Vsaka elektronska naprava, ki je priključena na omrežje, potrebuje zaščito pred prekoračitvijo mejnih vrednosti toka ali napetosti. Za tokovno zaščito se uporabljajo različne varovalke in odklopniki, za zaščito pred prenapetostjo pa se najpogosteje uporabljajo varistorji. V tem članku bomo preučili načelo delovanja varistorja, njegove značilnosti, prednosti in slabosti te elektronske komponente.
Vsebina
Kaj je varistor in kje ga uporabiti
Varistor - Varistor je spremenljivi upor iz polprevodniškega materiala, ki lahko spreminja svoj električni upor glede na napetost, ki je nanj priključena.
Načelo delovanja te elektronske komponente se razlikuje od običajnega upora ali potenciometra. Standard upor ima konstanten upor kadarkoli ne glede na napetost v tokokrogu, potenciometer omogoča ročno spreminjanje upora z vrtenjem kontrolnega gumba. Po drugi strani pa ima varistor nelinearno simetrično volt-tokovno karakteristiko in njegova upornost je popolnoma odvisna od napetosti vezja.
Zaradi te lastnosti se varistorji široko in učinkovito uporabljajo za zaščito električnih omrežij, strojev in opreme, pa tudi radijskih elektronskih komponent, plošč in čipov, ne glede na vrsto napetosti. Imajo nizko ceno izdelave, so zanesljivi v uporabi in lahko prenesejo visoke obremenitve.
Varistorji se uporabljajo v visokonapetostnih aplikacijah do 20 kV in nizkonapetostnih aplikacijah od 3 do 200 V kot omejevalnik napetosti. Hkrati lahko delujejo tako v omrežju AC kot DC. Uporabljajo se za regulacijo in stabilizacijo toka in napetosti ter v napravah za prenapetostno zaščito. Uporabljajo se pri izdelavi omrežnih filtrov, napajalnikov, mobilnih telefonov, PRENAPOTNE ZAŠČITE in druge naprave.
Vrste in načelo delovanja
V normalnih pogojih ima varistor velik upor, ki se lahko zmanjša, ko napetost preseže mejno vrednost. Se pravi, če napetost v tokokrogu močno naraste, varistor preide iz izolacijskega v električno prevodno stanje in zaradi lavinskega učinka v polprevodniku stabilizira napetost tako, da skozi sebe spusti veliko količino toka.
Varistorji lahko delujejo z visoko in nizko napetostjo in so v skladu s tem razdeljeni v dve skupini naprav, ki imajo enak princip delovanja:
- Visoka napetost: zmožnost delovanja v tokokrogih s tokovnimi vrednostmi do 20 kV (uporablja se v zaščitnih sistemih omrežij in opreme, v napravah za zaščito pred prenapetostjo).
- Nizka napetost: nazivne napetosti za to vrsto komponent segajo od 3 do 200 V (uporabljajo se za zaščito elektronskih naprav in komponent opreme s tokom od 0,1 do 1A in so nameščene na vhodu ali izhodu napajalnika).
Čas delovanja varistorja v primeru skok napetosti je približno 25 ns, kar je odlična vrednost, a v nekaterih primerih nezadostna.Zato so proizvajalci elektronskih komponent razvili tehnologijo za izdelavo smd upora z odzivnim časom 0,5 ns ali boljšim.
Vse vrste varistorjev so izdelane iz silicijevega karbida ali cinkovega oksida s sintranjem tega materiala z vezivom (smola, glina, steklo) pri visoki temperaturi. Ko dobimo polprevodniški element, ga obojestransko metaliziramo s spajkanjem kovinskih vodnikov za povezavo.
Označevanje, osnovne značilnosti in parametri
Vsak proizvajalec varistorjev svoj izdelek označuje na določen način, zato obstaja veliko različic oznak in njihovega dešifriranja. Najpogostejši ruski varistorji so K275, priljubljene tuje komponente pa so 7n471k, kl472m in druge.
Dešifrirajte oznako varistorja CNR-10d751k na naslednji način: CNR - kovinsko-oksidni varistor; d - pomeni, da je komponenta v obliki diska; 10 - je premer diska; 751 - je odzivna napetost za to napravo (izračun se izvede tako, da se prvi dve števki pomnoži z 10 na potenco tretje števke, tj. 75 krat 10 na moč 750 V); k - dopustno odstopanje nazivne napetosti, ki je 10% v obe smeri (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Glavne značilnosti varistorjev so naslednje:
Razvrstitev napetosti - Napetost pri določeni vrednosti toka, ki teče skozi varistor (ta vrednost je običajno 1 mA). Ta parameter je relativen in ne vpliva na izbiro naprave;
Največja dovoljena napetost - območje napetosti (RMS ali efektivna vrednost), pri katerem varistor začne zmanjševati svoj upor;
Največja absorpcijska energija - značilnost, ki kaže količino energije, ki jo varistor razprši in ne odpove, ko je izpostavljen enemu impulzu (merjeno v džulih);
Največji impulzni tok - normalizira čas vzpona in trajanje tokovnega impulza (merjeno v amperih);
Kapacitivnost - je zelo pomemben parameter, ki se meri v zaprtem stanju in pri določeni frekvenci (pade na nič, če se na varistor uporabi visok tok);
Dovoljeno odstopanje - odstopanje od nazivne potencialne razlike v obe smeri (je podan kot odstotek).
Izklopni čas - Časovni interval, v katerem varistor preide iz zaprtega v odprto stanje (Običajno nekaj deset nanosekund).
Prednosti in slabosti varistorjev
Pomembne prednosti nelinearnega upora (varistorja) so njegovo stabilno in zanesljivo delovanje pri visokih frekvencah in visokih obremenitvah. Uporablja se v številnih napravah, ki delujejo z napetostmi od 3 V do 20 kV, je relativno preprosta in poceni v proizvodnji ter učinkovita pri delovanju. Dodatne pomembne prednosti so:
- Visoka odzivna hitrost (nanosekunde);
- dolga življenjska doba;
- sposobnost sledenja padcem napetosti (metoda brez vztrajnosti).
Kljub temu, da ima ta elektronska komponenta kar nekaj prednosti, ima tudi slabosti, ki vplivajo na njeno uporabo v različnih sistemih. Vključujejo lahko:
- nizkofrekvenčni hrup med delovanjem;
- staranje komponente (izguba parametrov skozi čas);
- visoka kapacitivnost: odvisna od napetosti in vrste elementa, je v območju od 70 do 3200 pF in vpliva na delovanje naprave;
- brez odvajanja moči pri najvišjih napetostih - znatno se pregreje in odpove pri dolgotrajnih najvišjih napetostih.
Izbira varistorja
Da bi izbrali pravi varistor za določeno napravo, je treba poznati značilnosti njenega napajanja: upornost in moč prehodnega impulza. Največja dovoljena vrednost toka je med drugim določena s trajanjem njegove izpostavljenosti in številom ponovitev, tako da če je varistor nameščen z nižjo vrednostjo temenskega toka, bo ta precej hitro odpovedal.Skratka, za učinkovito zaščito naprave je treba izbrati varistor z napetostjo, ki ima majhno rezervo glede na nominalno.
Zelo pomembna za nemoteno delovanje takšne elektronske komponente je tudi hitrost odvajanja absorbirane toplotne energije in sposobnost hitre vrnitve v stanje normalnega delovanja.
Shematski simboli variistorjev in različice povezav
pri vezja varistorji so običajno je običajno označena.Kot navaden upor, vendar z dodano črko U poleg poševnice. Ta poševnica označuje v diagramih, da ima ta element odvisnost upora od napetosti vezja. Tudi na žični diagram ta komponenta je označena z dvema črkama R in U z zaporedno številko (RU1, RU2 ... itd.).
Obstaja veliko variant povezave varistorjev, vendar je vsem metodam skupno, da je ta komponenta priključena vzporedno z napajalnim krogom. Zato je v odsotnosti nevarnih napetostnih impulzov tok, ki teče skozi varistor, majhen (zaradi velikih vrednosti upora) in ne vpliva na delovanje sistema. Ko pride do prenapetosti, varistor spremeni svoj upor na majhne vrednosti, obremenitev se zaobide, absorbirana energija pa se razprši v okoliški prostor.
Povezani članki:
