Tout appareil électronique branché sur un réseau doit être protégé contre le dépassement des seuils de courant ou de tension. Divers fusibles et disjoncteurs sont utilisés pour la protection du courant, mais les varistances sont le plus souvent utilisées pour la protection contre les surtensions. Dans cet article, nous allons voir le principe de la varistance, ses caractéristiques et les avantages et inconvénients de ce composant électronique.
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Qu'est-ce qu'une varistance et où est-elle utilisée ?
Varistor - Une varistance est une résistance variable à l'état solide, capable de modifier sa résistance électrique en fonction de la tension qui lui est appliquée.
Le principe de fonctionnement de ce composant électronique est différent de celui d'une résistance ou d'un potentiomètre normal. La résistance standard résistance Le potentiomètre a une résistance constante à tout moment, quelle que soit la tension dans le circuit. Le potentiomètre permet de modifier la résistance manuellement en tournant le bouton de commande. Une varistance, par contre, a une caractéristique tension-courant symétrique non linéaire et sa résistance dépend entièrement de la tension du circuit.
Grâce à cette propriété, les varistances sont largement et efficacement utilisées pour protéger les réseaux électriques, les machines et les équipements ainsi que les composants électroniques, les cartes et les puces, quel que soit le type de tension. Ils sont peu coûteux à fabriquer et sont robustes et capables de supporter des charges élevées.
Les varistances sont utilisées à la fois dans les applications haute tension jusqu'à 20 kV et dans les applications basse tension de 3V à 200V comme limiteur de tension. Ils peuvent être utilisés dans des circuits à courant alternatif et à courant continu. Ils sont utilisés pour réguler et stabiliser le courant et la tension et dans les dispositifs de protection contre les surtensions. Ils sont utilisés dans la construction de filtres secteur, d'alimentations électriques, de téléphones portables, PROTECTEURS DE SURTENSION et d'autres dispositifs.
Types et principe de fonctionnement
Dans des conditions normales de fonctionnement, une varistance a une énorme résistance qui peut diminuer lorsque la tension dépasse une valeur seuil. Si la tension augmente considérablement, la varistance passe de l'état d'isolation à l'état de conduction et stabilise la tension en faisant passer un courant élevé par l'effet d'avalanche dans le semi-conducteur.
Les varistances peuvent gérer des tensions élevées et faibles et sont donc divisées en deux groupes de dispositifs qui partagent le même principe de fonctionnement :
- Haute tension : capable de fonctionner dans des circuits dont les valeurs de courant peuvent atteindre 20 kV (utilisé dans les systèmes de protection des réseaux et des équipements, les parafoudres).
- Composants basse tension : les tensions nominales de ce type vont de 3V à 200V (utilisés pour protéger les appareils électroniques et les composants d'équipement avec un courant de 0,1 à 1A et installés à l'entrée ou à la sortie de l'alimentation).
Temps de réponse des varistances en cas de pointe de tension est d'environ 25 ns, ce qui est une excellente valeur mais, dans certains cas, insuffisante. C'est pourquoi les fabricants de composants électroniques ont développé une technologie permettant de fabriquer une résistance smd dont le temps de réponse est de 0,5 ns ou mieux.
Tous les types de varistances sont fabriqués à partir de carbure de silicium ou d'oxyde de zinc en frittant ce matériau avec un liant (résine, argile, verre) à haute température. Une fois l'élément semi-conducteur obtenu, il est métallisé sur les deux faces et les bornes de connexion métalliques sont soudées.
Marquage, principales caractéristiques et paramètres
Chaque fabricant de varistances marque son produit d'une manière bien précise, il existe donc un grand nombre de variantes de marquage et leur décryptage. Les varistances les plus courantes en Russie sont les K275, et les composants étrangers populaires sont les 7n471k, kl472m et autres.
Vous pouvez déchiffrer la désignation de la varistance CNR-10d751k comme suit : CNR - varistance à oxyde métallique ; d - signifie que le composant a la forme d'un disque ; 10 - est le diamètre du disque ; 751 -est la tension de réponse de l'appareil (le calcul se fait en multipliant les deux premiers chiffres par 10 à la puissance du troisième chiffre, c'est-à-dire 75 fois 10 à la puissance de 750 V) ; k - l'écart admissible de la tension nominale, qui est de 10 % dans chaque direction (l - 15 %, M - 20 %, P - 25 %).
Les principales caractéristiques des varistances sont les suivantes :
Tension de classification - Tension à une certaine valeur du courant traversant la varistance (cette valeur est généralement de 1 mA). Ce paramètre est relatif et n'affecte pas le choix du dispositif ;
tension maximale admissible - plage de tension (RMS ou rms.) à laquelle la varistance commence à réduire sa résistance ;
Énergie d'absorption maximale - une caractéristique qui représente la quantité d'énergie qu'une varistance dissipe et ne tombe pas en panne après avoir été soumise à une seule impulsion (mesurée en Joules);
Courant d'impulsion maximal - normalise le temps de montée et la durée de l'impulsion de courant (mesurée en Ampère);
Capacité - est un paramètre très important qui est mesuré à l'état fermé et à une fréquence donnée (tombe à zéro si un courant élevé est appliqué à la varistance);
Tolérance - l'écart par rapport à la différence de potentiel nominale dans les deux directions (est donné en pourcentage).
temps de déclenchement - Temps après lequel la varistance passe de fermée à ouverte (Généralement quelques dizaines de nanosecondes).
Avantages et inconvénients des varistances
Les avantages importants de la résistance non linéaire (varistance) sont sa stabilité et sa fiabilité à des fréquences et des charges élevées. Il est utilisé dans de nombreuses applications avec des tensions allant de 3V à 20kV, est relativement simple et bon marché à fabriquer, et son fonctionnement est efficace. D'autres avantages importants sont :
- vitesse de réponse élevée (nanosecondes) ;
- longue durée de vie ;
- la possibilité de surveiller les fluctuations de tension (méthode sans inertie).
Bien que ce composant électronique présente de nombreux avantages, il a également des inconvénients qui affectent son utilisation dans divers systèmes. Il s'agit notamment de :
- un bruit à basse fréquence pendant le fonctionnement ;
- Le vieillissement du composant (perte de paramètres dans le temps) ;
- une capacité élevée : elle dépend de la tension et du type d'élément, se situe dans une fourchette de 70 à 3200 pF et affecte les performances du dispositif ;
- aucune dissipation d'énergie à la tension maximale - surchauffe et défaillance importantes à la tension maximale prolongée.
Sélection du varistor
Afin de choisir la varistance adaptée à un appareil particulier, il est nécessaire de connaître les caractéristiques de son alimentation : résistance et puissance transitoire. La valeur maximale du courant admissible est déterminée, entre autres, par le temps d'exposition et le nombre de répétitions. Ainsi, si une varistance est installée avec une valeur de courant de crête inférieure, elle tombera en panne assez rapidement. En bref, pour protéger efficacement le dispositif, la varistance doit être choisie avec une tension qui présente une petite marge par rapport à la tension nominale.
La vitesse de dissipation de l'énergie thermique absorbée et la capacité à revenir rapidement à un état de fonctionnement normal sont également importantes pour le bon fonctionnement d'un tel composant électronique.
Schéma de connexion du variistor et variantes de connexion
Via circuits Les varistances sont généralement indiqué à .Comme une résistance ordinaire, mais avec la lettre U à côté de la barre oblique. Cette barre oblique indique dans les diagrammes que la résistance de l'élément dépend de la tension du circuit. Également dans schéma de câblage ce composant est marqué par deux lettres R et U avec un numéro ordinal ajouté (RU1, RU2 ... etc.).
Il existe un grand nombre de possibilités de connexion pour les varistances, mais le point commun à toutes les méthodes est que ce composant est connecté en parallèle avec le circuit d'alimentation. Par conséquent, en l'absence d'impulsions de tension dangereuses, le courant qui traverse la varistance est faible (en raison de sa résistance élevée) et n'affecte en rien les performances du système. En cas de surtension, la varistance modifie sa résistance à une faible valeur, la charge est contournée et l'énergie absorbée est dissipée dans l'espace environnant.
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