Minden hálózatra csatlakoztatott elektronikus eszköznek védelemre van szüksége az áram- vagy feszültségküszöbértékek túllépése ellen. Az áramvédelemhez különböző biztosítékokat és megszakítókat használnak, de a túlfeszültség elleni védelemhez leggyakrabban varisztorokat alkalmaznak. Ebben a cikkben megnézzük a varisztor elvét, jellemzőit, valamint ennek az elektronikus alkatrésznek az előnyeit és hátrányait.
Tartalomjegyzék
Mi az a varisztor és hol alkalmazzák
Varisztor - A varisztor egy szilárdtest-változó ellenállás, amely képes az elektromos ellenállását a rá kapcsolt feszültségnek megfelelően megváltoztatni.
Ennek az elektronikus alkatrésznek a működési elve eltér a normál ellenállás vagy potenciométer működési elvétől. A szabványos ellenállás ellenállás A potenciométer állandó ellenállással rendelkezik mindenkor, függetlenül az áramkörben lévő feszültségtől; a potenciométer lehetővé teszi az ellenállás kézi változtatását a vezérlőgomb elforgatásával. A varisztor viszont nemlineáris, szimmetrikus feszültség-áram karakterisztikával rendelkezik, és ellenállása teljes mértékben az áramkör feszültségétől függ.
E tulajdonsága miatt a varisztorokat széles körben és hatékonyan használják az elektromos hálózatok, gépek és berendezések, valamint az elektronikus alkatrészek, lapok és chipek védelmére, függetlenül a feszültség típusától. Előállításuk olcsó, robusztusak és nagy terhelést is képesek elviselni.
A varisztorokat mind a nagyfeszültségű alkalmazásokban 20 kV-ig, mind a kisfeszültségű alkalmazásokban 3V-tól 200V-ig feszültségkorlátozóként használják. Váltakozó és egyenáramú áramkörökben egyaránt használhatók. Ezeket az áram és a feszültség szabályozására és stabilizálására, valamint túlfeszültség-védelmi eszközökben használják. Ezeket hálózati szűrők, tápegységek, mobiltelefonok gyártásánál használják, TÚLFESZÜLTSÉG-VÉDŐK és egyéb eszközök.
Típusok és működési elv
Normál üzemi körülmények között egy varisztornak hatalmas ellenállása van, amely csökkenhet, ha a feszültség egy küszöbérték fölé emelkedik. Ha a feszültség jelentősen megemelkedik, a varisztor szigetelő állapotát vezető állapotra változtatja, és a félvezetőben fellépő lavinaeffektus révén nagy áramot vezetve stabilizálja a feszültséget.
A varisztorok képesek magas és alacsony feszültségek kezelésére, ezért két csoportba sorolhatók, amelyek működési elve megegyezik:
- Nagyfeszültségű: 20 kV-ig terjedő áramerősségű áramkörökben való működésre alkalmas (hálózati és berendezésvédelmi rendszerekben, túlfeszültség-védőkben használatos).
- Kisfeszültségű alkatrészek: az ilyen típusú névleges feszültségek 3V és 200V közöttiek (a tápegység bemenetére vagy kimenetére szerelt, 0,1 és 1A közötti áramerősségű elektronikus eszközök és berendezések alkatrészeinek védelmére szolgálnak).
A varisztorok reakcióideje a következő esetekben feszültség tüske körülbelül 25 ns, ami kiváló érték, de bizonyos esetekben nem elegendő. Ezért az elektronikai alkatrészgyártók olyan technológiát fejlesztettek ki, amellyel 0,5 ns vagy annál jobb válaszidővel rendelkező smd ellenállást lehet gyártani.
A varisztorok minden típusa szilíciumkarbidból vagy cink-oxidból készül, ezt az anyagot kötőanyaggal (gyanta, agyag, üveg) magas hőmérsékleten szinterezik. Miután a félvezető elemet megkaptuk, mindkét oldalát metálozzuk, és a fém csatlakozókapcsokat beforrasztjuk.
Jelölés, főbb jellemzők és paraméterek
A varisztorok minden gyártója meghatározott módon jelöli termékét, ezért nagyon sok jelölési változat létezik, és ezek megfejtése. A leggyakoribb varisztorok Oroszországban a K275, a népszerű külföldi alkatrészek pedig a 7n471k, kl472m és mások.
A CNR-10d751k varisztor jelölését a következőképpen fejtheti meg: CNR - fém-oxid varisztor; d - azt jelenti, hogy az alkatrész korong alakú; 10 - a korong átmérője; 751 -a készülék válaszfeszültsége (a számítás úgy történik, hogy az első két számjegyet megszorozzuk a harmadik számjegy erejéig 10-zel, azaz 75-ször 10 a 750 V erejéig); k - a névleges feszültség megengedett eltérése, amely mindkét irányban 10 % (l - 15 %, M - 20 %, P - 25 %).
A varisztorok fő jellemzői a következők:
Osztályozási feszültség - Feszültség a varisztoron átfolyó áram egy bizonyos értékénél (ez az érték általában 1 mA). Ez a paraméter relatív, és nem befolyásolja az eszköz kiválasztását;
A maximálisan megengedett feszültség - feszültségtartomány (RMS vagy rms.), amelynél a varisztor elkezdi csökkenteni az ellenállását;
Maximális abszorpciós energia - egy olyan jellemző, amely azt jelzi, hogy egy varisztor mennyi energiát vezet le, és nem megy tönkre egyetlen impulzus hatására (Joule-ban mérve);
Maximális impulzusáram - normalizálja az áramimpulzus felfutási idejét és időtartamát (Amperben mérve);
Kapacitás - egy nagyon fontos paraméter, amelyet zárt állapotban és adott frekvencián mérnek (nullára csökken, ha a varisztorra nagy áramot kapcsolunk.);
Tolerancia - a névleges potenciálkülönbségtől való eltérés mindkét irányban (százalékban van megadva).
kioldási idő - Az idő, amely után a varisztor zártból nyitottá változik (Általában néhány tíz nanoszekundum.).
A varisztorok előnyei és hátrányai
A nemlineáris ellenállás (varisztor) fontos előnye a stabil és megbízható teljesítmény magas frekvenciákon és nagy terheléseken. Számos alkalmazásban használják 3V-tól 20kV-ig terjedő feszültséggel, viszonylag egyszerűen és olcsón gyártható, és hatékonyan üzemeltethető. További fontos előnyök:
- nagy válaszadási sebesség (nanoszekundum);
- hosszú élettartam;
- a feszültségingadozások megfigyelésének képessége (tehetetlenségi módszer).
Bár ennek az elektronikus alkatrésznek számos előnye van, vannak hátrányai is, amelyek befolyásolják a különböző rendszerekben való használatát. Ezek közé tartoznak:
- alacsony frekvenciájú zajok működés közben;
- Az alkatrész öregedése (a paraméterek idővel történő elvesztése);
- nagy kapacitás: a feszültségtől és az elem típusától függ, 70 és 3200 pF között van, és befolyásolja az eszköz teljesítményét;
- maximális feszültségen nincs teljesítményleadás - jelentősen túlmelegszik és meghibásodik a maximális feszültség meghosszabbításakor.
Varisztor kiválasztása
Ahhoz, hogy egy adott készülékhez a megfelelő varisztort válasszuk ki, ismernünk kell a tápegység jellemzőit: az ellenállást és a tranziens teljesítményt. A maximálisan megengedhető áramértéket többek között az expozíciós idő és az ismétlések száma határozza meg, így ha egy varisztort alacsonyabb csúcsáramértékkel szerelnek be, az elég gyorsan meghibásodik. Röviden, az eszköz hatékony védelme érdekében a varisztort olyan feszültséggel kell kiválasztani, amely kis mértékben meghaladja a névleges feszültséget.
Egy ilyen elektronikus alkatrész problémamentes működéséhez fontos az elnyelt hőenergia elvezetésének sebessége és a normál üzemmódba való gyors visszatérés képessége is.
Variistor kapcsolási rajz és csatlakozási változatok
Via áramkörök varisztorok általában jelezve a .Mint egy közönséges ellenállás, de az U betűvel a ferde vonal mellett. Ez a kötőjel az ábrákon azt jelzi, hogy az elem ellenállása az áramkör feszültségétől függ. Szintén a kapcsolási rajz ezt az alkatrészt két R és U betűvel jelölik, amelyekhez egy sorszámot adnak hozzá (RU1, RU2 ... stb.).
A varisztorok csatlakoztatására számos lehetőség van, de minden módszerben közös, hogy ez az alkatrész párhuzamosan van csatlakoztatva a tápáramkörrel. Ezért veszélyes feszültségimpulzusok hiányában a varisztoron átfolyó áram kicsi (a nagy ellenállás miatt), és nincs hatással a rendszer teljesítményére. Túlfeszültség esetén a varisztor kis értékre változtatja ellenállását, a terhelés megkerüli a terhelést, és az elnyelt energia a környező térbe disszipálódik.
Kapcsolódó cikkek:
