно.Наблюдения за диапазоном вариаций состава и условий обработки показывают фиксированное падение напряжения около 2–3 В на переход границы зерен. Также падение напряжения не меняется для зерен разного размера. Отсюда следует, что напряжение варистора будет определяться толщиной материала и размером зерен ZnO. Отношения можно очень просто описать следующим образом:

Напряжение варистора ( В _N ) определяется как напряжение на варисторе в точке его VI-характеристики, где завершен переход ( В ) от низкоуровневой линейной области к сильно нелинейной. область, край.Для стандартных целей измерения это произвольно определяется как напряжение при токе 1 мА. Некоторые типичные значения размеров варисторов Littelfuse приведены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1.

ВАРИСТОР НАПРЯЖЕНИЕ	СРЕДНИЙ РАЗМЕР ЗЕРНА	n	ГРАДИЕНТ	ТОЛЩИНА УСТРОЙСТВА
ВОЛЬТ	МИКРОНОВ		В / мм при 1 мА	мм
150 В RMS	20	75	150	1.5
25 В RMS	80 (Примечание)	12	39	1,0

ПРИМЕЧАНИЕ: Состав для низкого напряжения.

Теория работы

Из-за поликристаллической природы металлооксидных полупроводниковых варисторов физическая работа устройства более сложна, чем у обычных полупроводников. Интенсивные измерения позволили определить многие электрические характеристики устройства, и прилагаются большие усилия, чтобы лучше определить работу варистора.Однако с точки зрения пользователя это не так важно, как понимание основных электрических свойств, поскольку они относятся к конструкции устройства.

Ключ к объяснению работы металлооксидного варистора заключается в понимании электронных явлений, происходящих вблизи границ зерен или переходов между зернами Z _N O. Хотя некоторые из ранних теорий предполагали, что электронное туннелирование происходит через изолирующий второй фазовый слой на границах зерен, работа варистора, вероятно, лучше описывается последовательно-параллельным расположением полупроводниковых диодов.В этой модели границы зерен содержат дефектные состояния, которые захватывают свободные электроны из полупроводниковых зерен Z _N O n-типа, образуя, таким образом, слой обеднения объемного заряда в зернах ZnO в области, прилегающей к границам зерен. (См. Примечания на последней странице этого раздела).

Признаки истощения слоев в варисторе показаны на рисунке 4, где величина, обратная квадрату емкости на границу, нанесена на график зависимости от приложенного напряжения на границу. Это тот же тип поведения, наблюдаемая концентрация носителей, N , как было определено, составляет около 2 x 1017 на см ³ .Кроме того, ширина обедненного слоя была рассчитана примерно на 1000 единиц Ангстрема. Однопереходные исследования также подтверждают диодную модель.

Именно эти обедненные слои блокируют свободный поток носителей и отвечают за изолирующие свойства при низком напряжении в области утечки, как показано на рисунке 5. Ток утечки возникает из-за свободного потока носителей через барьер с пониженным полем, и термически активируется, по крайней мере, выше примерно 25 ° C. Для полупроводниковых диодов с резким P-N переходом.Отношения:

Где:
(В _b ) = напряжение барьера,
(В) = приложенное напряжение,
(q) = заряд электрона,
(es) = диэлектрическая проницаемость полупроводника и
(N ) = концентрация носителя.
Исходя из этого соотношения, концентрация носителей ZnO, N , была определена как примерно 2 · 10 ¹⁷ на см ³ .

Кроме того, ширина истощающего слоя была рассчитана примерно на 1000 единиц Ангстрема.Однопереходные исследования также подтверждают диодную модель.

РИСУНОК 4. ЕМКОСТЬ-НАПРЯЖЕНИЕ ПОВЕДЕНИЕ ВАРИСТОРНЫХ ОБРАЗЦОВ
А ПОЛУПРОВОДНИК, ОБРАТНЫЙ ПЕРЕХОД ПОЛУПРОВОДНИКА, ОБРАТНЫЙ
СМЕЩЕННЫЙ ДИОД Nd ˜ 2 x 10 ¹⁷ / см ³

На рисунке 5 показана диаграмма энергетических зон для перехода ZnO-граница зерна-ZnO. Левая зернистость смещена вперед, V _L , а правая сторона смещена в обратном направлении до V _R .Ширина слоя истощения составляет X _L и X _R , а соответствующие высоты барьера составляют f _L и f _R . Высота барьера со смещением нуля составляет f _O . По мере увеличения напряжения смещения f _L уменьшается, а f _R увеличивается, что приводит к снижению барьера и увеличению проводимости.

Высота барьера f _L варистора низкого напряжения была измерена как функция приложенного напряжения и представлена ​​на рисунке 6.Быстрое уменьшение барьера при высоком напряжении представляет собой начало нелинейной проводимости.

РИСУНОК 5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ДИАГРАММА ПЕРЕХОДА ZnO-ЗЕРНО-ГРАНИЦА-ZnO

РИСУНОК 6. ТЕПЛОВЫЙ БАРЬЕР в зависимости от ПРИЛОЖЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Транспортные механизмы в нелинейной области очень сложны и до сих пор являются предметом активных исследований. Большинство теорий черпают вдохновение из теории переноса полупроводников и не рассматриваются подробно в этом документе.

Конструкция варистора

Процесс изготовления варистора Littelfuse проиллюстрирован на блок-схеме на рисунке 7. Исходный материал может отличаться по составу добавок оксидов, чтобы охватить диапазон напряжения продукта.

РИСУНОК 7. СХЕМА ПОТОКА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МАЛЕНЬКОГО ВАРИСТРА

Характеристики устройства определяются при операции прессования. Порошок прессуют в форму заданной толщины, чтобы получить желаемое значение номинального напряжения.Для получения желаемых значений пикового тока и энергетической способности варьируют площадь электродов и массу устройства. Диапазон диаметров, доступных для дисковых продуктов, указан здесь:

Номинальный диаметр диска Диаметр, мм

3

5

7

10

14

20

32

34

40

62

Конечно, другие формы, например, прямоугольники, также возможны при простой замене штампов пресса.Для изготовления различных форм можно использовать другие методы изготовления керамики. Например, стержни или трубки изготавливают путем экструзии и резки до нужной длины. После формования необожженные (т.е. необожженные) детали помещают в печь и спекают при пиковых температурах, превышающих 1200 ° C. Оксид висмута расплавляется при температуре выше 825 ° C, что способствует первоначальному уплотнению поликристаллической керамики. При более высоких температурах происходит рост зерен, образуя структуру с контролируемым размером зерен.

Электродирование радиальных устройств и устройств со стружкой осуществляется обжигом толстой пленки серебра на керамической поверхности.Затем припаиваются провода или зажимы для ленты. Проводящая эпоксидная смола используется для соединения выводов с осевыми 3-миллиметровыми дисками. Для более крупных промышленных устройств (диски диаметром 40 мм и 60 мм) контактный материал представляет собой алюминий, напыленный дуговым напылением, с дополнительным напылением меди, если необходимо, чтобы получить поверхность, пригодную для пайки.

При сборке различных корпусов варистора Littelfuse используется множество методов инкапсуляции. Большинство радиальных и некоторые промышленные устройства (серия HA) имеют эпоксидное покрытие в псевдоожиженном слое, тогда как эпоксидная смола «наматывается» на осевое устройство.

Радиалы также доступны с фенольными покрытиями, наносимыми мокрым способом. Корпус серии PA состоит из пластика, залитого вокруг 20-миллиметрового дискового узла. Все устройства серий RA, DA и DB похожи тем, что все они состоят из дисков или микросхем с выводами или выводами, заключенных в формованный пластиковый корпус, заполненный эпоксидной смолой. Различные стили корпуса позволяют варьировать номинальную мощность, а также механический монтаж.

ТАБЛИЦА 2. РАЗМЕРЫ КЕРАМИКИ ПО ТИПАМ

УПАКОВКА ТИП	СЕРИЯ	РАЗМЕРЫ КЕРАМИКИ
Бесконтактный поверхностный монтаж	CH, AUML †, ML †, MLE †, MLN † Серия	Чип 5 мм x 8 мм, 0603, 0805, 1206, 1210, 1812, 2220
с осевыми выводами	MA серии	Диск диаметром 3 мм
С радиальными выводами	ZA, LA, C-III, TMOV ® , i TMOV ® , UltraMOV ™ , TMOV25S ® Series	Диски диаметром 5 мм, 7 мм, 10 мм, 14 мм, 20 мм
В штучной упаковке, низкопрофильный	RA серии	5 мм x 8 мм, 10 мм x 16 мм, 14 x 22 микросхемы
Промышленные блоки	BA, BB серии DA, DB серии DHB серии HA, HB серии HC, HF серии HG серии	Диск диаметром 32 мм, диаметр 40 мм, квадратный диск 34 мм, диск диаметром 40 мм, диск диаметром 60 мм
Промышленные диски	CA серии	Диски диаметром 60 мм

На рис. 9A, 9B и 9C (ниже) показаны детали конструкции некоторых варисторных корпусов Littelfuse.Размеры керамики в зависимости от типа корпуса приведены выше в таблице 2.

РИСУНОК 9A. РАЗРЕЗ MA СЕРИИ

РИСУНОК 9B. ПЕРЕСЕЧЕНИЕ РАДИАЛЬНОГО ВНУТРЕННЯЯ УПАКОВКА

РИСУНОК 9C. ИЗОБРАЖЕНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СЕРИИ DA, DB И BA / BB

Электрические характеристики ВАХ варистора

Обращаясь теперь к области сильноточного разворота на рисунке 10, мы видим, что поведение V-I приближается к омической характеристике.Предельное значение сопротивления зависит от электропроводности тела полупроводниковых зерен ZnO, концентрация носителей которых находится в диапазоне от 10 ¹⁷ до 10 ¹⁸ на см ³ . Это снизит удельное сопротивление ZnO ниже 0,3 Ом · см.

РИСУНОК 10. ТИПИЧНАЯ ВАРИСТОРНАЯ КРИВАЯ V-I, ЗАПИСАННАЯ НА МАСШТАБЕ ЖУРНАЛА

Электрические характеристики варистора

удобно отображаются в логарифмическом формате, чтобы показать широкий диапазон кривой V-I.Формат журнала также более ясен, чем линейное представление, которое имеет тенденцию преувеличивать нелинейность пропорционально выбранному текущему масштабу. Типичная характеристическая кривая V-I показана на рисунке 10. Этот график показывает более широкий диапазон тока, чем обычно указывается в технических паспортах варисторов, чтобы проиллюстрировать три различных области электрического режима.

Эквивалентная схема цепи

, модель

Электрическая модель варистора может быть представлена ​​упрощенной схемой замещения, показанной на Рисунке 11.

РИСУНОК 11. ВАРИСТОРНАЯ МОДЕЛЬ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ЦЕПИ

Рабочий участок утечки

При низких уровнях тока кривая V-I приближается к линейной (омической) зависимости и показывает значительную температурную зависимость. Варистор находится в режиме высокого сопротивления (приближается к 10 ⁹ Ом) и выглядит как разомкнутая цепь. Нелинейную составляющую сопротивления ( R _X ) можно игнорировать, потому что ( R _OFF ) будет преобладать параллельно.Кроме того, ( R _ON ) будет незначительным по сравнению с ( R _OFF ).

РИСУНОК 12. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ЦЕПЬ ПРИ НИЗКИХ ТОКАХ

Для данного варисторного устройства емкость остается примерно постоянной в широком диапазоне напряжения и частоты в области утечки. При подаче напряжения на варистор значение емкости уменьшается незначительно. Когда напряжение приближается к номинальному напряжению варистора, емкость уменьшается.Емкость остается почти постоянной при изменении частоты до 100 кГц. Точно так же изменение температуры невелико, значение емкости 25 ° C соответствует +/- 10% от -40 ° C до + 125 ° C.

Температурный эффект характеристической кривой V-I в области утечки показан на рисунке 13. Отмечается отчетливая температурная зависимость.

РИСУНОК 13. ЗАВИСИМОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ В ОБЛАСТИ УТЕЧКИ

Соотношение между током утечки (I) и температурой (T) равно

Изменение температуры, по сути, соответствует изменению ( R _OFF ).Однако ( R _OFF ) сохраняет высокое значение сопротивления даже при повышенных температурах. Например, он все еще находится в диапазоне от 10 МОм до 100 МОм при 125 ° C.

Хотя ( R _OFF ) имеет высокое сопротивление, оно зависит от частоты. Отношение приблизительно линейно с обратной частотой.

Если, однако, параллельная комбинация ( R _OFF ) и ( ° C ) является преимущественно емкостной на любой интересующей частоте.Это связано с тем, что емкостное реактивное сопротивление также изменяется приблизительно линейно с 1 / f .

При более высоких токах, в диапазоне мА и выше, изменение температуры становится минимальным. График температурного коэффициента ( dV / dT ) приведен на рисунке 14. Следует отметить, что температурный коэффициент отрицательный (-) и уменьшается с ростом тока. В диапазоне напряжения фиксации варистора ( I> 1A ) температурная зависимость приближается к нулю.

РИСУНОК 14. ОТНОШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА DV / DT К ВАРИСТОРНОМУ ТОКУ

Номинальный диапазон работы варистора

Характеристика варистора соответствует уравнению:

I = кВ ^a , где ( k ) – постоянная величина, а показатель степени ( a ) определяет степень нелинейности. Альфа – это показатель качества, который можно определить по наклону кривой V-I или рассчитать по формуле:

В этой области варистор является проводящим, и R _X будет преобладать над C , R _ON и R _OFF . R _X становится на много порядков меньше, чем R _OFF , но остается больше, чем R _ON .

РИСУНОК 15. Эквивалентная цепь при варисторной проводимости

Во время проводимости напряжение варистора остается относительно постоянным при изменении тока на несколько порядков. Фактически, сопротивление устройства R _X изменяется в зависимости от тока. Это можно наблюдать, исследуя статическое или динамическое сопротивление как функцию тока.Статическое сопротивление определяется как:

.

Графики типичных значений сопротивления в зависимости от тока ( I ) приведены на рисунках 16A и 16B.

РИСУНОК 16A. R _X СТАТИЧЕСКОЕ ВАРИСТОРНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ РИСУНОК

РИСУНОК 16B. Z _X ДИНАМИЧЕСКОЕ ВАРИСТОРНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Восходящий регион деятельности

При больших токах, приближающихся к максимальному значению, варистор приближается к короткому замыканию.Кривая отклоняется от нелинейной зависимости и приближается к значению объемного сопротивления материала, примерно 1–10 Ом. Подъем происходит, когда R _X приближается к значению R _ON . Резистор R _ON представляет собой объемное сопротивление зерен Z _N O. Это сопротивление является линейным (которое проявляется как более крутой наклон на графике) и возникает при токах от 50 до 50 000 А, в зависимости от размера варистора.

РИСУНОК 17.Эквивалентная цепь при подъеме варистора

Скорость реакции и скорость воздействия

Действие варистора зависит от механизма проводимости, аналогичного механизму других полупроводниковых приборов. По этой причине проводимость происходит очень быстро, без видимой задержки по времени – даже в наносекундном (нс) диапазоне. На рисунке 18 показана составная фотография двух кривых напряжения с варистором, вставленным в импульсный генератор с очень низкой индуктивностью, и без него. Вторая кривая (которая не синхронизирована с первой, а просто накладывается на экран осциллографа) показывает, что эффект ограничения напряжения варистора возникает менее чем за 1.0 нс.

РИСУНОК 18. ОТВЕТ ZnO ВАРИСТОРА НА БЫСТРОЕ ВРЕМЯ НАРАСТЕНИЯ (500ps) ИМПУЛЬС

В обычных устройствах, установленных на выводах, индуктивность выводов полностью маскирует быстрое действие варистора; поэтому для испытательной схемы на Рисунке 18 потребовалось вставить небольшой кусок варисторного материала в коаксиальную линию, чтобы продемонстрировать собственный отклик варистора.

Испытания, проведенные на устройствах, установленных на выводах, даже с уделением особого внимания минимизации длины выводов, показывают, что напряжения, индуцируемые в контуре, образованном выводами, составляют значительную часть напряжения, возникающего на выводах варистора при высоком и быстром токе. подъем.К счастью, токи, которые могут быть доставлены от источника переходных процессов, неизменно медленнее по времени нарастания, чем наблюдаемые переходные процессы напряжения. Варисторы чаще всего используют при времени нарастания тока более 0,5 мкс.

Скорость нарастания напряжения – не лучший термин для использования при обсуждении реакции варистора на быстрый импульс (в отличие от искровых разрядников, где на переключение из непроводящего в проводящее состояние требуется конечное время). Время отклика варистора на переходный ток, который может выдать схема, является подходящей характеристикой, которую следует учитывать.

Вольт-амперная характеристика на рисунке 19A показывает, как на отклик варистора влияет форма тока. Исходя из таких данных, эффект «выброса» может быть определен как относительное увеличение максимального напряжения, возникающего на варисторе во время быстрого нарастания тока, с использованием в качестве эталона стандартной волны тока 8/20 мкс. На рисунке 19B показано типичное изменение напряжения фиксации в зависимости от времени нарастания для различных уровней тока.

РИСУНОК 19. РЕАГИРОВАНИЕ ВАРИСТОРОВ НА ВЫВОДЕ НА ТЕКУЮ ВОЛНУ

РИСУНОК 19A.ХАРАКТЕРИСТИКИ V-I ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ВРЕМЕНИ НАРАБОТКИ ТОКА

РИСУНОК 19B. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАБЛЮДЕНИЯ НА ОСНОВЕ ОСНОВНОГО ТОКА 8/20? S

Как подключить варистор Littelfuse

Подавители переходных процессов могут подвергаться воздействию высоких токов в течение коротких промежутков времени от наносекунд до миллисекунд.

Варисторы

Littelfuse подключаются параллельно нагрузке, и любое падение напряжения на выводах варистора снижает его эффективность.Наилучшие результаты достигаются при использовании коротких проводов, которые расположены близко друг к другу, чтобы уменьшить наведенные напряжения, и низкого омического сопротивления, чтобы уменьшить падение I • R.

Однофазный

РИСУНОК 23.

Это наиболее полная защита, которую можно выбрать, но во многих случаях выбираются только Варистор 1 или Варистор 1 и 2.

РИСУНОК 24.

Трехфазный

РИСУНОК 25A. 3 ФАЗА 220В / 380В, НЕЗЕМЛЯЮЩАЯ

РИСУНОК 25B.3 ФАЗА 220 В ИЛИ 380 В, НЕЗЕМЛЯЮЩАЯ

РИСУНОК 25C. 3 ФАЗА 220 В, ОДНА ФАЗА ЗАЗЕМЛЕННАЯ

РИСУНОК 25D. 3 ФАЗА 220 В

РИСУНОК 25E. 3 ФАЗЫ 120 В / 208 В, 4 ПРОВОДА

РИСУНОК 25F. 3 ФАЗА 240 В / 415 В

Для более высоких напряжений используйте те же соединения, но выбирайте варисторы для соответствующего номинального напряжения.

Приложение постоянного тока

Для приложений

постоянного тока требуется соединение между плюсом и минусом или плюсом и землей, а также минусом и землей.

Например, если переходный процесс к земле существует на всех трех фазах (переходные процессы синфазного режима), только подавители переходных процессов, соединенные фазой с землей, будут поглощать энергию. Подавители переходных процессов, подключенные по фазе к фазе, не будут эффективны.

РИСУНОК 26. ПЕРЕХОДНОЕ И ПРАВИЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ОБЩЕГО РЕЖИМА

С другой стороны, если существует дифференциальный режим переходного процесса (фаза к фазе), то подавители переходных процессов, соединенные между фазами, будут правильным решением.

РИСУНОК 27. ПЕРЕХОДНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕЖИМ И ПРАВИЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ

Это лишь некоторые из наиболее важных вариантов подключения ограничителей переходных процессов.

Логический подход состоит в том, чтобы подключить подавитель переходных процессов между точками разности потенциалов, создаваемых переходным процессом. Подавитель затем уравняет или уменьшит эти потенциалы до более низких и безопасных уровней.

Термины и определения варистора

Определения (Стандарт IEEE C62.33, 1982)

Характеристика – это неотъемлемая и измеряемая характеристика устройства. Такое свойство может быть электрическим, механическим или тепловым и может быть выражено как значение для указанных условий.

Рейтинг – это значение, которое устанавливает либо ограничивающую способность, либо ограничивающее условие (максимальное или минимальное) для работы устройства. Он определен для заданных значений окружающей среды и эксплуатации. Рейтинги указывают уровень нагрузки, которая может быть приложена к устройству, не вызывая ухудшения характеристик или выхода из строя.Символы варистора определены на линейном графике V-I, показанном на рисунке 20.

РИСУНОК 20. СИМВОЛЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ НА ГРАФИКЕ I-V

Устройство фиксации напряжения

Зажимное устройство, такое как MOV, относится к характеристике, при которой эффективное сопротивление изменяется с высокого на низкое состояние в зависимости от приложенного напряжения. В проводящем состоянии между зажимным устройством и сопротивлением источника цепи устанавливается действие делителя напряжения.Зажимные устройства обычно являются «рассеивающими» устройствами, преобразующими большую часть переходной электрической энергии в тепло.

Выбор наиболее подходящего подавителя зависит от баланса между приложением, его работой, ожидаемыми угрозами переходного напряжения и уровнями чувствительности компонентов, требующих защиты. Также необходимо учитывать форм-фактор / стиль упаковки.

Тестовая форма волны

При высоких уровнях тока и энергии характеристики варистора обязательно измеряются с помощью формы импульса.На рисунке 21 показана форма волны стандарта ANSI C62.1, экспоненциально затухающая форма волны, представляющая грозовые скачки и разряд накопленной энергии в реактивных цепях.

Волна тока 8/20 мкс (нарастание 8 мкс и спад от 20 мкс до 50% пикового значения) используется в качестве стандарта, основанного на отраслевых практиках, для описанных характеристик и номинальных значений. Единственным исключением является класс энергопотребления (W _TM ), в котором используется более длинная форма волны 10/1000 мкс. Это состояние более характерно для высоких скачков энергии, обычно возникающих при индукционном разряде двигателей и трансформаторов.Варисторы рассчитаны на максимальный импульс энергии, который приводит к сдвигу напряжения варистора (V _N ) менее чем на +/- 10% от начального значения.

РИСУНОК 21. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛНЫ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА

Номинальные параметры рассеиваемой мощности

Когда переходные процессы происходят в быстрой последовательности, средняя рассеиваемая мощность равна энергии W _TM (ватт-секунды) за импульс, умноженной на количество импульсов в секунду. Разрабатываемая таким образом мощность должна соответствовать спецификациям, указанным в таблице характеристик и характеристик конкретного устройства.Некоторые параметры должны быть снижены при высоких температурах.

РИСУНОК 22. НОМИНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВА

ТАБЛИЦА 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВАРИСТОРА (СТАНДАРТ IEEE C62.33-1982, ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ 2.3 И 2.4)

Термины и описания	Символ
Ограничивающее напряжение. Пиковое напряжение на варисторе, измеренное в условиях заданного пикового значения импульсного тока V C и заданной формы волны.ПРИМЕЧАНИЕ. Пиковое напряжение и пиковые токи не обязательно совпадают по времени.	В С
Номинальные пиковые переходные токи одиночных импульсов (варистор). Максимальный пиковый ток, который может быть приложен для одиночного импульса 8/20 мкс, с также приложенным номинальным линейным напряжением, не вызывая отказа устройства.	I TM
Расчетные импульсные токи на срок службы (варистор). Пониженные значения I TM для длительности импульса, превышающей длительность волны 8/20 мкс, а также для нескольких импульсов, которые могут применяться в течение номинального срока службы устройства.	–
Номинальное действующее значение напряжения (варистор). Максимально допустимое продолжительное действующее синусоидальное напряжение.	В M (переменный ток)
Номинальное постоянное напряжение (варистор). Максимальное допустимое продолжительное напряжение постоянного тока.	В M (постоянный ток)
Постоянный ток в режиме ожидания (варистор). Ток варистора, измеренный при номинальном напряжении, В М (пост. Ток) .	I D
Для некоторых приложений могут быть полезны некоторые из следующих терминов.
Номинальное напряжение варистора. Напряжение на варисторе, измеренное при заданном импульсном постоянном токе I N (DC) определенной продолжительности. I N (DC) определенной продолжительности. I N (DC) указывается производителем варистора.	В N (постоянный ток)
Пиковое номинальное напряжение варистора. Напряжение на варисторе, измеренное при заданном пиковом переменном токе I N (AC) определенной продолжительности. I N (AC) указывается производителем варистора.	В N (переменный ток)
Номинальное рекуррентное пиковое напряжение (варистор). Максимальное повторяющееся пиковое напряжение, которое может применяться для указанного рабочего цикла и формы волны.	В PM
Номинальная энергия переходного процесса одиночного импульса (варистор). Энергия, которая может рассеиваться для одиночного импульса максимального номинального тока с заданной формой волны при приложенном номинальном среднеквадратичном напряжении или номинальном постоянном напряжении, не вызывая отказа устройства.	Вт TM
Расчетная средняя рассеиваемая мощность в переходных процессах (варистор). Максимальная средняя мощность, которая может рассеиваться из-за группы импульсов, возникающих в течение определенного изолированного периода времени, не вызывая отказа устройства.
Напряжение варистора. Напряжение на варисторе, измеренное при заданном токе IX.	В X
Коэффициент ограничения напряжения (варистор). Показатель эффективности зажима варистора, определяемый символами (V C ) ÷ (V M (AC) ), (V C ) ÷ (V M (DC) ) .	В С / В PM
Нелинейная экспонента. Мера нелинейности варистора между двумя заданными рабочими токами, I 1 и I 2 , как описано как I = kV a , где k – постоянная устройства, I 1 ≤ I ≤ I 2 , и a 12 = (logI 2 / I 1 ) ÷ (logV 2 / V 1 )	a
Динамическое сопротивление (варистор). Мера полного сопротивления слабого сигнала в данной рабочей точке, как определено следующим образом: Z X = (dV X ) ÷ (dI X )	Z X
Сопротивление (варистор). Статическое сопротивление варистора в данной рабочей точке, определяемое следующим образом: R X = (V X ) ÷ (I X )	R X
Емкость (варистор). Емкость между двумя выводами варистора, измеренная при указанной частоте C и смещении.	С
Резервное питание переменного тока (варистор). Рассеиваемая мощность переменного тока варистора, измеренная при номинальном среднеквадратичном напряжении В M (AC) .	П Д
Превышение напряжения (варистор). Превышение напряжения над напряжением ограничения устройства для заданного тока, которое возникает, когда применяются волны тока длительностью виртуального фронта менее 8 мкс. Это значение может быть выражено в% от напряжения ограничения (V C ) для волны тока 8/20.	В ОС
Время отклика (варистор). Время между точкой, в которой волна превышает уровень напряжения ограничения (V C ), и пиком выброса напряжения. Для целей этого определения напряжение ограничения определяется формой волны тока 8/20 мкс с той же пиковой амплитудой тока, что и форма волны, используемая для этого времени отклика.	–
Продолжительность выброса (варистор). Время между точкой уровня напряжения (V C ) и точкой, в которой выброс напряжения снизился до 50% от своего пика.Для целей этого определения напряжение ограничения определяется формой волны тока 8/20 мкс с той же пиковой амплитудой тока, что и форма волны, используемая для этой длительности выброса.	–

Выберите правильные варисторы для защиты цепей от перенапряжения

Варисторы, также называемые металлооксидными варисторами (MOV), используются для защиты чувствительных цепей от различных условий перенапряжения. По сути, эти нелинейные устройства, зависящие от напряжения, имеют электрические характеристики, аналогичные соединенным друг с другом стабилитронам.

Загрузить статью в формате .PDF

Переходные процессы напряжения Варисторы обладают высокой долговечностью, которая необходима для выдерживания повторяющихся импульсных токов с высокой пиковой нагрузкой и переходных процессов с высокими импульсами. Они также предлагают широкий диапазон напряжений, высокое энергопотребление и быструю реакцию на скачки напряжения. Пиковый ток составляет от 20 до 70000 А, а пиковая мощность – от 0,01 до 10000 Дж.

В этом контексте «переходные процессы напряжения» определяются как кратковременные скачки электрической энергии.В электрических или электронных схемах, которые варисторы призваны защищать, эта энергия может выделяться либо предсказуемым образом посредством контролируемых переключающих действий, либо случайным образом индуцироваться в цепи от внешних источников. Общие источники включают:

• Молния: Фактически, переходные процессы, вызванные молнией, не являются результатом прямого удара. Удар молнии создает магнитное поле, которое может вызвать переходные процессы большой величины в близлежащих электрических кабелях. Удар из облака в облако может повлиять как на воздушные, так и на проложенные кабели.Результат также непредсказуем – удар, который происходит на расстоянии мили, может генерировать 70 В в электрических кабелях, а другой может генерировать 10 кВ на расстоянии 160 ярдов.
• Переключение индуктивной нагрузки: Генераторы, двигатели, реле и трансформаторы представляют собой типичные источники индуктивных переходных процессов. Включение и выключение индуктивных нагрузок может вызвать переходные процессы с высокой энергией, которые усиливаются по мере увеличения нагрузки. Когда индуктивная нагрузка отключена, коллапсирующее магнитное поле преобразуется в электрическую энергию, которая принимает форму двойного экспоненциального переходного процесса.В зависимости от источника эти переходные процессы могут достигать сотен вольт и сотен ампер с длительностью 400 мс. Из-за различных размеров нагрузки будет различаться форма волны, продолжительность, пиковый ток и пиковое напряжение переходных процессов. После того, как эти переменные будут приближены, разработчики схем смогут выбрать подходящий тип подавителя.
• Электростатический разряд (ESD): Эта энергия является результатом дисбаланса положительных и отрицательных зарядов между объектами.Он характеризуется очень быстрым временем нарастания и очень высокими пиковыми напряжениями и токами.

Основы варистора

Варисторы в основном состоят из массивов шариков из оксида цинка (ZnO), в которых ZnO был заменен небольшими количествами других оксидов металлов, таких как висмут, кобальт или марганец. В процессе производства MOV эти шарики спекаются (плавятся) в керамический полупроводник. Это создает кристаллическую микроструктуру, которая позволяет этим устройствам рассеивать очень высокие уровни переходной энергии по всей своей массе.После спекания поверхность металлизируется, а выводы крепятся пайкой.

Благодаря высокому рассеиванию энергии MOV, они могут использоваться для подавления молний и других высокоэнергетических переходных процессов, встречающихся в сетях переменного тока. Они способны выдерживать большие количества энергии и отводить эту потенциально разрушительную энергию от чувствительной электроники, расположенной ниже по потоку. MOV, которые также используются в цепях постоянного тока, имеют различные форм-факторы (рис. 1) .

% {[data-embed-type = “image” data-embed-id = “5df275ecf6d5f267ee20f227” data-embed-element = “aside” data-embed-align = “left” data-embed-alt = “Сайты электронного дизайна Electronicdesign com. Загрузка файлов 2015 01 0215 Ee Fig1 “data-embed-src =” https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/01/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_fau&hl=ru&freepng = max & w = 1440 “data-embed-caption =” “]}%
1. Металлооксидные варисторы (MOV) доступны в различных форм-факторах и размерах для широкого диапазона приложений.Диск с радиальными выводами является наиболее распространенной версией.

Многослойные варисторы

Многослойные варисторы (MLV) обращаются к определенной части спектра переходных напряжений: среде печатной платы. Несмотря на меньшую энергию, переходные процессы от электростатического разряда, индуктивного переключения нагрузки и даже остатки грозовых перенапряжений в противном случае могут достичь чувствительных интегральных схем на плате. MLV также изготавливаются из материалов ZnO, но они изготавливаются с переплетенными слоями металлических электродов и производятся в керамических корпусах без свинца.Они предназначены для перехода из состояния с высоким импедансом в состояние проводимости при воздействии напряжений, превышающих их номинальное напряжение.

MLV выпускаются с кристаллами разного размера и способны рассеивать значительную энергию скачков напряжения для своего размера. Таким образом, они подходят как для систем подавления переходных процессов, так и для линий передачи данных и источников питания.

Руководство по применению

При выборе подходящего MOV для конкретного применения защиты от перенапряжения разработчик схемы должен сначала определить рабочие параметры защищаемой цепи, в том числе:

• Условия цепи, такие как пиковое напряжение и ток во время выброса
• Постоянное рабочее напряжение MOV (должно быть на 20% выше максимального напряжения системы при нормальных условиях)
• Число скачков, которые должен выдержать MOV
• Допустимое допустимое отклонение – сквозное напряжение для защищаемой цепи
• Любые стандарты безопасности, которым цепь должна соответствовать

Для простоты в этом примере предположим, что целью является выбор низковольтного дискового MOV постоянного тока для следующих условий и требований схемы:

• Цепь постоянного тока 24 В
• Форма волны тока при скачке напряжения 8 × 20 мкс; форма волны напряжения равна 1.2 × 50 мкс (это типичные стандартные формы сигналов)
• Пиковый ток во время скачка = 1000 A
• MOV должен выдерживать 40 скачков напряжения
• Другие компоненты схемы (управляющая ИС и т. Д.) Должны быть рассчитаны на выдерживает 300 В максимум

Шаг 1: Чтобы найти номинальное напряжение MOV, учитывайте запас в 20% для учета выбросов напряжения и допусков источника питания: 24 В постоянного тока × 1,2 = 28,8 В постоянного тока. Учитывая, что ни один варистор не имеет номинального напряжения ровно 28,8 В, проверьте спецификации для 31-В постоянного тока MOV.

% {[data-embed-type = “image” data-embed-id = “5df275ecf6d5f267ee20f229” data-embed-element = “aside” data-embed-align = “left” data-embed-alt = “Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 01 0215 Ee Таблица “data-embed-src =” https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/01/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_01_0215EE_Table = max & w = 1440 “data-embed-caption =” “]}%

Шаг 2: Чтобы определить, какой размер диска MOV использовать, сначала определите серию MOV, которая минимально соответствует требованиям к перенапряжению 1000-A.Изучив приведенную выше таблицу, можно предположить, что MOV диаметром 20 мм с максимальным номинальным постоянным напряжением 31 В постоянного тока (номер детали V20E25P) является возможным решением, отвечающим требованиям.

Шаг 3: Используйте кривые мощности импульсов (рис. 2) в той же таблице данных, чтобы определить возможности импульсов относительно 40 импульсов при требовании 1000-А.

% {[data-embed-type = “image” data-embed-id = “5df275ecf6d5f267ee20f22b” data-embed-element = “aside” data-embed-align = “left” data-embed-alt = “Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 01 0215 Ee Fig2 “data-embed-src =” https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/01/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_01_0215EE_Fig2.png?auto=format&fit=max&w=1440 “data-embed]-caption =” 9150 ” В таблице данных приведена кривая мощности импульсов; этот пример для 20-мм MOV.

Шаг 4: Используйте кривую V-I (рис. 3) в таблице данных MOV, чтобы убедиться, что напряжение утечки будет меньше предельного значения 300 В.

% {[data-embed-type = “image” data-embed-id = “5df275ecf6d5f267ee20f22d” data-embed-element = “aside” data-embed-align = “left” data-embed-alt = “Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 01 0215 Ee Fig3 “data-embed-src =” https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/01/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_01_0215EE_Fig3.png?auto=format&fit=max&w=1440 “data-embed-caption %OV3. data-embed-caption =” 9150 ” также имеют кривую зависимости напряжения от тока, такую ​​как эта максимальная кривая напряжения фиксации для 20-мм устройства на рис. 2.

Защита MOV от теплового разгона

Поглощение варистором переходной энергии во время скачка напряжения вызывает локальный нагрев внутри компонента, что в конечном итоге приводит к его ухудшению.Если оставить без защиты, деградация варистора может увеличить нагрев и тепловой пробой. Таким образом, все большее количество устройств защиты от перенапряжения на основе варисторов предлагает встроенную функцию теплового отключения. Он обеспечивает дополнительную защиту от катастрофических отказов и опасностей пожара, даже в экстремальных обстоятельствах, когда варистор выходит из строя или при длительном перенапряжении.

MOV

рассчитаны на определенные рабочие напряжения сети переменного тока. Превышение этих пределов путем применения устойчивого состояния аномального перенапряжения может привести к перегреву и повреждению MOV.

MOV имеют тенденцию к постепенному ухудшению после большого всплеска или нескольких небольших всплесков. Это ухудшение приводит к увеличению тока утечки MOV; в свою очередь, это повышает температуру MOV даже при нормальных условиях, таких как рабочее напряжение 120 В переменного тока или 240 В переменного тока. Тепловой разъединитель рядом с MOV (рис. 4) можно использовать для определения повышения температуры MOV, пока он продолжает ухудшаться до состояния конца срока службы. В этот момент тепловой разъединитель размыкает цепь, удаляя из нее неисправный MOV и тем самым предотвращая потенциальный катастрофический отказ.

% {[data-embed-type = “image” data-embed-id = “5df275ecf6d5f267ee20f22f” data-embed-element = “aside” data-embed-align = “left” data-embed-alt = “Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузки файлов 2015 01 0215 Ee Fig4 “data-embed-src =” https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/01/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_01_0215EE = max & w = 1440 “data-embed-caption =” “]}%
4. Тепловое отключение может размыкать цепь, предотвращая катастрофический отказ неисправного MOV.

Драйверы светодиодов и освещения

Как правило, большинство источников питания светодиодов являются источниками постоянного тока и часто называются драйверами светодиодов. Их можно приобрести в виде готовых сборок, содержащих MOV, для удовлетворения требований к перенапряжениям более низкого уровня.

Обычно драйверы рассчитаны на перенапряжение в диапазоне от 1 до 4 кВ. Варистор диаметром от 7 до 14 мм обычно располагается после предохранителя в сети переменного тока. Однако, чтобы обеспечить более высокий уровень защиты от перенапряжения для освещения, установленного на открытом воздухе в условиях воздействия перенапряжения, OEM-производители наружного освещения могут захотеть добавить устройства защиты от перенапряжения (SPD) на входных линиях переменного тока своих светильников перед драйвером светодиода.

Пример конструкции MOV: Промышленные двигатели

Одним из аспектов защиты электродвигателя переменного тока является способность самого электродвигателя выдерживать скачки напряжения. В параграфе 20.36.4 стандарта NEMA для двигателей-генераторов MG-1 единичное значение перенапряжения определяется следующим образом:

u × V _LL (или 0,816 × V _LL )

, где VL-L – линия-к- линейное напряжение системы переменного тока.

Для переходного времени нарастания от 0,1 до 0,2 мкс требуется удвоенное значение импульсной способности обмоток статора.Когда время нарастания достигает 1,2 мкс или больше, указывается в 4,5 раза больше единицы. В случае внешних переходных процессов, таких как молния, это будет соответствовать допустимому импульсному напряжению 918 В _PEAK для двигателя 230 В (ток полной нагрузки = 12 А) в условиях высокого напряжения 250 В. (Удары молнии могут превышать эти значения, поэтому обмоткам статора также потребуется элемент подавления для защиты.)

Загрузить статью в формате .PDF

Рабочие температуры – еще одно соображение.Предположим, что рабочая температура окружающей среды для этого приложения находится в диапазоне от 0 до + 70 ° C. Это будет в пределах номинального значения MOV от -40 до + 85 ° C, и не будет необходимости в снижении номинальных значений импульсного тока или энергии в этом диапазоне температур. быть выбранным для этого примера. При использовании однофазного двигателя среднего размера мощностью 2 л.с. требуемый импульсный ток MOV будет определяться пиковым током, наведенным в источнике питания двигателя. Предполагая, что электродвигатель обслуживается, а полное сопротивление линии составляет 2 Ом, было определено, что возможен удар молнии 3 кА.
В этом случае в одной таблице данных указано максимальное напряжение зажима 3 кА при 900 В, что ниже предполагаемой выдерживаемой способности обмотки статора 918 В. Если бы срок службы двигателя был оценен в 20 лет и определен как способный выдержать 80 переходных процессов молнии в течение срока службы, кривые импульсной характеристики в таблице данных подтвердили бы рейтинг 100+ скачков напряжения.

Для более подробного объяснения того, как согласовать MOV с приложениями, ознакомьтесь с «Руководством по проектированию варисторов постоянного тока».

Варистор на основе оксида металла (MOV) – Работа, применение, советы по проектированию и руководство по выбору

Варистор на основе оксида металла или MOV – это круглый компонент синего или оранжевого цвета, который обычно можно обнаружить на стороне входа переменного тока любого источника питания Цепь питания . Варистор из оксида металла можно рассматривать как еще один тип переменного резистора, который может изменять свое сопротивление в зависимости от приложенного к нему напряжения. Когда через MOV проходит большой ток, его сопротивление уменьшается и действует как короткое замыкание.Следовательно, MOV обычно используются параллельно с предохранителем для защиты цепей от скачков высокого напряжения. В этой статье мы узнаем больше о MOV Working и о том, как использовать его в своих проектах, чтобы защитить схемы от скачков напряжения . Мы также узнаем об электрических свойствах MOV и о том, как выбрать MOV в соответствии с вашими проектными требованиями, так что давайте начнем.

Что такое MOV (металлооксидный варистор)?

MOV – это просто переменный резистор, но, в отличие от потенциометров, MOV может изменять свое сопротивление в зависимости от приложенного напряжения .Если напряжение на нем увеличивается, сопротивление уменьшается, и наоборот. Это свойство полезно для защиты цепей от скачков высокого напряжения; следовательно, они в основном используются как устройства защиты от перенапряжения в электронной сети. Простой MOV показан на рисунке ниже

.

Как работает MOV?

В нормальных условиях эксплуатации сопротивление MOV будет высоким, и они будут потреблять очень небольшой ток, но при скачке напряжения в сети напряжение поднимется выше изгиба или напряжения ограничения , и они потребляют больше тока, это рассеивает перенапряжения и защищает оборудование.MOV могут использоваться только для защиты от коротких перенапряжений , они не выдерживают длительных перенапряжений. Если MOV подвергаются повторяющимся скачкам, их свойства могут немного ухудшиться. Всякий раз, когда они испытывают скачок напряжения, напряжение зажима падает немного ниже, что через некоторое время может даже привести к их разрушению. Чтобы избежать подобных рисков, MOV обычно подключаются последовательно с термовыключателем / предохранителем, который может сработать при подаче большого тока. Давайте подробнее обсудим, как MOV работает в цепи.

Как использовать MOV в вашей схеме? Варисторы

MOV, также известные как варисторы, обычно используются вместе с предохранителями, включенными параллельно защищаемой цепи. На изображении ниже показано, как использовать MOV в электронной схеме .

Когда напряжение находится в номинальных пределах, сопротивление MOV будет очень высоким, и, следовательно, весь ток течет через цепь, а ток через MOV не течет. Но когда в основном напряжении возникает скачок напряжения, он появляется непосредственно на MOV, поскольку он размещен параллельно сети переменного тока.Это высокое напряжение снизит значение сопротивления MOV до очень низкого значения, что сделает его похожим на короткое замыкание.

Это вызывает прохождение большого тока через MOV, который приведет к срабатыванию предохранителя и отключению цепи от сетевого напряжения. Во время скачков напряжения неисправное высокое напряжение очень скоро вернется к нормальным значениям, в этих случаях продолжительность протекания тока будет недостаточно высокой, чтобы сгорел предохранитель, и схема вернется в нормальный режим работы, когда напряжение станет нормальным.Но каждый раз, когда обнаруживается всплеск, MOV на мгновение отключает цепь, закорачивая себя и каждый раз повреждая себя сильным током. Так что, если вы обнаружите, что MOV поврежден в какой-либо силовой цепи, возможно, это связано с тем, что в цепи было много скачков напряжения.

MOV Строительство Варистор на основе оксида металла

– это резистор , зависимый от напряжения , который изготовлен из керамических порошков оксидов металлов, таких как оксид цинка, и некоторых других оксидов металлов, таких как оксиды кобальта, марганца, висмута и т. Д.MOV состоит приблизительно из 90% оксида цинка и небольшого количества оксидов других металлов. Керамические порошки оксидов металлов остаются неповрежденными между двумя металлическими пластинами, называемыми электродами.

Гранулы оксидов металлов создают диодный переход между каждым ближайшим соседом. Итак, MOV – это большое количество последовательно соединенных диодов. Когда вы прикладываете небольшое напряжение к электродам, через переходы появляется обратный ток утечки . Первоначально генерируемый ток будет небольшим, но когда на MOV подается большое напряжение, пограничные переходы диодов выходят из строя из-за туннелирования электронов и лавинного пробоя.Внутренняя структура MOV показана на рисунке ниже.

Конструкция металлооксидного варистора

Варистор MOV начинает проводить ток, когда на соединительные провода подается определенное напряжение, и перестает проводить, когда напряжение падает ниже порогового напряжения . MOV доступны в различных форматах, таких как дисковый формат, устройства с осевыми выводами, блоки и винтовые клеммы, а также устройства с радиальными выводами. MOV всегда следует подключать параллельно. для повышения энергоемкости, и если вы хотите получить более высокое номинальное напряжение, вы должны подключать их последовательно.

Электрические характеристики MOV

Давайте рассмотрим различные электрические характеристики MOV, чтобы лучше понять свойства MOV.

Статическое сопротивление

Кривая статического сопротивления MOV строится со значением сопротивления MOV по оси X и значением напряжения по оси Y.

Кривая статического сопротивления

Приведенная выше кривая представляет собой кривую напряжения и сопротивления MOV, при нормальном напряжении сопротивление находится на пике, но по мере увеличения напряжения сопротивление варистора уменьшается.Эту кривую можно использовать, чтобы понять, какое сопротивление будет на вашем MOV при разных уровнях напряжения.

Характеристики V-I

Согласно закону Ома, ВАХ линейного резистора всегда представляет собой прямую линию, но мы не можем ожидать того же от переменного резистора. Как вы можете видеть на изображении ниже, если есть даже небольшое изменение напряжения, то это также означает значительное изменение тока.

MOV может работать в обоих направлениях, следовательно, он имеет симметричные двунаправленные характеристики.Кривая будет похожа на характеристическую кривую двух последовательно соединенных стабилитронов. Когда MOV не проводит, он имеет высокое сопротивление до определенного напряжения, скажем, 0-200 вольт, кривая имеет линейную зависимость, где ток, протекающий через варистор, почти равен нулю. Когда мы увеличиваем приложенное напряжение в диапазоне 200–250 В, сопротивление уменьшается, варистор начинает проводить ток, и начинает течь ток в несколько микроампер, что не имеет большого значения для кривой.

Как только возрастающее напряжение достигает номинального или ограничивающего напряжения (250 В), варистор становится очень проводящим, через варистор начинает течь ток около 1 мА. Когда переходное напряжение на варисторе равно или превышает напряжение ограничения, сопротивление варистора становится небольшим, что превращает его в проводник из-за лавинного эффекта полупроводникового материала.

Емкость MOV

Как мы уже знаем, MOV состоит из двух электродов, он действует как диэлектрическая среда и обладает эффектами конденсатора, которые могут повлиять на работу системы, если это не будет принято во внимание.Каждый полупроводниковый варистор будет иметь значение емкости, зависящее от площади, которая также обратно пропорциональна его толщине.

Значение емкости не имеет большого значения, когда речь идет о цепи постоянного тока, поскольку емкость будет оставаться почти постоянной, пока напряжение устройства не достигнет напряжения ограничения. Когда напряжение достигает предельного напряжения, никакого эффекта емкости не будет, так как варистор начнет свое нормальное функционирование.

Когда дело доходит до цепей переменного тока, емкость MOV может влиять на общее сопротивление корпуса MOV, что вызывает ток утечки .Поскольку варистор подключен параллельно защищаемому устройству, сопротивление утечки варистора быстро падает с увеличением частоты. Значение реактивного сопротивления MOV можно рассчитать по формуле

Xc = 1 / 2πfC

Где Xc – емкостное реактивное сопротивление, а f – частота источника переменного тока. Если частота увеличивается, ток утечки также будет увеличиваться, как показано в области непроводящей утечки на кривой V-I, описанной выше.

Выбор правильного MOV для защиты

Вы должны знать о различных количествах параметров MOV, чтобы выбрать правильное устройство для вашего оборудования. Спецификация MOV зависит от следующих

• Максимальное рабочее напряжение: Это установившееся постоянное напряжение, до которого типичный ток утечки будет меньше указанного значения.
• Напряжение ограничения: Это напряжение, при котором MOV начинает проводить и рассеивать импульсный ток.
• Импульсный ток: Это максимальный пиковый ток, который может быть передан устройству без повреждения устройства; в основном это выражается в «текущем состоянии в данный момент». Хотя устройство может выдерживать импульсный ток, производители рекомендуют заменять его в случае возникновения импульсного тока.
• Сдвиг помпажа: Каждый раз, когда устройство испытывает скачок, номинальное напряжение ограничения уменьшается, изменение напряжения после скачка называется смещением помпажа.
• Поглощение энергии: Максимальное количество энергии, которое MOV может рассеять в течение указанного пикового времени импульса определенной формы волны во время всплеска. Это значение можно определить, запустив все устройства в определенной управляемой цепи с определенными значениями. Энергия обычно выражается в стандартных переходных процессах x / y, где x – переходные процессы, а y – время достижения половины пикового значения.
• Время отклика: Это время, когда варистор начинает проводить ток после выброса, во многих случаях нет точного времени отклика.Типичное время отклика всегда равно 100 нс.
• Максимальное напряжение переменного тока: Это максимальное среднеквадратичное линейное напряжение, которое может постоянно подаваться на варистор. Максимальное среднеквадратичное значение следует выбирать так, чтобы оно было немного выше фактического действующего линейного напряжения. Пиковое напряжение синусоидальной волны не должно перекрываться с минимальным варистором, в противном случае это может сократить срок службы компонентов. Производители указывают максимальное напряжение переменного тока, которое мы можем подать на устройство в самом описании продукта.
• Ток утечки: Это величина тока, потребляемого варистором, когда он работает ниже предельного напряжения, то есть когда в сети нет скачков напряжения. Обычно ток утечки указывается при заданном рабочем напряжении на устройстве.

Приложения MOV

MOV могут использоваться для защиты различных типов оборудования от различных типов неисправностей. Они могут использоваться для защиты однофазной линии от линии и защиты от однофазной линии к линии и между линией и землей в электрических цепях переменного / постоянного тока.Они могут использоваться для защиты переключения полупроводников в транзисторах, полевых МОП-транзисторах или тиристорах, а также для защиты контактов от электрической дуги в устройствах с моторным приводом.

Когда дело доходит до применения, MOV могут использоваться в цепях, где когда-либо существует риск скачков напряжения или скачков напряжения. MOV в основном используются в адаптерах и лентах с защитой от перенапряжения, в источниках питания, подключенных к сети, в телефонных и других линиях связи, в защите промышленных линий переменного тока высокой энергии, в системах передачи данных или системах питания, в защите общего электронного оборудования, такого как сотовые телефоны. , цифровые фотоаппараты, персональные цифровые помощники, MP3-плееры и ноутбуки.

MOV

также используются в некоторых случаях, например, в микроволновых смесителях, для модуляции, обнаружения и преобразования частоты, которые не являются наиболее известными приложениями MOV.

Схема защиты MOV – Советы по проектированию

Теперь, когда мы обсудили, что такое MOV и как он используется для защиты вашей схемы от скачков напряжения, давайте закончим статью несколькими советами по проектированию, которые пригодятся вам при проектировании схемы.

1. Первым шагом при выборе MOV является определение непрерывного рабочего напряжения, которое будет обеспечиваться на варисторе, вы должны выбрать варистор с максимальным напряжением переменного или постоянного тока, которое соответствует приложенному напряжению или немного выше него.Выбор варистора, у которого максимальное номинальное напряжение на 10-15% выше, чем фактическое линейное напряжение, является обычным делом, поскольку линии питания всегда имеют допуск по отклонению напряжения. Это соотношение будет включено в их значения напряжения. В некоторых случаях, если вы предпочитаете добиться чрезвычайно низкого тока утечки, несмотря на минимально возможный уровень защиты, вы можете использовать варистор с более высоким рабочим напряжением.
2. Определите количество энергии, поглощаемой варистором в случае перенапряжения. Это можно определить, используя всю абсолютную максимальную нагрузку варистора во время перенапряжения в окружающей среде и спецификации, представленные в техническом паспорте.Вы должны выбрать варистор, который может рассеивать больше энергии, что эквивалентно или немного больше, чем рассеиваемая энергия, необходимая во время выброса, который может произвести схема.
3. Рассчитайте пиковый переходный ток или импульсный ток через варистор. Вы должны выбрать варистор с номинальным импульсным током, равным или немного большим, чем номинальный ток, требуемый при событии, которое может вызвать схема, чтобы убедиться, что он работает правильно.
4. Подобно всем вышеперечисленным свойствам, вы также должны определить требуемую рассеиваемую мощность и выбрать варистор, который имеет эквивалентную номинальную мощность или в идеале превышает мощность, требуемую в случае, когда цепь может производить.
5. Мощность, импульсный ток и номинальная мощность всегда выбираются таким образом, чтобы они превышали ожидаемое событие. Если вы не уверены в факторах события, разумно выбрать устройство с более высокой мощностью, выбросом текущие и энергетические рейтинги.
6. Последний и самый важный шаг – это выбор модели, которая может обеспечить необходимое напряжение фиксации. Вы можете выбрать напряжение ограничения на основе приблизительного максимального значения напряжения, которое вы позволите входу или выходу вашей схемы видеть во время события.Вы должны убедиться, что ваша цепь сможет выдержать это напряжение, это будет самое высокое напряжение, которое будет испытывать ваша цепь ниже по линии.

Каковы функции и применение варистора?

---

Введение

Варистор, резистивное устройство с нелинейными вольт-амперными характеристиками, которое в основном используется для ограничения напряжения и поглощения избыточного тока для защиты чувствительных устройств, когда цепь находится под повышенным напряжением.Его английское название – «резистор, зависящий от напряжения», сокращенно «VDR». Материал резистора – полупроводник, так что это своего рода полупроводниковый резистор.

Варистор – это устройство защиты с ограничением напряжения. Используя нелинейные характеристики варистора, когда между двумя полюсами варистора возникает перенапряжение, варистор может ограничивать напряжение до относительно фиксированного значения напряжения, тем самым реализуя защиту более поздней схемы.

В этой статье мы подробно расскажем о варисторе, его функциях, применении, параметрах и так далее.

---

Каталог

Введение
I Структурные характеристики варистора
14 II76 9165 Базовые характеристики защиты 9165 2.2 Ударопрочность
	2.3 Срок службы
	III Параметры варистора
IV Типы варистора	4.1 Классификация по компоновке
	4.2 Классификация по применяемым материалам
	4.3 Классификация по вольт-амперным характеристикам
В Выбор варисторов	Напряжение
	5.2 Выбор расхода
	5.3 Выбор напряжения зажима
	5.4 Выбор CP
	5.5 Сопоставление сопротивления
VI Расчет напряжения варистора	6.1 Обычно рассчитывается с U1mA = KUac
	Номинальный ток разряда 9000 6,25
	6.3 Параллельное соединение варисторов
VII Функции варистора
VIII Основные области применения варисторов	8.1 Молниезащита
	8.2 Защита цепи
	8.3 Защита переключателя
	8.4 Защита устройства

---

I I В арристор

В отличие от обычных резисторов варисторы изготавливаются на основе нелинейных характеристик полупроводниковых материалов.

Рисунок 1. Форма варистора, а его внутренняя структура показана на рисунке 2.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Обычные резисторы подчиняются закону Ома, в то время как напряжение и ток Варисторы имеют особую нелинейную зависимость. Когда напряжение на обоих концах варистора ниже номинального номинального напряжения, значение сопротивления варистора близко к бесконечному, и ток через внутреннюю часть варистора почти не протекает.Когда напряжение на обоих концах варистора немного выше номинального номинального напряжения, варистор выйдет из строя и быстро включится, а рабочий ток резко возрастет от состояния с высоким импедансом к состоянию с низким импедансом. Когда напряжение на обоих концах ниже номинального номинального напряжения, варистор может вернуться в состояние высокого импеданса. Когда напряжение на обоих концах варистора превышает максимальное предельное напряжение, варистор полностью выходит из строя и не восстанавливается.

На рисунке ниже показана типовая схема применения варистора.

Типовая схема применения варистора

---

II Basic C Характеристики V aristor

2.1 Защита Когда интенсивность удара (или импульсный ток Isp = Usp / Zs) источника удара не превышает заданное значение, ограничивающее напряжение варистора не должно превышать импульсное выдерживаемое напряжение (Urp) защищаемого объекта.

2,2 Удар R esistance

Сам варистор должен выдерживать указанный ударный ток, энергию удара и среднюю мощность при многократных ударах друг за другом.

2,3 Срок службы C Характеристики

Один из них – это срок службы при непрерывном рабочем напряжении, то есть варистор должен надежно работать в течение определенного времени (часов) при указанной температуре окружающей среды и напряжении системы. условия; другой – срок службы при ударе, то есть количество раз, которое может быть надежно выдержано указанное воздействие.

2,4 После включения варистора в систему, помимо выполнения защитной роли «предохранительного клапана», он будет вызывать некоторые дополнительные эффекты, которые называются «вторичным эффектом». Это не должно снижать нормальную работу системы. В настоящее время необходимо учитывать три основных фактора. Первый – это емкость самого варистора (от десятков до десятков тысяч PF), второй – ток утечки при системном напряжении, а третий – влияние нелинейного тока варистора на другие цепи через связь сопротивление источника.

---

III P Параметры Варистора

Основными параметрами варистора являются номинальное напряжение, коэффициент напряжения, максимальное управляющее напряжение, коэффициент остаточного напряжения, ток разряда, ток утечки, температурный коэффициент напряжения, текущий температурный коэффициент, коэффициент нелинейности напряжения, сопротивление изоляции, статическая емкость и т. д.

3.1 Номинал A резистор В Напряжение

MYG05K предусматривает, что проходящий ток равен 0.1 мА, MYG07K, MYG10K, MYG14K и MYG20, а номинальное напряжение относится к напряжению на обоих концах варистора при прохождении через постоянный ток 1 мА.

3,2 Максимум P Допустимое В Напряжение

Это напряжение делится на переменное и постоянное. Если это переменный ток, это относится к действующему значению переменного напряжения, разрешенному варистором, которое выражается в ACrms. Поэтому варистор с максимально допустимым напряжением следует выбирать под действующее значение переменного напряжения.В цепях переменного тока должно быть: min (U1mA) ≥ (2,2 ~ 2,5) Uac, а «Uac» – это эффективное значение рабочего напряжения переменного тока в цепи. В цепях постоянного тока должно быть: min (U1mA) ≥ (1,6) Udc, а «Udc» – это номинальное рабочее напряжение постоянного тока в цепи. Вышеупомянутые принципы в основном предназначены для обеспечения соответствующего запаса прочности варистора при его включении в цепь источника питания.

3,3 D ischarge C urrent C apacity

Это относится к максимальному значению импульсного (пикового) тока, разрешенному для прохождения через варистор при определенных условиях (наложение стандартного импульсного тока при заданные временные интервалы и количество раз).Обычно перенапряжение представляет собой импульс или серию импульсов. В экспериментальном варисторе используются два вида ударных волн: одна – волна 8/20 мкс, то есть импульсная волна с напором волны 8 мкс и временем хвоста волны 20 мкс, а другая – прямоугольная волна длительностью 2 мс, как показано ниже. рисунок:

3,4 Максимум L имитация В Напряжение

Это относится к максимальному напряжению, которое может выдерживаться на обоих концах варистора, и представляет собой напряжение, генерируемое на обоих концах. заканчивается, когда заданный импульсный ток Ip проходит через варистор.

3,5 Максимум E Энергия (допуск по энергии)

Энергия, потребляемая варисторами, обычно рассчитывается по следующей формуле

W = kIVT (Дж)

I —— Пиковое значение текучести через варистор

В—— Напряжение на обоих концах варистора при протекании тока I через варистор

Т —— Длительность тока

к —— Коэффициент формы сигнала тока I

2 мс, прямоугольная волна k = 1

8/20 мкс волна k = 1.4

Волна 10/1000 мкс k = 1,4

При прямоугольной форме волны 2 мс варистор поглощает энергию до 330 Дж на квадратный сантиметр; когда волна 8/20 мкс, плотность тока может достигать 2000 А на кубический сантиметр, что указывает на то, что его пропускная способность и устойчивость к энергии очень велики.

Как правило, чем больше диаметр кристалла варистора, тем больше его допуск по энергии и больше выдерживаемый ток. При использовании варисторов мы также должны учитывать перенапряжение, которое часто имеет меньшую энергию, но более высокую частоту, например, перенапряжение в течение нескольких десятков секунд, одной или двух минут.В это время мы должны учитывать среднюю мощность, которую могут поглотить варисторы.

3,6 В Напряжение R atio

Это отношение значения напряжения, генерируемого при токе варистора 1 мА, к значению напряжения, генерируемому при токе варистора 0,1 мА.

3,7 Номинальная P ower

Максимальная мощность, которая может потребляться при указанной температуре окружающей среды.

3.8 Максимальный пиковый ток

Один раз: максимальное значение тока со стандартной формой волны 8/20 мкс и скоростью изменения напряжения варистора все еще в пределах ± 10%. 2 раза: Максимальное значение тока двойного удара с током стандартной формы волны 8/20 мкс. Интервал времени между двумя ударами составляет 5 минут, при этом скорость изменения напряжения варистора все еще находится в пределах ± 10%.

3.9 Коэффициент остаточного напряжения

Когда ток, протекающий через варистор, имеет определенное значение, напряжение, генерируемое на обоих концах варистора, называется остаточным напряжением. Коэффициент остаточного напряжения относится к отношению остаточного напряжения к номинальному напряжению.

3.10 Ток утечки

Ток утечки, также известный как ток ожидания, относится к току, протекающему через варистор при заданной температуре и максимальном постоянном напряжении.

3.11 Температурный коэффициент напряжения

Температурный коэффициент напряжения относится к скорости изменения номинального напряжения варистора в указанном диапазоне температур (20 ~ 70 ℃). То есть относительное изменение двух концов варистора, когда ток через варистор остается постоянным, а температура изменяется на 1 ℃.

3.12 Текущий температурный коэффициент

Он относится к относительному изменению тока, протекающего через варистор, когда напряжение на обоих концах варистора остается постоянным, а температура изменяется на 1 ℃.

3.13 Коэффициент нелинейности напряжения

Это отношение значения статического сопротивления к значению динамического сопротивления варистора при заданном приложенном напряжении.

3.14 Сопротивление изоляции

Это значение сопротивления между выводным проводом (выводом) варистора и изолирующей поверхностью резистора.

3.15 Статическая емкость

Это относится к внутренней емкости самого варистора.

---

IV Тип s из V арристор

Варисторы можно классифицировать по компоновке, производственному процессу, применяемым материалам и вольт-амперным характеристикам.

4.1 Классификация по схеме

Его можно разделить на варистор перехода, варистор объемного слоя, варистор одночастичного слоя, варистор тонкой пленки и т.

4.2 Классификация по материалам применения

Его можно разделить на варистор из оксида цинка, варистор из карбида кремния, варистор из оксида металла, варистор из германия (кремния), варистор из феррита бария и т. Д.

4.3 Классификация по вольтамперным характеристикам

Его можно разделить на симметричный варистор (без полярности) и несимметричный варистор (с полярностью).

---

В Выбор с варисторов

При выборе варистора необходимо учитывать особые условия цепи. Как правило, следует соблюдать следующие принципы.

5.1 Выбор напряжения варистора V1mA

В зависимости от напряжения источника питания, напряжение источника питания, непрерывно подаваемое на варистор, не может превышать значение «максимального непрерывного рабочего напряжения», указанное в спецификации.То есть максимальное рабочее напряжение постоянного тока варистора должно быть больше, чем рабочее напряжение постоянного тока VIN линии питания (сигнальной линии), которое составляет VDC ≥ VIN; Для выбора варистора источника питания 220 В переменного тока необходимо полностью учитывать диапазон колебаний рабочего напряжения электросети, а для выбора значения напряжения варистора варистора должно быть достаточно допуска для выбора. варистора. Общее колебание внутренней электросети составляет 25%.Следует выбрать варистор с напряжением от 470 В до 620 В. Выбор варистора с более высоким напряжением может снизить частоту отказов и продлить срок службы, но остаточное напряжение немного увеличивается.

5.2 Выбор расхода

Номинальный разрядный ток варистора должен быть больше, чем импульсный ток, необходимый для выдерживания, или максимальный импульсный ток, который может возникнуть во время работы оборудования. Номинальный ток разряда должен быть рассчитан в соответствии со значением более 10 ударов на кривой долговечности варистора, что составляет около 30% (0.3IP) максимальной скорости импульсного потока.

5.3 Выбор напряжения фиксации

Напряжение фиксации варистора должно быть меньше максимального напряжения (безопасного напряжения), которое может выдержать защищаемый компонент или устройство.

5.4 Выбор CP

Для высокочастотных сигналов передачи Cp должно быть меньше, и наоборот.

5.5 Сопоставление сопротивлений

Соотношение между внутренним сопротивлением R （R≥2Ω） защищаемого компонента (цепи) и переходным внутренним сопротивлением Rv варистора: R≥5R.Для защищаемых компонентов с малым внутренним сопротивлением по возможности используйте варистор с большой емкостью, не влияя на скорость передачи сигнала.

---

VI Расчет В Арристор В Напряжение

6,1 Обычно C

мА, KU0005 = мА, KU0005 = мА, KU0004 = мА, KU000, рассчитано при KU000 – коэффициент, связанный с качеством электроэнергии. Как правило, K = (2 ~ 3), города с лучшим качеством электроэнергии могут принимать меньшие, а сельские районы с низким качеством электроэнергии (особенно в горных районах) должны занимать более крупные; Uac – среднеквадратичное значение напряжения источника питания переменного тока.Для грозозащитного разрядника 220-240 В переменного тока подходит варистор с напряжением 470-620 В. Выбор варистора с более высоким напряжением может снизить частоту отказов и продлить срок службы, но остаточное напряжение немного увеличивается.

Общий расчет напряжения варистора

6,2 Расчет номинального тока разряда

Номинальный ток разряда варистора должен быть больше, чем импульсный ток, необходимый для выдерживания, или максимальный импульсный ток, который может возникнуть во время работы оборудования.Номинальный ток разряда должен быть рассчитан в соответствии со значением более 10 ударов на кривой долговечности варистора, что составляет около 30% (0,3IP) от максимальной скорости импульсного потока.

Расчет номинального тока разряда

6,3 Параллельный C Подключение В Арристоры

Арристоры

Когда номинальный ток варистора не соответствует требованиям, номинальный ток варистора не соответствует следует использовать параллельно.Иногда, чтобы снизить предельное напряжение и обеспечить соответствие номинального тока разряда требованиям, несколько варисторов также используются параллельно. Важно отметить, что при параллельном использовании варисторов необходимо строго выбирать параметры (например, ΔU1mA≤3V ， Δα≤3) для согласования, чтобы обеспечить равномерное распределение тока.

Параллельное соединение варисторов

---

VII Функции варистора

Самая большая характеристика варистора заключается в том, что когда приложенное к нему напряжение ниже его порогового значения «UN», ток, протекающий через него, чрезвычайно мал. , что эквивалентно закрытому клапану.Когда напряжение превышает UN, его значение сопротивления уменьшается, что вызывает скачок тока, протекающего через него, и мало влияет на другие цепи, тем самым уменьшая влияние перенапряжения на последующие чувствительные цепи. С помощью этой функции можно подавить аномальные перенапряжения, которые часто возникают в цепях, и защитить цепи от перенапряжений.

Функция защиты варистора получила широкое распространение. Например, в силовой цепи домашних телевизоров используется варистор для выполнения функции защиты от перенапряжения.Когда напряжение превышает пороговое значение, варистор отражает свою фиксирующую характеристику, снижает чрезмерно высокое напряжение и заставляет пост-каскадную схему работать в безопасном диапазоне напряжений.

Варисторы в основном используются для защиты от переходных перенапряжений в схемах, но из-за того, что их вольт-амперные характеристики аналогичны полупроводниковым регуляторам, они также имеют множество функций компонентов схемы. Например, варистор представляет собой разновидность регулятора постоянного тока высокого напряжения и небольшого тока, а стабильное напряжение может достигать тысяч вольт, что недостижимо для кремниевого регулятора; варистор может использоваться как компонент обнаружения флуктуации напряжения; может использоваться как элемент сдвига уровня постоянного тока; может использоваться как флюоресцентный стартовый элемент; может использоваться как элемент выравнивания напряжения.

---

VIII Основные области применения варисторов

8.1 Lightning P rotection

Удары молнии могут вызвать атмосферные перенапряжения, которые в основном относятся к индуктивным перенапряжениям. Перенапряжение, возникающее в результате удара молнии в линии передачи, называется прямым перенапряжением молнии, и его значение напряжения особенно велико, что может нанести большой вред при напряжении 102 ~ 104 В.Поэтому для наружных систем электроснабжения и электрооборудования необходимо принимать меры по предотвращению перенапряжения. Использование варисторных разрядников из ZnO очень эффективно для устранения атмосферных перенапряжений. Обычно он подключается параллельно к электрическому оборудованию. Если электрическое оборудование требует низкого остаточного напряжения, можно использовать многоуровневую защиту.

Ниже приведены несколько распространенных схем защиты, в которых используются разрядники из ZnO для устранения атмосферных перенапряжений: рис. (а) – способ подключения разрядника из ZnO для трехфазного электрооборудования, рис.(b) – способ подключения разрядника из ZnO для системы управления электромагнитным клапаном, а на рис. (c) – способ подключения разрядника из ZnO между источником питания и нагрузкой.

Молниезащита

8.3 Защита переключателя

Когда цепь с индуктивной нагрузкой внезапно отключается, ее перенапряжение может в несколько раз превышать напряжение источника питания. Перенапряжение может вызвать дугу и искровой разряд между контактами, что может повредить контакты, такие как контакторы, реле и электромагнитные муфты, и сократить срок службы устройства.Варистор имеет шунт для высоких напряжений, поэтому его можно использовать для защиты контактов, предотвращая искровые разряды в момент разрыва контакта. Способ подключения варисторного защитного выключателя или контакта показан на рисунке ниже. Когда варистор подключен параллельно катушке индуктивности, сухое напряжение переключателя и сухое напряжение варистора являются суммой остаточного напряжения варистора. Энергия, поглощаемая варистором, – это энергия, запасенная катушкой индуктивности. Когда варистор подключен параллельно переключателю, перенапряжение на переключателе равно остаточному напряжению варистора, а энергия, поглощаемая варистором, немного больше, чем энергия, запасенная в катушке индуктивности.

Защита коммутатора

8.4 Защита устройства

Чтобы предотвратить возгорание полупроводниковых устройств из-за перенапряжения, возникающего по некоторым причинам, для их защиты часто используются варисторы. На рисунке ниже показана схема применения транзистора защиты варистора. Повреждение транзистора из-за перенапряжения может быть эффективно подавлено между коллектором и эмиттером транзистора или варистором первичного шунта трансформатора.При нормальном напряжении варистор находится в состоянии высокого импеданса с минимальным током утечки. Под воздействием перенапряжения варистор быстро переходит в состояние с низким импедансом, и энергия перенапряжения поглощается варистором в виде тока разряда. После прохождения импульсного напряжения, когда схема или компонент подвергается действию нормального напряжения, варистор возвращается в состояние высокого импеданса.

Защита устройства

---

Вам также может понравиться:

Как проверить различные типы резисторов с помощью указательного мультиметра?

Как проверить сопротивление заземления?

Что такое гигантское магнитосопротивление (ГМС)?

Подтягивающий резистор и понижающий резистор

Варистор: определение, работа, работа и тестирование

Варистор – это устройство с нелинейной вольт-амперной характеристикой.Когда напряжение, приложенное к варистору, ниже его порогового значения, ток, протекающий через него, чрезвычайно мал, что эквивалентно резистору с бесконечным сопротивлением, наоборот. Самый распространенный варистор – это металлооксидный варистор (MOV).

Каталог

Ⅰ Что такое варистор?

Варистор – это устройство с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Он в основном используется для ограничения напряжения, когда цепь подвергается перенапряжению, и поглощения избыточного тока для защиты чувствительных устройств.Его также называют «резистор, зависимый от напряжения », сокращенно « VDR ». Материал корпуса резистора варистора – полупроводник, поэтому это разновидность полупроводниковых резисторов. Варистор «оксид цинка» (ZnO), который сейчас широко используется, имеет основной материал, состоящий из двухвалентного элемента цинка (Zn) и шестивалентного элемента кислорода (O). Таким образом, с точки зрения материалов, варистор из оксида цинка – это своего рода «оксидный полупроводник II-VI».

Варистор

Варистор – это устройство защиты с ограничением напряжения.Используя нелинейные характеристики варистора, когда между двумя полюсами варистора возникает перенапряжение, варистор может ограничивать напряжение до относительно фиксированного значения напряжения, тем самым обеспечивая защиту последующей цепи. Основными параметрами варистора являются напряжение варистора, токовая нагрузка, емкость перехода, время отклика и т. Д.

Ⅱ Как работают варисторы?

Время отклика варистора составляет нс, что быстрее, чем у газоразрядной трубки, и немного медленнее, чем у трубки TVS.Как правило, скорость срабатывания защиты от перенапряжения для электронных схем может соответствовать требованиям. Емкость перехода варистора обычно составляет от сотен до тысяч ПФ. Во многих случаях его не следует напрямую применять для защиты высокочастотных сигнальных линий. При применении для защиты цепей переменного тока большая емкость перехода увеличивает утечку. При проектировании схемы защиты необходимо полностью учитывать ток. Варистор имеет большую пропускную способность, но меньше газоразрядной трубки.

Когда напряжение, подаваемое на варистор ниже его порогового значения, ток, протекающий через него, чрезвычайно мал, что эквивалентно резистору с бесконечным сопротивлением. То есть, когда приложенное к нему напряжение ниже его порогового значения, это эквивалентно переключателю в выключенном состоянии.

Когда напряжение, приложенное к варистору, превышает его пороговое значение, ток, протекающий через него, резко увеличивается, что эквивалентно бесконечно малому сопротивлению. Другими словами, когда приложенное к нему напряжение превышает его пороговое значение, это эквивалентно переключателю в замкнутом состоянии.

Ⅲ Основные параметры варистора

Основными параметрами варистора являются номинальное напряжение, коэффициент напряжения, максимальное управляющее напряжение, коэффициент остаточного напряжения, ток утечки, ток утечки, температурный коэффициент напряжения, текущий температурный коэффициент, коэффициент нелинейности напряжения, изоляция сопротивление, статическая емкость и т. д.

1. Номинальное напряжение относится к значению напряжения на варисторе при прохождении постоянного тока 1 мА.

2.Коэффициент напряжений относится к соотношению значения напряжения, генерируемого, когда ток варистора составляет 1 мА, и значения напряжения, генерируемого, когда ток варистора составляет 0,1 мА.

3. Максимальное ограничивающее напряжение относится к максимальному значению напряжения, которое могут выдержать два конца варистора.

4. Коэффициент остаточного напряжения : Когда ток, протекающий через варистор, имеет определенное значение, генерируемое на нем напряжение называется этим значением тока как остаточным напряжением.Коэффициент остаточного напряжения – это отношение остаточного напряжения к номинальному напряжению.

5. Пропускная способность также называется пропускной способностью, которая относится к максимальному импульсному (пиковому) току, разрешенному для прохождения через варистор при определенных условиях (с указанным интервалом времени и количеством раз, применяется стандартный пусковой ток).

6. Thw ток утечки и ток ожидания относится к току, протекающему через варистор при указанной температуре и максимальном постоянном напряжении.

7. Температурный коэффициент напряжения относится к скорости изменения номинального напряжения варистора в заданном диапазоне температур (температура 20 ~ 70 ° C), то есть, когда ток через варистор остается постоянным, относительное изменение обоих концов варистора при изменении температуры на 1 ℃.

8. Температурный коэффициент тока относится к относительному изменению тока, протекающего через варистор, когда температура на варисторе остается постоянной, а температура изменяется на 1 ° C.

9. Коэффициент нелинейности напряжения относится к отношению значения статического сопротивления к значению динамического сопротивления варистора при заданном приложенном напряжении.

10. Сопротивление изоляции относится к значению сопротивления между выводом (выводом) варистора и изолирующей поверхностью корпуса резистора.

11. Статическая емкость относится к внутренней емкости самого варистора.

Ⅳ Функция варистора

Основная функция варистора – защита переходного напряжения в цепи.По принципу работы, описанному выше, варистор эквивалентен переключателю. Только когда напряжение выше порогового значения, а переключатель замкнут, ток, протекающий через него, резко возрастает, и влияние на другие цепи не сильно меняется, тем самым уменьшая влияние перенапряжения на последующие чувствительные цепи. Эта функция защиты варистора может использоваться многократно, а также может быть преобразована в одноразовое защитное устройство, подобное токовому предохранителю.

Функция защиты варистора получила широкое распространение.Например, в цепи питания домашнего цветного телевизора используется варистор для выполнения функции защиты от перенапряжения. Когда напряжение превышает пороговое значение, варистор отражает его характеристики фиксации. Чрезмерное напряжение понижается, так что последующая цепь работает в безопасном диапазоне напряжений.

Варистор в основном используется для защиты от переходных перенапряжений в цепи, но из-за его вольт-амперных характеристик, аналогичных полупроводниковому стабилитрону, он также имеет множество функций элементов схемы.Например, варистор представляет собой своего рода высоковольтный стабилизирующий элемент постоянного тока с малым током-напряжением со стабильным напряжением в тысячи вольт или более, чего не может достичь кремниевый стабилитрон. Варистор можно использовать в качестве элемента обнаружения флуктуации напряжения, битового элемента сдвига уровня постоянного тока, флуоресцентного пускового элемента, элемента выравнивания напряжения и так далее.

Ⅴ Варистор из оксида металла

Наиболее распространенным варистором является варистор из оксида металла (MOV), который содержит керамический блок, состоящий из частиц оксида цинка и небольшого количества других оксидов металлов или полимеров, зажатый между двумя металлическими листами.На стыке частиц и соседних оксидов образуется диодный эффект. Из-за большого количества грязных частиц это эквивалентно большому количеству диодов с обратным подключением. При низком напряжении наблюдается лишь небольшая обратная утечка тока. Когда встречается высокое напряжение, происходит обратный коллапс диода из-за горячих электронов и туннельного эффекта, и течет большой ток. Следовательно, кривая вольт-амперной характеристики варистора очень нелинейна: высокое сопротивление при низком напряжении и низкое сопротивление при высоком напряжении.

Металлооксидные варисторы в настоящее время являются наиболее распространенными устройствами ограничения напряжения и могут использоваться для различных напряжений и токов. Использование оксидов металлов в его структуре означает, что MOV очень эффективны в поглощении кратковременных скачков напряжения и имеют более высокие возможности управления энергией.

Как и обычные варисторы, металлооксидные варисторы начинают проводить при определенном напряжении и перестают проводить, когда напряжение ниже порогового. Основное различие между стандартным варистором из карбида кремния (SiC) и варистором типа MOV заключается в том, что ток утечки материала из оксида цинка через MOV очень мал при нормальных рабочих условиях, а его рабочая скорость намного выше в переходном режиме зажима.

MOV обычно имеют радиальные выводы и твердое внешнее синее или черное эпоксидное покрытие, которое очень похоже на дисковые керамические конденсаторы и может быть физически установлено на печатных платах и ​​печатных платах аналогичным образом. Типичный металлооксидный варистор имеет следующую структуру:

Металлооксидный варистор

Чтобы выбрать правильный MOV для конкретного применения, необходимо понимать полное сопротивление источника и возможную импульсную мощность переходного процесса. .Для входных линейных или фазовых переходных процессов выбор правильного MOV немного сложнее, потому что характеристики источника питания, как правило, неизвестны. Вообще говоря, электрическая защита от переходных процессов и всплесков мощности схемы выбора MOV обычно является просто обоснованным предположением.

Однако металлооксидные варисторы можно использовать для различных напряжений варистора, от примерно 10 до более 1000 вольт переменного или постоянного тока, поэтому он может помочь вам сделать выбор, зная напряжение питания.Например, выберите MOV или кремниевый варистор. Для напряжения его максимальный непрерывный корень означает квадратное номинальное напряжение, которое должно быть немного выше, чем максимальное ожидаемое напряжение источника питания. Например, источник питания на 120 вольт составляет 130 вольт среднеквадратического значения, а 230 вольт – это источник питания на 260 вольт.

Максимальное значение импульсного тока, которое будет использовать варистор, зависит от ширины переходного импульса и количества повторений импульсов. Можно сделать предположение о ширине переходного импульса, которая обычно составляет от 20 до 50 микросекунд (мкс).Если пикового значения импульсного тока недостаточно, варистор может перегреться и выйти из строя. Следовательно, если варистор работает без сбоев или деградации, он должен иметь возможность быстро рассеивать поглощенную энергию переходного импульса и безопасно возвращаться в свое предимпульсное состояние.

Ⅵ Характеристики поврежденного варистора

Резистор – это самый многочисленный компонент в электрооборудовании, но он не является компонентом с самой высокой степенью повреждения. Обрыв цепи – наиболее распространенный вид повреждения сопротивления.Редко сопротивление становится большим, и очень редко сопротивление становится маленьким. Распространенными типами являются резисторы с углеродной пленкой, резисторы с металлической пленкой, резисторы с проволочной обмоткой и резисторы с предохранителями. Наиболее широко используются первые два типа резисторов. Их характеристики повреждения – низкое сопротивление (ниже 100 Ом;) и высокое сопротивление (выше 100 Ом;). Во-вторых, при повреждении резистора с низким сопротивлением он часто сгорает и почернеет, что легко найти, а при повреждении резистора с высоким сопротивлением остается мало следов.Резисторы с проволочной обмоткой обычно используются для ограничения сильного тока, а сопротивление невелико. Когда цилиндрический резистор с проволочной обмоткой сгорит, часть его станет черным или поверхность взорвется, треснет. Цементное сопротивление – это разновидность проволочного сопротивления намотки, которое может сломаться при выгорании, иначе не останется видимых следов. Когда предохранитель перегорит, некоторые поверхности оторвутся, а на некоторых не останется следов, но они никогда не сгорят и не станут черными.

Ⅶ Как проверить варисторы?

1.Подготовка перед измерением варистора

Подключите два измерительных провода (независимо от положительного и отрицательного) к двум концам резистора, чтобы измерить фактическое значение сопротивления. Для повышения точности измерения диапазон выбран в соответствии с номиналом измеряемого сопротивления. Из-за нелинейной зависимости шкалы Ом средняя часть шкалы в порядке. Следовательно, значение стрелки должно упасть, насколько это возможно, до середины шкалы, то есть в пределах от 20% до 80% радиана полной шкалы.В зависимости от уровня погрешности сопротивления допускается погрешность ± 5%, ± 10% или ± 20% между показанием и номинальным сопротивлением, соответственно. Если диапазон ошибок превышен, резистор изменил стандартное значение.

2. Как измерить качество варистора?

Для оценки варистора обычно требуется источник питания с широким диапазоном регулируемого напряжения, и он имеет хороший эффект ограничения тока. При измерении параллельно варистору подключают вольтметр с хорошей точностью.Подключите регулируемый провод питания к обоим концам варистора.

Вольтметр показывает напряжение питания. Вам следует медленно регулировать напряжение и вы увидите, что напряжение внезапно падает после достижения определенного напряжения. Напряжение в последний момент перед понижением является значением защиты варистора.

При постоянном напряжении, подаваемом на варистор, значение его сопротивления может изменяться от МОм (МОм) до МОм (Миллиом). Когда напряжение низкое, варистор работает в области тока утечки, показывая большое сопротивление, а ток утечки невелик; когда напряжение возрастает до нелинейной области, ток изменяется в относительно большом диапазоне, и напряжение не изменяется сильно, показывая хорошую характеристику ограничения напряжения; когда напряжение снова повышается, варистор входит в область насыщения и имеет очень маленькое линейное сопротивление.Из-за большого тока варистор со временем перегреется и сгорит или даже лопнет.

Мультиметр

3. Выбор варистора

При выборе варистора необходимо учитывать особые условия цепи и, как правило, следует соблюдать следующие принципы:

(1) Выбор напряжения варистора V1mA

В соответствии с выбором напряжения источника питания, напряжение источника питания, непрерывно подаваемое на варистор, не должно превышать значение «максимального продолжительного рабочего напряжения», указанное в спецификации.То есть максимальное рабочее напряжение постоянного тока варистора должно быть больше, чем рабочее напряжение постоянного тока VIN линии питания (сигнальной линии), то есть VDC ≥ VIN; При выборе источника питания 220 В переменного тока необходимо полностью учитывать диапазон колебаний рабочего напряжения электросети. Общий диапазон колебаний внутренней электросети составляет 25%. Следует выбрать варистор с напряжением варистора от 470 В до 620 В. Выбор варистора с более высоким напряжением варистора может снизить частоту отказов и продлить срок службы, но остаточное напряжение немного увеличивается.

(2) Выбор трафика

Номинальный ток разряда варистора должен быть больше, чем импульсный ток, необходимый для выдерживания, или максимальный импульсный ток, который может возникнуть во время работы оборудования. Номинальный ток разряда должен быть рассчитан путем нажатия значения более 10 разрядов на кривой номинальных значений времени работы от перенапряжения, что составляет около 30% от максимального потока разряда (т. Е. 0,3IP).

(3) Выбор напряжения фиксации

Напряжение фиксации варистора должно быть меньше максимального напряжения (т. Е. Безопасного напряжения), которое может выдержать защищаемый компонент или оборудование.

(4) Выбор конденсатора Cp

Для высокочастотных сигналов передачи емкость Cp должна быть меньше, и наоборот

(5) Согласование внутреннего сопротивления (согласование сопротивления)

Взаимосвязь между внутреннее сопротивление R (R≥2Ω) защищаемого компонента (линии) и переходное внутреннее сопротивление Rv варистора: R≥5Rv; для защищаемого компонента с малым внутренним сопротивлением, не влияющим на скорость передачи сигнала, следует попробовать использовать большой варистор конденсатора.

Статьи по теме:

SMD резисторы: коды, размер, тестирование, допуски и выбор

В чем разница между подтягивающими и понижающими резисторами?

Варистор на основе оксида металла (MOV), основы, работа, характеристики, характеристики, характеристики

Варистор оксида металла (MOV)

Основы варистора

Варистор / резистор, зависимый от напряжения (VDR) – это компонент, который имеет вольт-амперные характеристики, которые очень похожи на характеристики диода.Этот компонент используется для защиты электрических устройств от высоких переходных напряжений. Они вставлены в устройства таким образом, чтобы они замыкались при возникновении большого тока из-за высокого напряжения. Таким образом, компоненты устройства, зависящие от тока, будут защищены от внезапного скачка напряжения.

Я уже подробно объяснил работу и применение переменного резистора [варистора]. Чтобы узнать больше об этом, перейдите по ссылке ниже.

СМОТРЕТЬ: ПЕРЕМЕННЫЕ РЕЗИСТОРЫ – РАБОТА И ПРИМЕНЕНИЕ

Следует также отметить, что VDR в основном представляют собой неомические переменные резисторы.В случае омических переменных резисторов обычно используются потенциометры и реостат.

Чтобы узнать больше, пройдите по ссылке ниже.

ПОСМОТРЕТЬ: ПОТЕНЦИОМЕТР И РЕОСТАТ – РАБОТА И СРАВНЕНИЕ

Металлооксидный варистор – основные сведения

MOV – наиболее часто используемый тип варистора. Он называется так, потому что компонент изготовлен из смеси оксида цинка и оксидов других металлов, таких как кобальт, марганец и т. Д., И остается неповрежденным между двумя электродами, которые в основном представляют собой металлические пластины.MOV – это наиболее часто используемый компонент для защиты тяжелых устройств от переходных напряжений. Между каждой границей зерна и его ближайшим соседом образуется диодный переход. Таким образом, MOV – это, по сути, огромное количество диодов, подключенных параллельно друг другу. Они предназначены для работы в параллельном режиме, так как он будет лучше справляться с энергопотреблением. Но если компонент предназначен для обеспечения лучшего номинального напряжения, лучше соединить их последовательно.

Обратный ток утечки появляется через диодные переходы каждой границы, когда к электродам прикладывается внешнее крошечное напряжение.Производимый ток также будет очень небольшим. Но когда на электроды подается большое напряжение, пограничный переход диода выходит из строя в результате сочетания туннелирования электронов и лавинного пробоя. Таким образом, устройство демонстрирует высокий уровень нелинейных вольт-амперных характеристик. Из характеристик следует также отметить, что компонент будет иметь низкое сопротивление при высоких напряжениях и высокое сопротивление при низких напряжениях.

Единственная проблема с этим компонентом заключается в том, что они не могут выдерживать переходное напряжение, превышающее превышенное номинальное.Они имеют тенденцию к ухудшению после определенного уровня. В таком случае их придется время от времени заменять. Когда они поглощают переходное напряжение, они, как правило, рассеивают его в виде тепла. Когда этот процесс повторяется в течение некоторого времени, устройство начинает изнашиваться из-за чрезмерного нагрева.

Их можно подключать параллельно для повышения энергоэффективности. MOV также могут быть подключены последовательно, чтобы обеспечить более высокое номинальное напряжение или обеспечить номинальное напряжение между стандартными приращениями.

MOV Технические характеристики

• Максимальное рабочее напряжение – это максимальное установившееся постоянное напряжение. В этом случае значение типичного тока утечки будет меньше заданного значения.
• Напряжение варистора
• Максимальное напряжение фиксации получается, когда к компоненту прикладывается определенный импульсный ток для получения максимального пикового напряжения.
• Импульсный ток
• Сдвиг пульсации относится к изменению напряжения после подачи импульсного тока.
• Поглощение энергии означает максимальную энергию, которая рассеивается для определенной формы сигнала без особых проблем.
• Емкость
• Ток утечки
• Время отклика
• Максимальное среднеквадратичное напряжение переменного тока означает максимальное значение среднеквадратичного напряжения, которое может подаваться на компонент.

Работа металлооксидного варистора (MOV)

Работа металлооксидного варистора (MOV)

Работа MOV показана на рисунке выше.

Сопротивление MOV очень высокое. Во-первых, давайте рассмотрим, что компонент имеет разомкнутую цепь, как показано на рисунке 1 (а). Компонент начинает проводить ток, как только напряжение на нем достигает порогового значения. Когда оно превышает пороговое напряжение, сопротивление в MOV сильно падает и достигает нуля. Это показано на рисунке 1 (b). Поскольку в это время устройство имеет очень малый импеданс из-за высокого напряжения на нем, весь ток будет проходить через сам металлооксидный варистор.Компонент должен быть подключен параллельно нагрузке. Максимальное напряжение, которое будет проходить через нагрузку, будет суммой напряжения, которое появляется на проводке и отключении, заданном для устройства. Также будет добавлено напряжение фиксации на MOV. После того, как переходное напряжение пройдет через компонент, MOV снова будет ждать следующего переходного напряжения. Это показано на рисунке 1 (c).

MOV Производительность

Варистор в основном используется в качестве ограничителя скачков напряжения в сети.Устройство не проводит ток, когда напряжение на нем ниже напряжения ограничения. Но, если через него проходит сильный выброс (молния), более интенсивный, чем может выдержать варистор, компонент не будет работать. Результирующий ток будет настолько высоким, что повредит MOV.

Производительность варистора со временем снижается, даже если через него проходят небольшие скачки. Срок службы MOV будет объяснен в таблице производителей. Диаграмма будет иметь графики и показания между током, временем, а также количеством переходных импульсов, которые проходят через варистор.

Другая основная причина, которая влияет на производительность MOV, – это класс энергопотребления. При увеличении номинального значения энергии произойдет экспоненциальное изменение срока службы варистора. Таким образом, произойдет изменение переходных импульсов, которыми может управлять устройство. Это увеличивает фиксирующее напряжение при выходе из строя каждого переходного процесса.

Производительность можно увеличить, подключив несколько варисторов параллельно. Поможет в этом и повышение рейтинга.

Одна из лучших особенностей MOV – время отклика.Шипы закорачиваются через устройство за наносекунды.