A hálózatban lévő minden elektronikus eszköznek védelemre van szüksége az áram vagy feszültség küszöbértékeinek túllépése ellen. Áramvédelemre különféle biztosítékokat és megszakítókat használnak, de leggyakrabban varisztorokat használnak a készülék túlfeszültség elleni védelmére. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a varisztor működési elvét, jellemzőit, ennek az elektronikus alkatrésznek az előnyeit és hátrányait.
Tartalom
Mi az a varisztor és hol használják
Varisztor - Ez egy félvezető anyagból készült változtatható ellenállás, amely a rákapcsolt feszültség függvényében képes megváltoztatni az elektromos ellenállását.
Az ilyen elektronikus alkatrész működési elve eltér a hagyományos ellenállástól és potenciométertől. Alapértelmezett ellenállás Az ellenállás értéke bármikor állandó, függetlenül az áramkör feszültségétől, a potenciométer lehetővé teszi az ellenállás manuális megváltoztatását a vezérlőgomb elforgatásával. De a varisztor nemlineáris szimmetrikus áram-feszültség karakterisztikával rendelkezik, és ellenállása teljes mértékben az áramkör feszültségétől függ.
Ennek a tulajdonságának köszönhetően a varisztorokat széles körben és hatékonyan használják elektromos hálózatok, gépek és berendezések, valamint elektronikus alkatrészek, táblák és mikroáramkörök védelmére, feszültség típusától függetlenül. Alacsony gyártási költséggel rendelkeznek, megbízhatóak a használat során, és képesek ellenállni a nagy terhelésnek.
A varisztorokat mind a 20 kV-ig terjedő nagyfeszültségű berendezésekben, mind a 3 és 200 V közötti alacsony feszültségű berendezésekben feszültségkorlátozóként használják. Ugyanakkor váltakozó áramú és egyenáramú hálózatokban is működhetnek. Áram és feszültség szabályozására és stabilizálására, valamint túlfeszültség-védelmi eszközökben használhatók. Hálózati szűrők, tápegységek, mobiltelefonok, SPD és más SPE-k.
Típusai és működési elve
Normál körülmények között a varisztor nagy ellenállással rendelkezik, amely csökkenhet, ha a feszültség túllép egy küszöbértéket. Vagyis, ha az áramkörben a feszültség jelentősen megnő, akkor a varisztor szigetelő állapotból elektromosan vezető állapotba kerül, és a félvezető lavinahatása miatt nagy áramot átvezetve stabilizálja a feszültséget.
A varisztorok nagy és alacsony feszültséggel működhetnek, és ennek megfelelően két eszközcsoportra oszthatók, amelyek működési elve megegyezik:
- Nagyfeszültség: 20 kV-ig terjedő áramerősségű áramkörökben működik (hálózatok és berendezések védelmi rendszereiben, túlfeszültség-védelmi berendezésekben használják).
- Alacsony feszültség: az ilyen típusú komponensek névleges feszültsége 3 és 200 V között változik (elektronikus eszközök és berendezés-alkatrészek védelmére szolgál, áramerőssége 0,1-1 A, és az áramforrás bemenetére vagy kimenetére van felszerelve).
A varisztor válaszideje at Túlfeszültség körülbelül 25 ns, ami kiváló érték, de bizonyos esetekben nem elegendő. Ezért az elektronikai alkatrészek gyártói technológiát fejlesztettek ki egy smd ellenállás gyártására, amelynek válaszideje 0,5 ns.
Minden típusú varisztor szilícium-karbidból vagy cink-oxidból készül úgy, hogy ezt az anyagot kötőanyaggal (gyanta, agyag, üveg) magas hőmérsékleten szinterelik. A félvezető elem fogadása után mindkét oldalán fémbevonatú forrasztó fém vezetékekkel a csatlakozáshoz.
Jelölés, főbb jellemzők és paraméterek
A varisztorok minden gyártója bizonyos módon címkézi termékét, így meglehetősen sok jelölési lehetőség és értelmezésük létezik. A leggyakoribb orosz varisztor a K275, a népszerű külföldi gyártású alkatrészek pedig a 7n471k, kl472m és mások.
A CNR-10d751k varisztor megnevezése a következőképpen fejthető meg: CNR – fém-oxid varisztor; d - azt jelenti, hogy az alkatrész lemez formájú; 10 a lemez átmérője; 751 – ennek az eszköznek a válaszfeszültsége (a számítás úgy történik, hogy az első két számjegyet 10-zel megszorozzuk a harmadik számjeggyel egyenlő teljesítménnyel, azaz 75-ször 10-zel az első fokig, 750 V-ot kapunk); k - a névleges feszültség megengedett eltérése, amely bármely irányban 10% (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
A varisztorok fő jellemzői a következő paraméterek:
Osztályozási feszültség - a varisztoron átfolyó áram bizonyos értékeinél a feszültség (általában ez az érték 1mA). Ez a beállítás feltételes, és nincs hatással az eszközválasztásra;
Maximális megengedett feszültség - feszültségtartomány (RMS vagy RMS), amelynél a varisztor elkezdi csökkenteni az ellenállását;
Maximális abszorpciós energia - karakterisztikája, amely megmutatja annak az energiának az értékét, amelyet a varisztor egyetlen impulzus hatására disszipál, és nem romlik el (joule-ban mérve);
Maximális túlfeszültség – normalizálja az áramimpulzus felfutási idejét és időtartamát (amperben mérve);
Kapacitás nagyon fontos paraméter, amelyet zárt állapotban és adott frekvenciával mérünk (nullára csökken, ha nagy áramot vezetnek a varisztorra);
Megértés - eltérés a névleges potenciálkülönbségtől mindkét irányban (százalékban van feltüntetve).
Válaszidő - az az időintervallum, ameddig a varisztor átmegy a zárt állapotból a nyitott állapotba (általában néhány tíz nanoszekundum).
A varisztorok előnyei és hátrányai
A nemlineáris ellenállás (varistor) fontos előnye a stabil és megbízható működés magas frekvenciákon és nagy terheléseken. Számos, 3 V-tól 20 kV-ig terjedő feszültséggel működő készülékben alkalmazzák, viszonylag egyszerű és olcsó a gyártása és hatékony működése. További fontos előnyök:
- nagy válaszsebesség (nanoszekundum);
- hosszú élettartam;
- a feszültségesések figyelésének képessége (tehetetlenségi módszer).
Annak ellenére, hogy ennek az elektronikus alkatrésznek sok előnye van, vannak hátrányai is, amelyek befolyásolják a különféle rendszerekben való használatát. Ezek tartalmazzák:
- alacsony frekvenciájú zaj működés közben;
- az alkatrészek öregedése (a paraméterek időbeli elvesztése);
- nagy kapacitás: az elem feszültségétől és típusától függ, 70 és 3200 pF között van, és befolyásolja az eszköz teljesítményét;
- maximális feszültségértékeknél a teljesítmény nem disszipálódik - jelentősen túlmelegszik és hosszú távú maximális feszültségértékeknél meghibásodik.
Varisztor kiválasztása
Egy adott eszköz számára megfelelő varisztor kiválasztásához ismernie kell az áramforrás jellemzőit: az ellenállást és a tranziens impulzusok teljesítményét. A maximálisan megengedhető áramértéket többek között az expozíció időtartama és az ismétlések száma határozza meg, ezért ha alulbecsült csúcsáram-értékkel rendelkező varisztort telepít, az gyorsan meghibásodik.Röviden, az eszköz hatékony védelméhez olyan varisztort kell választani, amelynek feszültsége kis különbséggel rendelkezik a névleges értékhez képest.
Ezen túlmenően egy ilyen elektronikus alkatrész problémamentes működéséhez nagyon fontos az elnyelt hőenergia disszipációjának sebessége és a normál működési állapotba való gyors visszatérés képessége.
Megnevezés a diagramon és a varisztor csatlakoztatásának lehetőségei
A sémák varisztor általában jelöljük, csakúgy, mint egy rendes ellenállás, de a perjel mellé egy U-t kell hozzáadni. Ez a jellemző a diagramokon azt jelzi, hogy ez az elem ellenállásfüggő az áramkör feszültségétől. Szintén bekapcsolva kapcsolási rajz ez az elem két R és U betűvel van jelölve egy sorszámmal (RU1, RU2 ... stb.).
Számos lehetőség létezik a varisztorok csatlakoztatására, de minden módszerben az a közös, hogy ez az alkatrész párhuzamosan csatlakozik az áramkörhöz. Ezért a feszültségimpulzusok veszélyes értékei hiányában a varisztoron átfolyó áram kis értékű (a nagy ellenállásértékek miatt), és semmilyen módon nem befolyásolja a rendszer teljesítményét. Ha túlfeszültség lép fel, a varisztor ellenállása kis értékre változtat, a terhelés söntölődik, és az elnyelt energia a környező térbe disszipálódik.
Hasonló cikkek:
