Hver elektronisk enhet som er inkludert i nettverket trenger beskyttelse mot å overskride terskelverdiene for strøm eller spenning. Ulike sikringer og effektbrytere brukes til strømbeskyttelse, men varistorer brukes oftest for å beskytte enheten mot overspenning. I denne artikkelen vil vi vurdere prinsippet for drift av varistoren, dens egenskaper, fordeler og ulemper ved denne elektroniske komponenten.
Innhold
Hva er en varistor og hvor brukes den
Varistor - Dette er en variabel motstand laget av halvledermateriale, som er i stand til å endre sin elektriske motstand avhengig av spenningen som påføres den.
Prinsippet for drift av en slik elektronisk komponent skiller seg fra en konvensjonell motstand og potensiometer. Standard motstand har en konstant verdi av motstand til enhver tid, uavhengig av spenningen i kretsen, potensiometeret lar deg endre motstanden manuelt ved å vri på kontrollknappen. Men varistoren har en ikke-lineær symmetrisk strøm-spenningskarakteristikk og motstanden avhenger helt av spenningen i kretsen.
På grunn av denne egenskapen brukes varistorer mye og effektivt for å beskytte elektriske nettverk, maskiner og utstyr, samt elektroniske komponenter, kort og mikrokretser, uavhengig av spenningstype. De har lave produksjonskostnader, er pålitelige i bruk og tåler høye belastninger.
Varistorer brukes både i høyspenningsinstallasjoner opp til 20 kV og i lavspenningsinstallasjoner fra 3 til 200 V som spenningsbegrenser. Samtidig kan de fungere både i nettverk med vekselstrøm og med likestrøm. De brukes til å regulere og stabilisere strøm og spenning, så vel som i overspenningsvernenheter. Brukes i design av nettverksfiltre, strømforsyninger, mobiltelefoner, SPD og andre SPE-er.
Typer og prinsipp for drift
Ved drift under normale forhold har varistoren en enorm motstand, som kan avta når spenningen overskrider en terskelverdi. Det vil si at hvis spenningen i kretsen øker betydelig, går varistoren fra en isolerende tilstand til en elektrisk ledende tilstand og stabiliserer på grunn av skredeffekten i halvlederen spenningen ved å føre en stor strøm gjennom seg selv.
Varistorer kan fungere med høy og lav spenning og er følgelig delt inn i to grupper av enheter som har samme operasjonsprinsipp:
- Høyspent: i stand til å operere i kretser med strømverdier opp til 20 kV (brukes i beskyttelsessystemer for nettverk og utstyr, i overspenningsvernenheter).
- Lav spenning: nominell spenning for denne typen komponenter varierer fra 3 til 200 V (brukes til å beskytte elektroniske enheter og utstyrskomponenter med en strøm på 0,1 - 1A og er installert ved inngangen eller utgangen til strømkilden).
Varistor responstid kl overspenning er omtrent 25 ns, som er en utmerket verdi, men i noen tilfeller utilstrekkelig. Derfor har produsenter av elektroniske komponenter utviklet en teknologi for å produsere en smd-motstand, som har en responstid på 0,5 ns.
Varistorer av alle typer er laget av silisiumkarbid eller sinkoksid ved å sintre dette materialet med et bindemiddel (harpiks, leire, glass) ved høy temperatur. Etter å ha mottatt et halvlederelement blir det metallisert på begge sider med loddemetallledninger for tilkobling.
Merking, hovedegenskaper og parametere
Hver produsent av varistorer merker produktet sitt på en bestemt måte, så det er et ganske stort antall betegnelsesalternativer og deres tolkninger. Den vanligste russiske varistoren er K275, og populære utenlandskproduserte komponenter er 7n471k, kl472m og andre.
Betegnelsen til CNR-10d751k varistoren kan dechiffreres som følger: CNR – metalloksidvaristor; d - betyr at komponenten er i form av en disk; 10 er diameteren på disken; 751 – responsspenning for denne enheten (beregning skjer ved å multiplisere de to første sifrene med 10 til kraften lik det tredje sifferet, det vil si 75 ganger 10 til første grad, vi får 750 V); k - tillatt avvik av merkespenningen, som er 10% i alle retninger (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Hovedkarakteristikkene til varistorer er følgende parametere:
Klassifiseringsspenning - spenning ved visse verdier av strøm som flyter gjennom varistoren (vanligvis er denne verdien 1mA). Denne innstillingen er betinget og påvirker ikke enhetsvalg;
Maksimal tillatt spenning – spenningsområde (RMS eller RMS), der varistoren begynner å senke motstanden;
Maksimal absorpsjonsenergi - en karakteristikk som viser verdien av energien som varistoren sprer og ikke svikter når den utsettes for en enkelt puls (målt i joule);
Maksimal overspenningsstrøm – normaliserer stigetiden og varigheten av gjeldende puls (målt i ampere);
Kapasitet er en veldig viktig parameter, som måles med lukket tilstand og en gitt frekvens (faller til null hvis en stor strøm påføres varistoren);
Toleranse - avvik fra den nominelle potensialforskjellen i begge retninger (angitt i prosent).
Responstid - tidsintervallet som varistoren går fra lukket tilstand til åpen (vanligvis noen titalls nanosekunder).
Fordeler og ulemper med varistorer
En viktig fordel med en ikke-lineær motstand (varistor) er dens stabile og pålitelige drift ved høye frekvenser og tunge belastninger. Den brukes i mange enheter som opererer med spenninger fra 3 V til 20 kV, den er relativt enkel og billig å produsere og effektiv i drift. Ytterligere viktige fordeler er:
- høy responshastighet (nanosekunder);
- lang levetid;
- muligheten til å overvåke spenningsfall (treghetsfri metode).
Til tross for at denne elektroniske komponenten har mange fordeler, har den også ulemper som påvirker bruken i ulike systemer. Disse inkluderer:
- lavfrekvent støy under drift;
- komponentaldring (tap av parametere over tid);
- stor kapasitans: avhenger av spenningen og typen element, er i området fra 70 til 3200 pF og påvirker ytelsen til enheten;
- ved maksimale spenningsverdier forsvinner ikke kraften - den overopphetes betydelig og svikter ved langsiktige maksimale spenningsverdier.
Varistor utvalg
For å velge riktig varistor for en bestemt enhet, må du kjenne til egenskapene til strømkilden: motstand og kraft til transiente pulser. Den maksimalt tillatte strømverdien bestemmes blant annet av varigheten av eksponeringen og antall repetisjoner, derfor vil den raskt mislykkes når du installerer en varistor med en undervurdert toppstrømverdi.Kort sagt, for effektiv beskyttelse av enheten, er det nødvendig å velge en varistor med en spenning som har en liten margin til den nominelle.
For problemfri drift av en slik elektronisk komponent er også spredningshastigheten til den absorberte termiske energien og evnen til raskt å gå tilbake til normal drift svært viktig.
Betegnelse på diagrammet og muligheter for tilkobling av varistoren
På ordninger varistor vanligvis angitt, akkurat som en vanlig motstand, men med en U lagt til ved siden av skråstreken. Denne funksjonen indikerer i diagrammene at dette elementet har en motstandsavhengighet av spenningen i kretsen. Også på koblingsskjema dette elementet er merket med to bokstaver R og U med tillegg av et serienummer (RU1, RU2 ... etc.).
Det er et stort antall alternativer for tilkobling av varistorer, men felles for alle metoder er at denne komponenten er koblet parallelt med strømkretsen. Derfor, i fravær av farlige verdier av spenningspulser, har strømmen som strømmer gjennom varistoren en liten verdi (på grunn av store motstandsverdier) og påvirker ikke systemets ytelse på noen måte. Når det oppstår en overspenning, endrer varistoren motstand til små verdier, lasten shuntes, og den absorberte energien spres ut i det omkringliggende rommet.
Lignende artikler:
