Ogni dispositivo elettronico inserito in una rete ha bisogno di protezione contro il superamento delle soglie di corrente o di tensione. Vari fusibili e interruttori automatici sono usati per la protezione della corrente, ma i varistori sono più comunemente usati per la protezione dalle sovratensioni. In questo articolo daremo uno sguardo al principio del varistore, alle sue caratteristiche e ai vantaggi e svantaggi di questo componente elettronico.
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Cos'è un varistore e dove viene usato
Varistore - Un varistore è un resistore variabile allo stato solido con la capacità di cambiare la sua resistenza elettrica in base alla tensione applicata ad esso.
Il principio di funzionamento di questo componente elettronico è diverso da quello di un normale resistore o potenziometro. Il resistore standard resistenza Il potenziometro ha una resistenza costante in qualsiasi momento, indipendentemente dalla tensione nel circuito; il potenziometro permette di cambiare manualmente la resistenza girando la manopola. Un varistore, d'altra parte, ha una caratteristica volt-corrente simmetrica non lineare e la sua resistenza è completamente dipendente dalla tensione del circuito.
A causa di questa proprietà, i varistori sono ampiamente ed efficacemente utilizzati per proteggere reti elettriche, macchinari e attrezzature, nonché componenti elettronici, schede e chip indipendentemente dal tipo di tensione. Sono poco costosi da produrre e sono robusti e capaci di sopportare carichi elevati.
I varistori sono utilizzati sia in applicazioni ad alta tensione fino a 20 kV che in applicazioni a bassa tensione da 3V a 200V come limitatore di tensione. Possono essere utilizzati in circuiti AC e DC. Sono utilizzati per regolare e stabilizzare la corrente e la tensione e nei dispositivi di protezione contro le sovratensioni. Sono utilizzati nella costruzione di filtri di rete, alimentatori, telefoni cellulari, PROTEZIONI CONTRO LE SOVRATENSIONI e altri dispositivi.
Tipi e principio di funzionamento
In condizioni di funzionamento normali, un varistore ha un'enorme resistenza che può diminuire quando la tensione sale sopra un valore di soglia. Se la tensione aumenta considerevolmente, il varistore cambia il suo stato isolante in uno stato conduttivo e stabilizza la tensione facendo passare una corrente elevata attraverso di esso attraverso l'effetto valanga nel semiconduttore.
I varistori possono gestire alte e basse tensioni e sono quindi divisi in due gruppi di dispositivi che condividono lo stesso principio di funzionamento:
- Alta tensione: in grado di funzionare in circuiti con valori di corrente fino a 20 kV (utilizzati nei sistemi di protezione delle reti e delle apparecchiature, protezioni contro le sovratensioni).
- Componenti a bassa tensione: le tensioni nominali di questo tipo vanno da 3V a 200V (utilizzati per proteggere dispositivi elettronici e componenti di apparecchiature con una corrente da 0,1 a 1A e installati all'ingresso o all'uscita dell'alimentazione).
Tempo di risposta dei varistori in caso di picco di tensione è di circa 25 ns che è un valore eccellente ma in alcuni casi insufficiente. Pertanto, i produttori di componenti elettronici hanno sviluppato una tecnologia per produrre un resistore smd che ha un tempo di risposta di 0,5 ns o migliore.
Tutti i tipi di varistori sono fatti da carburo di silicio o ossido di zinco sinterizzando questo materiale con un legante (resina, argilla, vetro) ad alta temperatura. Una volta ottenuto l'elemento semiconduttore, viene metallizzato su entrambi i lati e vengono saldati i terminali di collegamento in metallo.
Marcatura, caratteristiche e parametri principali
Ogni produttore di varistori marchia il suo prodotto in un modo definito, quindi ci sono un gran numero di varianti di marcatura e la loro decifrazione. I varistori più comuni in Russia sono K275, e i componenti stranieri popolari sono 7n471k, kl472m e altri.
È possibile decifrare la designazione del varistore CNR-10d751k come segue: CNR - varistore ad ossido di metallo; d - significa che il componente ha la forma di un disco; 10 - è il diametro del disco; 751 -è la tensione di risposta del dispositivo (il calcolo si fa moltiplicando le prime due cifre per 10 alla potenza della terza cifra, cioè 75 per 10 alla potenza di 750 V); k - la deviazione ammissibile della tensione nominale, che è del 10 % in entrambe le direzioni (l - 15 %, M - 20 %, P - 25 %).
Le caratteristiche principali dei varistori sono le seguenti:
Classificazione della tensione - Tensione ad un certo valore di corrente che scorre attraverso il varistore (questo valore è di solito 1 mA). Questo parametro è relativo e non influenza la scelta del dispositivo;
tensione massima ammissibile - gamma di tensione (RMS o rms.) al quale il varistore comincia a ridurre la sua resistenza;
Energia massima di assorbimento - una caratteristica che indica la quantità di energia che un varistore dissipa e non fallisce dopo essere stato sottoposto a un singolo impulso (misurato in Joule);
Corrente massima d'impulso - normalizza il tempo di salita e la durata dell'impulso di corrente (misurato in Ampere);
Capacità - è un parametro molto importante che si misura in stato chiuso e a una data frequenza (scende a zero se al varistore viene applicata una corrente elevata);
Deviazione ammissibile - la deviazione dalla differenza di potenziale nominale in entrambe le direzioni (è dato come percentuale).
tempo d'inciampo - Tempo dopo il quale il varistore passa da chiuso ad aperto (Di solito poche decine di nanosecondi).
Vantaggi e svantaggi dei varistori
I vantaggi importanti del resistore non lineare (varistore) sono le sue prestazioni stabili e affidabili ad alte frequenze e carichi elevati. È usato in molte applicazioni con tensioni da 3V a 20kV, è relativamente semplice ed economico da produrre, ed è efficiente da far funzionare. Altri importanti vantaggi sono:
- alta velocità di risposta (nanosecondi);
- lunga vita di servizio;
- la capacità di monitorare le fluttuazioni di tensione (metodo senza inerzia).
Anche se questo componente elettronico ha molti vantaggi, ha anche degli svantaggi che influenzano il suo utilizzo in vari sistemi. Questi includono:
- rumore a bassa frequenza durante il funzionamento;
- L'invecchiamento del componente (perdita di parametri nel tempo);
- alta capacità: dipende dalla tensione e dal tipo di elemento, è nell'intervallo da 70 a 3200 pF e influenza le prestazioni del dispositivo;
- nessuna dissipazione di potenza alla tensione massima - si surriscalda significativamente e si guasta alla tensione massima prolungata.
Selezione dei varistori
Per selezionare il varistore corretto per un particolare dispositivo, è necessario conoscere le caratteristiche della sua alimentazione: resistenza e potenza transitoria. Il valore massimo di corrente ammissibile è determinato, tra l'altro, dal tempo di esposizione e dal numero di ripetizioni, quindi se un varistore è installato con un valore di corrente di picco inferiore, si guasterà abbastanza rapidamente. In breve, per proteggere efficacemente il dispositivo, il varistore dovrebbe essere selezionato con una tensione che ha un piccolo margine rispetto alla tensione nominale.
Anche importante per il funzionamento senza problemi di un tale componente elettronico è il tasso di dissipazione dell'energia termica assorbita e la capacità di tornare rapidamente a uno stato di funzionamento normale.
Schema di collegamento dei variistor e varianti di collegamento
Via circuiti i varistori sono di solito indicato a .Come una normale resistenza ma con la lettera U accanto alla barra. Questa barra indica nei diagrammi che l'elemento ha una dipendenza della resistenza dalla tensione del circuito. Anche in schema elettrico questo componente è contrassegnato da due lettere R e U con l'aggiunta di un numero ordinale (RU1, RU2 ... ecc.).
Esiste un gran numero di opzioni di connessione per i varistori, ma comune a tutti i metodi è che questo componente è collegato in parallelo al circuito di alimentazione. Pertanto, in assenza di impulsi di tensione pericolosi, la corrente che scorre attraverso il varistore è piccola (a causa della sua alta resistenza) e non ha alcun effetto sulle prestazioni del sistema. Se si verifica una sovratensione, il varistore cambia la sua resistenza ad un piccolo valore, il carico viene bypassato e l'energia assorbita viene dissipata nello spazio circostante.
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