Každé elektronické zařízení připojené k síti potřebuje ochranu proti překročení prahových hodnot proudu nebo napětí. Pro proudovou ochranu se používají různé pojistky a jističe, ale pro přepěťovou ochranu se nejčastěji používají varistory. V tomto článku se podíváme na princip varistoru, jeho vlastnosti a výhody a nevýhody této elektronické součástky.
Obsah
Co je varistor a kde se používá
Varistor - Varistor je polovodičový proměnný rezistor se schopností měnit svůj elektrický odpor v závislosti na napětí, které je na něj přivedeno.
Princip činnosti této elektronické součástky se liší od běžného rezistoru nebo potenciometru. Standardní rezistor rezistor Potenciometr má v každém okamžiku konstantní odpor bez ohledu na napětí v obvodu; potenciometr umožňuje měnit odpor ručně otáčením ovládacího knoflíku. Varistor má naproti tomu nelineární symetrickou voltampérovou charakteristiku a jeho odpor je plně závislý na napětí v obvodu.
Díky této vlastnosti se varistory široce a účinně používají k ochraně elektrických sítí, strojů a zařízení, jakož i elektronických součástek, desek a čipů bez ohledu na typ napětí. Jejich výroba je levná a jsou robustní a odolné vůči vysokému zatížení.
Varistory se používají jak ve vysokonapěťových aplikacích do 20 kV, tak v nízkonapěťových aplikacích od 3 V do 200 V jako omezovač napětí. Lze je použít ve střídavých i stejnosměrných obvodech. Používají se k regulaci a stabilizaci proudu a napětí a v zařízeních na ochranu proti přepětí. Používají se při konstrukci síťových filtrů, napájecích zdrojů a mobilních telefonů, PŘEPĚŤOVÉ OCHRANY a další zařízení.
Typy a princip činnosti
Za normálních provozních podmínek má varistor obrovský odpor, který se může snižovat, jakmile napětí stoupne nad prahovou hodnotu. Pokud napětí výrazně vzroste, varistor změní svůj izolační stav na vodivý a stabilizuje napětí tím, že jím prochází velký proud prostřednictvím lavinového jevu v polovodiči.
Varistory mohou pracovat s vysokým a nízkým napětím, a proto se dělí na dvě skupiny zařízení, které mají stejný princip činnosti:
- Vysokonapěťové: schopné pracovat v obvodech s hodnotami proudu až 20 kV (používané v systémech ochrany sítí a zařízení, přepěťových ochranách).
- Nízkonapěťové komponenty: jmenovité napětí tohoto typu se pohybuje od 3 V do 200 V (používá se k ochraně elektronických zařízení a komponentů zařízení s proudem 0,1 až 1 A a instaluje se na vstupu nebo výstupu napájecího zdroje).
Doba odezvy varistorů v případě napěťová špička je přibližně 25 ns, což je vynikající hodnota, ale v některých případech nedostatečná. Výrobci elektronických součástek proto vyvinuli technologii výroby smd rezistoru, který má dobu odezvy 0,5 ns nebo lepší.
Všechny typy varistorů se vyrábějí z karbidu křemíku nebo oxidu zinečnatého slinováním tohoto materiálu s pojivem (pryskyřice, hlína, sklo) při vysoké teplotě. Jakmile je polovodičový prvek získán, je z obou stran pokoven a kovové připojovací svorky jsou připájeny.
Označení, hlavní charakteristiky a parametry
Každý výrobce varistorů označuje svůj výrobek určitým způsobem, proto existuje velké množství variant značení a jejich rozluštění. Nejběžnějšími varistory v Rusku jsou K275 a oblíbené zahraniční součástky jsou 7n471k, kl472m a další.
Označení varistoru CNR-10d751k můžete rozluštit následujícím způsobem: CNR - varistor s oxidem kovu; d - znamená, že součástka má tvar disku; 10 - je průměr kotouče; 751 -je napětí odezvy pro zařízení (výpočet se provádí vynásobením prvních dvou číslic 10 na mocninu třetí číslice, tj. 75 krát 10 na mocninu 750 V); k - přípustná odchylka jmenovitého napětí, která činí 10 % v obou směrech (l - 15 %, M - 20 %, P - 25 %).
Hlavní charakteristiky varistorů jsou následující:
Klasifikace napětí - Napětí při určité hodnotě proudu protékajícího varistorem (tato hodnota je obvykle 1 mA). Tento parametr je relativní a nemá vliv na výběr zařízení;
maximální přípustné napětí - rozsah napětí (RMS nebo rms.), při kterém varistor začne snižovat svůj odpor;
Maximální absorpční energie - charakteristika, která udává množství energie, kterou varistor rozptýlí a neselže po vystavení jednomu impulsu (měřeno v joulech);
Maximální impulzní proud - normalizuje dobu náběhu a trvání proudového impulzu (měřeno v ampérech);
Kapacita - je velmi důležitý parametr, který se měří v uzavřeném stavu a při dané frekvenci (klesne na nulu, pokud je na varistor přiveden velký proud.);
Tolerance - odchylka od jmenovitého rozdílu potenciálů v obou směrech (se udává v procentech).
doba vypnutí - Doba, za kterou se varistor změní z uzavřeného stavu na otevřený (Obvykle několik desítek nanosekund.).
Výhody a nevýhody varistorů
Důležitou výhodou nelineárního rezistoru (varistoru) je jeho stabilní a spolehlivý výkon při vysokých frekvencích a vysokém zatížení. Používá se v mnoha aplikacích s napětím od 3 V do 20 kV, je poměrně jednoduchý a levný na výrobu a jeho provoz je efektivní. Dalšími důležitými výhodami jsou:
- vysoká vypínací rychlost (nanosekundy);
- dlouhá životnost;
- možnost sledovat kolísání napětí (bez setrvačná metoda).
Ačkoli má tato elektronická součástka mnoho výhod, má také nevýhody, které ovlivňují její použití v různých systémech. Patří mezi ně:
- nízkofrekvenční hluk během provozu;
- Stárnutí součásti (ztráta parametrů v průběhu času);
- vysoká kapacita: závisí na napětí a typu prvku, pohybuje se v rozmezí 70 až 3200 pF a ovlivňuje výkon zařízení;
- žádný rozptyl výkonu při maximálním napětí - výrazně se přehřívá a selhává při delším maximálním napětí.
Výběr varistoru
Pro výběr správného varistoru pro konkrétní zařízení je nutné znát charakteristiky jeho napájení: odpor a přechodový výkon. Maximální přípustná hodnota proudu je dána mimo jiné dobou expozice a počtem opakování, takže pokud je instalován varistor s nižší špičkovou hodnotou proudu, poměrně rychle selže. Stručně řečeno, aby bylo zařízení účinně chráněno, měl by být varistor zvolen s napětím, které má malou rezervu nad jmenovitým napětím.
Pro bezporuchový provoz takové elektronické součástky je důležitá také rychlost odvádění absorbované tepelné energie a schopnost rychlého návratu do normálního provozního stavu.
Schéma zapojení Variistor a varianty zapojení
Prostřednictvím schémata varistory jsou obvykle uvedeno na .Jako běžný rezistor, ale s písmenem U vedle lomítka. Toto lomítko označuje v diagramech, že prvek má závislost odporu na napětí v obvodu. Také v schéma zapojení tato složka je označena dvěma písmeny R a U s přidaným pořadovým číslem (RU1, RU2 ... atd.).
Existuje velké množství možností zapojení varistorů, ale společným znakem všech způsobů je, že tato součástka je zapojena paralelně s napájecím obvodem. Proto je při absenci nebezpečných napěťových impulsů proud protékající varistorem malý (díky jeho vysokému odporu) a nijak neovlivňuje výkon systému. Pokud dojde k přepětí, varistor změní svůj odpor na malou hodnotu, zátěž se obejde a absorbovaná energie se rozptýlí do okolního prostoru.
Související články:
