Každé elektronické zariadenie, ktoré je pripojené k sieti, potrebuje ochranu proti prekročeniu prahových hodnôt prúdu alebo napätia. Na prúdovú ochranu sa používajú rôzne poistky a ističe, ale na prepäťovú ochranu sa najčastejšie používajú varistory. V tomto článku sa pozrieme na princíp varistora, jeho vlastnosti, výhody a nevýhody tejto elektronickej súčiastky.
Obsah
Čo je varistor a kde sa používa
Varistor - Varistor je polovodičový premenlivý rezistor so schopnosťou meniť svoj elektrický odpor v závislosti od napätia, ktoré sa naň privádza.
Princíp fungovania tejto elektronickej súčiastky sa líši od bežného rezistora alebo potenciometra. Štandardný odpor rezistor Potenciometer má v každom okamihu konštantný odpor bez ohľadu na napätie v obvode; potenciometer umožňuje ručnú zmenu odporu otáčaním ovládacieho gombíka. Na druhej strane varistor má nelineárnu symetrickú volt-prúdovú charakteristiku a jeho odpor je plne závislý od napätia v obvode.
Vďaka tejto vlastnosti sa varistory široko a efektívne používajú na ochranu elektrických sietí, strojov a zariadení, ako aj elektronických súčiastok, dosiek a čipov bez ohľadu na typ napätia. Ich výroba je lacná a sú robustné a odolné voči vysokému zaťaženiu.
Varistory sa používajú vo vysokonapäťových aplikáciách do 20 kV a v nízkonapäťových aplikáciách od 3 V do 200 V ako obmedzovač napätia. Môžu sa používať v obvodoch striedavého aj jednosmerného prúdu. Používajú sa na reguláciu a stabilizáciu prúdu a napätia a v zariadeniach na ochranu proti prepätiu. Používajú sa pri konštrukcii sieťových filtrov, napájacích zdrojov, mobilných telefónov, PREPÄŤOVÉ OCHRANY a iné zariadenia.
Typy a princíp fungovania
Za normálnych prevádzkových podmienok má varistor obrovský odpor, ktorý môže klesať, keď napätie stúpa nad prahovú hodnotu. Ak napätie výrazne stúpne, varistor zmení svoj izolačný stav na vodivý a stabilizuje napätie tým, že cez neho prechádza veľký prúd prostredníctvom lavínového efektu v polovodiči.
Varistory zvládajú vysoké a nízke napätia, a preto sa delia na dve skupiny zariadení, ktoré majú rovnaký princíp činnosti:
- Vysokonapäťové: schopné pracovať v obvodoch s hodnotami prúdu do 20 kV (používané v systémoch ochrany sietí a zariadení, prepäťových ochranách).
- Nízkonapäťové komponenty: menovité napätie tohto typu sa pohybuje od 3 V do 200 V (používa sa na ochranu elektronických zariadení a komponentov zariadení s prúdom 0,1 až 1 A a inštaluje sa na vstupe alebo výstupe napájacieho zdroja).
Čas odozvy varistorov v prípade napäťová špička je približne 25 ns, čo je vynikajúca hodnota, ale v niektorých prípadoch nedostatočná. Výrobcovia elektronických komponentov preto vyvinuli technológiu na výrobu smd rezistora, ktorý má čas odozvy 0,5 ns alebo lepší.
Všetky typy varistorov sa vyrábajú z karbidu kremíka alebo oxidu zinočnatého spekaním tohto materiálu so spojivom (živica, hlina, sklo) pri vysokej teplote. Po získaní polovodičového prvku sa po oboch stranách pokoví a kovové spojovacie svorky sa prispájkujú.
Označenie, hlavné charakteristiky a parametre
Každý výrobca varistorov označuje svoj výrobok určitým spôsobom, preto existuje veľké množstvo variantov značenia a ich dešifrovania. Najbežnejšie varistory v Rusku sú K275 a populárne zahraničné komponenty sú 7n471k, kl472m a iné.
Označenie varistora CNR-10d751k môžete dešifrovať takto: CNR - Kovovo-oxidový varistor; d - znamená, že komponent má tvar disku; 10 - je priemer kotúča; 751 -je napätie odozvy pre zariadenie (výpočet sa vykoná vynásobením prvých dvoch číslic 10 na mocninu tretej číslice, t. j. 75 krát 10 na mocninu 750 V); k - prípustnú odchýlku menovitého napätia, ktorá je 10 % v oboch smeroch (l - 15 %, M - 20 %, P - 25 %).
Hlavné charakteristiky varistorov sú tieto:
Klasifikácia napätia - Napätie pri určitej hodnote prúdu pretekajúceho varistorom (táto hodnota je zvyčajne 1 mA). Tento parameter je relatívny a nemá vplyv na výber zariadenia;
Maximálne prípustné napätie - rozsah napätia (RMS alebo rms.), pri ktorej varistor začne znižovať svoj odpor;
Maximálna absorpčná energia - charakteristika, ktorá udáva množstvo energie, ktoré varistor rozptýli a nezlyhá po vystavení jednému impulzu (merané v jouloch);
Maximálny impulzný prúd - normalizuje čas nábehu a trvanie prúdového impulzu (merané v ampéroch);
Kapacita - je veľmi dôležitý parameter, ktorý sa meria v uzavretom stave a pri danej frekvencii (klesne na nulu, ak je na varistor privedený vysoký prúd);
Prípustná odchýlka - odchýlka od nominálneho rozdielu potenciálov v oboch smeroch (sa udáva v percentách).
čas spustenia - Čas, po ktorom sa varistor zmení z uzavretého na otvorený (Zvyčajne niekoľko desiatok nanosekúnd).
Výhody a nevýhody varistorov
Dôležitou výhodou nelineárneho rezistora (varistora) je jeho stabilný a spoľahlivý výkon pri vysokých frekvenciách a vysokom zaťažení. Používa sa v mnohých aplikáciách s napätím od 3 V do 20 kV, je pomerne jednoduchý a lacný na výrobu a jeho prevádzka je efektívna. Ďalšie dôležité výhody sú:
- vysoká rýchlosť vypnutia (nanosekundy);
- dlhá životnosť;
- schopnosť monitorovať kolísanie napätia (bezzotrvačná metóda).
Hoci má tento elektronický komponent mnoho výhod, má aj nevýhody, ktoré ovplyvňujú jeho použitie v rôznych systémoch. Patria medzi ne:
- nízkofrekvenčný hluk počas prevádzky;
- Starnutie komponentu (strata parametrov v priebehu času);
- vysoká kapacita: závisí od napätia a typu prvku, pohybuje sa v rozsahu od 70 do 3200 pF a ovplyvňuje výkon zariadenia;
- žiadny rozptyl energie pri maximálnom napätí - výrazne sa prehrieva a zlyháva pri dlhšom maximálnom napätí.
Výber varistora
Na výber správneho varistora pre konkrétne zariadenie je potrebné poznať charakteristiky jeho napájania: odpor a prechodový výkon. Maximálna prípustná hodnota prúdu je okrem iného určená dĺžkou expozície a počtom opakovaní, takže ak je nainštalovaný varistor s nižšou hodnotou špičkového prúdu, pomerne rýchlo zlyhá. Stručne povedané, na účinnú ochranu zariadenia by sa mal varistor vybrať s napätím, ktoré má malú rezervu oproti menovitému napätiu.
Pre bezporuchovú prevádzku takejto elektronickej súčiastky je dôležitá aj rýchlosť rozptylu absorbovanej tepelnej energie a schopnosť rýchleho návratu do normálneho prevádzkového stavu.
Schéma zapojenia Variistor a varianty zapojenia
Cez obvody varistory sú zvyčajne uvedené na .Ako bežný rezistor, ale s písmenom U vedľa lomky. Toto lomítko označuje v diagramoch, že prvok má závislosť odporu od napätia v obvode. Tiež v Schéma zapojenia tento komponent je označený dvoma písmenami R a U s pridaným poradovým číslom (RU1, RU2 ... atď.).
Existuje veľké množstvo možností zapojenia varistorov, ale spoločné pre všetky spôsoby je, že táto súčiastka je zapojená paralelne s napájacím obvodom. Preto je prúd pretekajúci varistorom v prípade absencie nebezpečných napäťových impulzov malý (vďaka jeho vysokému odporu) a nijako neovplyvňuje výkon systému. Ak dôjde k prepätiu, varistor zmení svoj odpor na malú hodnotu, záťaž je obídená a absorbovaná energia sa rozptýli do okolitého priestoru.
Súvisiace články:
