Mikä on varistori, tekniset perusparametrit, mihin sitä käytetään?

Jokainen verkkoon kytketty elektroninen laite tarvitsee suojauksen virta- tai jännitekynnysten ylittymistä vastaan. Virtasuojaukseen käytetään erilaisia sulakkeita ja katkaisijoita, mutta ylijännitesuojaukseen käytetään yleisimmin varistoreja. Tässä artikkelissa tarkastelemme varistorin periaatetta, sen ominaisuuksia sekä tämän elektroniikkakomponentin etuja ja haittoja.

Mikä on varistori ja missä sitä käytetään?

Varistori - Varistori on kiinteä muuttuva vastus, joka pystyy muuttamaan sähköistä vastustaan siihen kohdistetun jännitteen mukaan.

Tämän elektroniikkakomponentin toimintaperiaate eroaa tavallisen vastuksen tai potentiometrin toimintaperiaatteesta. Vakiovastus vastus Potentiometrillä on vakiovastus aina riippumatta piirin jännitteestä; potentiometrin avulla vastusta voidaan muuttaa manuaalisesti kääntämällä säätönuppia. Varistorilla on toisaalta epälineaarinen symmetrinen jännite-virta-ominaisuus, ja sen resistanssi on täysin riippuvainen piirin jännitteestä.

Tämän ominaisuuden ansiosta varistoreja käytetään laajalti ja tehokkaasti sähköverkkojen, koneiden ja laitteiden sekä elektronisten komponenttien, levyjen ja sirujen suojaamiseen jännitetyypistä riippumatta. Ne ovat edullisia valmistaa, vankkoja ja kestävät suuria kuormituksia.

Varistoreja käytetään sekä korkeajännitesovelluksissa aina 20 kV:iin asti että pienjännitesovelluksissa 3V-200V jännitteen rajoittimena. Niitä voidaan käyttää sekä vaihto- että tasavirtapiireissä. Niitä käytetään virran ja jännitteen säätämiseen ja vakauttamiseen sekä ylijännitesuojalaitteissa. Niitä käytetään verkkosuodattimien, virtalähteiden ja matkapuhelimien rakentamisessa, YLIJÄNNITESUOJAT ja muita laitteita.

Tyypit ja toimintaperiaate

Normaaleissa käyttöolosuhteissa varistorilla on valtava vastus, joka voi pienentyä, kun jännite nousee yli kynnysarvon. Jos jännite nousee huomattavasti, varistori muuttaa eristystilansa johtavaksi ja vakauttaa jännitteen johtamalla sen läpi suuren virran puolijohteessa olevan lumivyöryilmiön avulla.

Varistorit kestävät korkeita ja matalia jännitteitä, ja ne jaetaan siksi kahteen ryhmään laitteita, joilla on sama toimintaperiaate:

1. Suurjännite: kykenee toimimaan virtapiireissä, joiden virta-arvot ovat jopa 20 kV (käytetään verkko- ja laitesuojausjärjestelmissä, ylijännitesuojissa).
2. Pienjännitekomponentit: tämäntyyppiset nimellisjännitteet vaihtelevat välillä 3V-200V (käytetään suojaamaan elektronisia laitteita ja laitekomponentteja, joiden virta on 0,1-1A ja jotka on asennettu virtalähteen tuloon tai lähtöön).

Varistoreiden vasteaika, kun kyseessä on jännitepiikki on noin 25 ns, mikä on erinomainen arvo, mutta joissakin tapauksissa riittämätön. Siksi elektroniikkakomponenttien valmistajat ovat kehittäneet tekniikan, jolla valmistetaan smd-vastuksia, joiden vasteaika on 0,5 ns tai parempi.

Kaikentyyppiset varistorit valmistetaan piikarbidista tai sinkkioksidista sintraamalla tätä materiaalia sideaineen (hartsi, savi, lasi) kanssa korkeassa lämpötilassa. Kun puolijohdeelementti on saatu, se metalloidaan molemmilta puolilta ja metalliset liitäntäliittimet juotetaan.

Merkintä, tärkeimmät ominaisuudet ja parametrit

Kukin varistorivalmistaja merkitsee tuotteensa tietyllä tavalla, joten merkintävaihtoehtoja ja niiden tulkitsemista on paljon. Yleisimmät varistorit Venäjällä ovat K275, ja suosittuja ulkomaisia komponentteja ovat 7n471k, kl472m ja muut.

Voit tulkita CNR-10d751k varistorin nimityksen seuraavasti: CNR - metallioksidivaristori; d - tarkoittaa, että komponentti on levyn muotoinen; 10 - on levyn halkaisija; 751 -on laitteen vastejännite (laskelma tehdään kertomalla kaksi ensimmäistä numeroa 10:llä kolmannen numeron potenssiin, eli 75 kertaa 10 potenssiin 750 V); k - nimellisjännitteen sallittu poikkeama, joka on 10 % kumpaankin suuntaan (l - 15 %, M - 20 %, P - 25 %).

Varistorien tärkeimmät ominaisuudet ovat seuraavat:

Luokitusjännite - Jännite varistorin läpi kulkevan virran tietyllä arvolla (tämä arvo on yleensä 1 mA). Tämä parametri on suhteellinen eikä vaikuta laitteen valintaan;

Suurin sallittu jännite - jännitealue (RMS tai rms.), jossa varistori alkaa pienentää resistanssiaan;

Enimmäisabsorptioenergia - ominaisuus, joka osoittaa, kuinka paljon energiaa varistori hukkaa eikä vioitu yhden pulssin jälkeen (mitattuna jouleina);

Suurin impulssivirta - normalisoi virtapulssin nousuajan ja keston (mitattuna ampeereina);

Kapasitanssi - on erittäin tärkeä parametri, joka mitataan suljetussa tilassa ja tietyllä taajuudella (laskee nollaan, jos varistoriin syötetään suuri virta.);

Suvaitsevaisuus - poikkeama nimellisestä potentiaalierosta molempiin suuntiin (ilmoitetaan prosentteina).

laukeamisaika - Aika, jonka jälkeen varistori muuttuu suljetusta avoimeksi (Yleensä muutama kymmenen nanosekuntia.).

Varistorien edut ja haitat

Epälineaarisen vastuksen (varistorin) tärkeitä etuja ovat sen vakaa ja luotettava toiminta korkeilla taajuuksilla ja suurilla kuormituksilla. Sitä käytetään monissa sovelluksissa, joiden jännitteet vaihtelevat 3 voltista 20 kV:iin, se on suhteellisen yksinkertainen ja halpa valmistaa ja se on tehokas käyttää. Muita tärkeitä etuja ovat:

• suuri laukaisunopeus (nanosekuntia);
• pitkä käyttöikä;
• kyky seurata jännitteen vaihteluita (inertia-vapaa menetelmä).

Vaikka tällä elektroniikkakomponentilla on monia etuja, sillä on myös haittoja, jotka vaikuttavat sen käyttöön eri järjestelmissä. Näihin kuuluvat:

• matalataajuinen melu käytön aikana;
• Komponentin vanheneminen (parametrien häviäminen ajan myötä);
• suuri kapasitanssi: se riippuu jännitteestä ja elementin tyypistä, on välillä 70-3200 pF ja vaikuttaa laitteen suorituskykyyn;
• ei virranhukkaa maksimijännitteellä - ylikuumenee merkittävästi ja pettää pitkittyneellä maksimijännitteellä.

Varistorin valinta

Jotta tiettyyn laitteeseen voidaan valita oikea varistori, on tunnettava sen virtalähteen ominaisuudet: resistanssi ja transienttiteho. Suurin sallittu virta-arvo määräytyy muun muassa altistuksen keston ja toistojen lukumäärän mukaan, joten jos varistori asennetaan pienemmällä huippuvirta-arvolla, se pettää melko nopeasti. Lyhyesti sanottuna laitteen suojaamiseksi tehokkaasti varistori olisi valittava jännitteellä, joka on pieni marginaali yli nimellisjännitteen.

Tällaisen elektroniikkakomponentin häiriöttömän toiminnan kannalta tärkeää on myös absorboituneen lämpöenergian häviämisnopeus ja kyky palata nopeasti normaaliin toimintatilaan.

Variistorin kytkentäkaavio ja kytkentävaihtoehdot

Via kaaviot varistorit ovat yleensä ilmoitettu osoitteessa .Kuten tavallinen vastus, mutta U-kirjain vinoviivan vieressä. Tämä vinoviiva osoittaa kaavioissa, että elementin resistanssi on riippuvainen piirin jännitteestä. Myös kytkentäkaavio Tämä osa merkitään kahdella kirjaimella R ja U, joihin lisätään järjestysnumero (RU1, RU2 jne.).

Varistoreiden kytkentävaihtoehtoja on useita, mutta kaikille menetelmille on yhteistä, että tämä komponentti kytketään rinnakkain syöttöpiirin kanssa. Näin ollen ilman vaarallisia jänniteimpulsseja varistorin läpi kulkeva virta on pieni (sen suuren resistanssin vuoksi) eikä sillä ole vaikutusta järjestelmän toimintaan. Ylijännitteen sattuessa varistori muuttaa resistanssinsa pieneksi, kuorma ohitetaan ja absorboitu energia haihtuu ympäröivään tilaan.

Aiheeseen liittyvät artikkelit: