Κάθε ηλεκτρονική συσκευή που είναι συνδεδεμένη σε ένα δίκτυο χρειάζεται προστασία από την υπέρβαση των ορίων ρεύματος ή τάσης. Διάφορες ασφάλειες και διακόπτες κυκλώματος χρησιμοποιούνται για την προστασία από το ρεύμα, αλλά τα βαρίστορ χρησιμοποιούνται συχνότερα για την προστασία από υπέρταση. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε την αρχή του βαρίστορ, τα χαρακτηριστικά του και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτού του ηλεκτρονικού εξαρτήματος.
Περιεχόμενα
Τι είναι το βαρίστορ και πού χρησιμοποιείται
Varistor - Το βαρίστορ είναι ένας μεταβλητός αντιστάτης στερεάς κατάστασης με την ικανότητα να αλλάζει την ηλεκτρική του αντίσταση ανάλογα με την τάση που του εφαρμόζεται.
Η αρχή λειτουργίας αυτού του ηλεκτρονικού εξαρτήματος είναι διαφορετική από εκείνη ενός κανονικού αντιστάτη ή ποτενσιόμετρου. Η τυπική αντίσταση αντίσταση Το ποτενσιόμετρο έχει σταθερή αντίσταση ανά πάσα στιγμή, ανεξάρτητα από την τάση στο κύκλωμα- το ποτενσιόμετρο επιτρέπει τη χειροκίνητη αλλαγή της αντίστασης περιστρέφοντας το κουμπί ελέγχου. Από την άλλη πλευρά, ένα βαρίστορ έχει μη γραμμική συμμετρική χαρακτηριστική βολτ-ρεύματος και η αντίστασή του εξαρτάται πλήρως από την τάση του κυκλώματος.
Λόγω αυτού του χαρακτηριστικού, τα βαρίστορ χρησιμοποιούνται ευρέως και αποτελεσματικά για την προστασία ηλεκτρικών δικτύων, μηχανημάτων και εξοπλισμού, καθώς και ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, πλακετών και τσιπ, ανεξάρτητα από τον τύπο της τάσης. Η κατασκευή τους είναι φθηνή και είναι ανθεκτικά και ικανά να αντέχουν υψηλά φορτία.
Τα βαρίστορ χρησιμοποιούνται τόσο σε εφαρμογές υψηλής τάσης έως 20 kV όσο και σε εφαρμογές χαμηλής τάσης από 3V έως 200V ως περιοριστής τάσης. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κυκλώματα εναλλασσόμενου και συνεχούς ρεύματος. Χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση και τη σταθεροποίηση του ρεύματος και της τάσης και σε συσκευές προστασίας από υπέρταση. Χρησιμοποιούνται στην κατασκευή φίλτρων δικτύου, τροφοδοτικών, κινητών τηλεφώνων, ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΆ ΥΠΈΡΤΑΣΗΣ και άλλες συσκευές.
Τύποι και αρχή λειτουργίας
Υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας ένα βαρίστορ έχει μια τεράστια αντίσταση η οποία μπορεί να μειωθεί καθώς η τάση αυξάνεται πάνω από μια τιμή κατωφλίου. Εάν η τάση αυξηθεί σημαντικά, το βαρίστορ αλλάζει τη μονωτική του κατάσταση σε αγώγιμη και σταθεροποιεί την τάση περνώντας από αυτό υψηλό ρεύμα μέσω του φαινομένου χιονοστιβάδας στον ημιαγωγό.
Τα βαρίστορ μπορούν να διαχειριστούν υψηλές και χαμηλές τάσεις και, ως εκ τούτου, χωρίζονται σε δύο ομάδες διατάξεων που μοιράζονται την ίδια αρχή λειτουργίας:
- Υψηλής τάσης: ικανά να λειτουργούν σε κυκλώματα με τιμές ρεύματος έως και 20 kV (χρησιμοποιούνται σε συστήματα προστασίας δικτύων και εξοπλισμού, προστατευτικά υπερτάσεων).
- Εξαρτήματα χαμηλής τάσης: οι ονομαστικές τάσεις αυτού του τύπου κυμαίνονται από 3V έως 200V (χρησιμοποιούνται για την προστασία ηλεκτρονικών συσκευών και εξαρτημάτων εξοπλισμού με ρεύμα 0,1 έως 1Α και εγκαθίστανται στην είσοδο ή την έξοδο του τροφοδοτικού).
Χρόνος απόκρισης των βαρίστορ σε περίπτωση αιχμή τάσης είναι περίπου 25 ns, η οποία είναι μια εξαιρετική τιμή αλλά ανεπαρκής σε ορισμένες περιπτώσεις. Ως εκ τούτου, οι κατασκευαστές ηλεκτρονικών εξαρτημάτων έχουν αναπτύξει τεχνολογία για την κατασκευή αντιστάσεων smd που έχουν χρόνο απόκρισης 0,5 ns ή καλύτερο.
Όλοι οι τύποι βαρίστορ κατασκευάζονται από καρβίδιο του πυριτίου ή οξείδιο του ψευδαργύρου με πυροσυσσωμάτωση του υλικού αυτού με ένα συνδετικό υλικό (ρητίνη, πηλός, γυαλί) σε υψηλή θερμοκρασία. Αφού ληφθεί το ημιαγωγικό στοιχείο, μεταλλικοποιείται και στις δύο πλευρές και συγκολλούνται οι μεταλλικοί ακροδέκτες σύνδεσης.
Σήμανση, κύρια χαρακτηριστικά και παράμετροι
Κάθε κατασκευαστής βαρίστορ σηματοδοτεί το προϊόν του με συγκεκριμένο τρόπο, επομένως υπάρχει μεγάλος αριθμός παραλλαγών σήμανσης και αποκρυπτογράφησής τους. Τα πιο συνηθισμένα βαρίστορ στη Ρωσία είναι τα K275 και τα δημοφιλή ξένα εξαρτήματα είναι τα 7n471k, kl472m και άλλα.
Μπορείτε να αποκρυπτογραφήσετε την ονομασία του βαρίστορ CNR-10d751k ως εξής: CNR - βαρίστορ μεταλλικού οξειδίου, d - σημαίνει ότι το εξάρτημα έχει σχήμα δίσκου, 10 - είναι η διάμετρος του δίσκου, 751 -είναι η τάση απόκρισης για τη συσκευή (ο υπολογισμός γίνεται πολλαπλασιάζοντας τα δύο πρώτα ψηφία επί 10 στη δύναμη του τρίτου ψηφίου, δηλαδή 75 επί 10 στη δύναμη των 750 V), k - την επιτρεπόμενη απόκλιση της ονομαστικής τάσης, η οποία είναι 10 % προς κάθε κατεύθυνση (l - 15 %, M - 20 %, P - 25 %).
Τα κύρια χαρακτηριστικά των βαρίστορ είναι τα εξής:
Τάση ταξινόμησης - Τάση σε μια ορισμένη τιμή ρεύματος που διαρρέει το βαρίστορ (αυτή η τιμή είναι συνήθως 1 mA). Αυτή η παράμετρος είναι σχετική και δεν επηρεάζει την επιλογή της συσκευής,
μέγιστη επιτρεπόμενη τάση - εύρος τάσης (RMS ή rms.) στο οποίο το βαρίστορ αρχίζει να μειώνει την αντίστασή του,
Μέγιστη ενέργεια απορρόφησης - ένα χαρακτηριστικό που δείχνει την ποσότητα ενέργειας που διαχέει ένα βαρίστορ και δεν αστοχεί αφού υποβληθεί σε έναν μόνο παλμό (μετρούμενο σε Joules);
Μέγιστο ρεύμα παλμού - κανονικοποιεί το χρόνο ανόδου και τη διάρκεια του τρέχοντος παλμού (μετρούμενο σε Αμπέρ);
Χωρητικότητα - είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος που μετράται σε κλειστή κατάσταση και σε δεδομένη συχνότητα (πέφτει στο μηδέν εάν εφαρμοστεί υψηλό ρεύμα στο βαρίστορ);
Ανοχή - η απόκλιση από την ονομαστική διαφορά δυναμικού και προς τις δύο κατευθύνσεις (δίνεται ως ποσοστό).
χρόνος ενεργοποίησης - Χρόνος μετά τον οποίο το βαρίστορ μεταβαίνει από κλειστό σε ανοικτό (Συνήθως μερικές δεκάδες νανοδευτερόλεπτα).
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των βαρίστορ
Σημαντικά πλεονεκτήματα της μη γραμμικής αντίστασης (βαρίστορ) είναι η σταθερή και αξιόπιστη απόδοσή της σε υψηλές συχνότητες και υψηλά φορτία. Χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές με τάσεις από 3V έως 20kV, είναι σχετικά απλό και φθηνό στην κατασκευή και αποδοτικό στη λειτουργία. Πρόσθετα σημαντικά πλεονεκτήματα είναι:
- υψηλή ταχύτητα ενεργοποίησης (νανοδευτερόλεπτα),
- μεγάλη διάρκεια ζωής,
- τη δυνατότητα παρακολούθησης των διακυμάνσεων της τάσης (μέθοδος χωρίς αδράνεια).
Παρόλο που αυτό το ηλεκτρονικό εξάρτημα έχει πολλά πλεονεκτήματα, έχει επίσης μειονεκτήματα που επηρεάζουν τη χρήση του σε διάφορα συστήματα. Αυτά περιλαμβάνουν:
- θόρυβος χαμηλής συχνότητας κατά τη λειτουργία,
- Η γήρανση του εξαρτήματος (απώλεια παραμέτρων με την πάροδο του χρόνου),
- υψηλή χωρητικότητα: εξαρτάται από την τάση και τον τύπο του στοιχείου, κυμαίνεται από 70 έως 3200 pF και επηρεάζει την απόδοση της διάταξης,
- καμία απώλεια ισχύος στη μέγιστη τάση - υπερθερμαίνεται σημαντικά και αστοχεί σε μεγάλες μέγιστες τάσεις.
Επιλογή βαρίστορ
Για να επιλέξετε το σωστό βαρίστορ για μια συγκεκριμένη συσκευή, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε τα χαρακτηριστικά της τροφοδοσίας της: αντίσταση και μεταβατική ισχύς. Η μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή ρεύματος καθορίζεται, μεταξύ άλλων, από τη διάρκεια της έκθεσης και τον αριθμό των επαναλήψεων, οπότε αν εγκατασταθεί ένα βαρίστορ με χαμηλότερη τιμή ρεύματος αιχμής, θα αποτύχει αρκετά γρήγορα. Εν ολίγοις, για να προστατευθεί αποτελεσματικά η συσκευή, το βαρίστορ πρέπει να επιλέγεται με τάση που έχει μικρό περιθώριο πάνω από την ονομαστική τάση.
Σημαντικό επίσης για την απρόσκοπτη λειτουργία ενός τέτοιου ηλεκτρονικού εξαρτήματος είναι ο ρυθμός διάχυσης της απορροφούμενης θερμικής ενέργειας και η ικανότητα γρήγορης επιστροφής σε κατάσταση κανονικής λειτουργίας.
Διάγραμμα σύνδεσης Variistor και παραλλαγές σύνδεσης
Μέσω σχηματικά διαγράμματα τα βαρίστορ είναι συνήθως υποδεικνύεται σε .Όπως μια συνηθισμένη αντίσταση, αλλά με το γράμμα U δίπλα στην κάθετο. Αυτή η κάθετος υποδεικνύει στα διαγράμματα ότι το στοιχείο έχει εξάρτηση της αντίστασης από την τάση του κυκλώματος. Επίσης σε διάγραμμα καλωδίωσης το στοιχείο αυτό επισημαίνεται με δύο γράμματα R και U με προσθήκη ενός αύξοντος αριθμού (RU1, RU2 ... κ.λπ.).
Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός επιλογών σύνδεσης για τα βαρίστορ, αλλά κοινό χαρακτηριστικό όλων των μεθόδων είναι ότι το στοιχείο αυτό συνδέεται παράλληλα με το κύκλωμα τροφοδοσίας. Επομένως, ελλείψει επικίνδυνων παλμών τάσης, το ρεύμα που διαρρέει το βαρίστορ είναι μικρό (λόγω της υψηλής αντίστασής του) και δεν επηρεάζει την απόδοση του συστήματος. Εάν εμφανιστεί υπέρταση, το βαρίστορ αλλάζει την αντίστασή του σε μια μικρή τιμή, το φορτίο παρακάμπτεται και η απορροφηθείσα ενέργεια διαχέεται στον περιβάλλοντα χώρο.
Σχετικά άρθρα:
