Vsaka elektronska naprava, ki je vključena v omrežje, potrebuje zaščito pred prekoračitvijo mejnih vrednosti toka ali napetosti. Za tokovno zaščito se uporabljajo različne varovalke in odklopniki, najpogosteje pa se za zaščito naprave pred prenapetostjo uporabljajo varistorji. V tem članku bomo obravnavali načelo delovanja varistorja, njegove značilnosti, prednosti in slabosti te elektronske komponente.
Vsebina
Kaj je varistor in kje se uporablja
Varistor - To je spremenljivi upor iz polprevodniškega materiala, ki lahko spreminja svoj električni upor glede na napetost, ki se nanj nanaša.
Načelo delovanja takšne elektronske komponente se razlikuje od običajnega upora in potenciometra. Standardno upor ima konstantno vrednost upora v vsakem trenutku, ne glede na napetost v tokokrogu, vam potenciometer omogoča ročno spreminjanje upora z obračanjem krmilnega gumba. Toda varistor ima nelinearno simetrično tokovno-napetostno karakteristiko in njegova upornost je v celoti odvisna od napetosti v vezju.
Zaradi te lastnosti se varistorji široko in učinkovito uporabljajo za zaščito električnih omrežij, strojev in opreme ter elektronskih komponent, plošč in mikrovezij, ne glede na vrsto napetosti. Imajo nizke proizvodne stroške, so zanesljivi pri uporabi in lahko prenesejo velike obremenitve.
Varistorji se uporabljajo tako v visokonapetostnih napravah do 20 kV kot v nizkonapetostnih inštalacijah od 3 do 200 V kot omejevalnik napetosti. Hkrati lahko delujejo tako v omrežjih z izmeničnim tokom kot z enosmernim tokom. Uporabljajo se za regulacijo in stabilizacijo toka in napetosti ter v napravah za zaščito pred prenapetostmi. Uporablja se pri oblikovanju omrežnih filtrov, napajalnikov, mobilnih telefonov, SPD in druge SPE.
Vrste in načelo delovanja
Ko deluje v normalnih pogojih, ima varistor velik upor, ki se lahko zmanjša, ko napetost preseže mejno vrednost. To pomeni, da če se napetost v vezju znatno poveča, potem varistor preide iz izolacijskega stanja v električno prevodno stanje in zaradi plazovnega učinka v polprevodniku stabilizira napetost tako, da skozi sebe prehaja velik tok.
Varistorji lahko delujejo z visoko in nizko napetostjo in so zato razdeljeni v dve skupini naprav, ki imajo enako načelo delovanja:
- Visoka napetost: sposobna 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: nazivna napetost za to vrsto komponent se giblje od 3 do 200 V (uporablja se za zaščito elektronskih naprav in komponent opreme s tokom 0,1 - 1A in so nameščene na vhodu ali izhodu vira napajanja).
Odzivni čas varistorja pri prenapetost je približno 25 ns, kar je odlična vrednost, vendar v nekaterih primerih nezadostna. Zato so proizvajalci elektronskih komponent razvili tehnologijo za izdelavo smd upora, ki ima odzivni čas 0,5 ns.
Varistorji vseh vrst so izdelani iz silicijevega karbida ali cinkovega oksida s sintranjem tega materiala z vezivom (smola, glina, steklo) pri visoki temperaturi. Po prejemu polprevodniškega elementa je na obeh straneh metaliziran s kovinskimi vodniki za spajanje.
Označevanje, glavne značilnosti in parametri
Vsak proizvajalec varistorjev svoj izdelek označi na določen način, zato obstaja precej veliko možnosti označevanja in njihovih interpretacij. Najpogostejši ruski varistor je K275, priljubljene tuje komponente pa so 7n471k, kl472m in druge.
Oznako varistorja CNR-10d751k je mogoče razbrati na naslednji način: CNR – kovinski oksidni varistor; d - pomeni, da je komponenta v obliki diska; 10 je premer diska; 751 – odzivna napetost za to napravo (izračun se izvede tako, da prvi dve števki pomnožimo z 10 na moč, ki je enaka tretji številki, to je 75 krat 10 na prvo stopnjo, dobimo 750 V); k - dovoljeno odstopanje nazivne napetosti, ki je 10% v katero koli smer (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Glavne značilnosti varistorjev so naslednji parametri:
Klasifikacijsko napetost - napetost pri določenih vrednostih toka, ki teče skozi varistor (običajno je ta vrednost 1 mA). Ta nastavitev je pogojna in ne vpliva na izbiro naprave;
Največja dovoljena napetost – napetostno območje (RMS ali RMS), pri katerem varistor začne zniževati svoj upor;
Največja absorpcijska energija - značilnost, ki prikazuje vrednost energije, ki jo varistor razprši in ne odpove, ko je izpostavljen enemu impulzu (merjeno v joulih);
Največji udarni tok – normalizira čas vzpona in trajanje tokovnega impulza (merjeno v amperih);
Zmogljivost je zelo pomemben parameter, ki se meri z zaprtim stanjem in dano frekvenco (pade na nič, če na varistor dovajamo velik tok);
Toleranca - odstopanje od nazivne potencialne razlike v obe smeri (navedeno kot odstotek).
Odzivni čas - časovni interval, v katerem varistor preide iz zaprtega stanja v odprto (običajno nekaj deset nanosekund).
Prednosti in slabosti varistorjev
Pomembna prednost nelinearnega upora (varistorja) je njegovo stabilno in zanesljivo delovanje pri visokih frekvencah in velikih obremenitvah. Uporablja se v številnih napravah, ki delujejo z napetostjo od 3 V do 20 kV, je relativno preprosta in poceni za izdelavo ter učinkovita pri delovanju. Dodatne pomembne prednosti so:
- visoka odzivna hitrost (nanosekunde);
- dolga življenjska doba;
- zmožnost spremljanja padcev napetosti (neinercijska metoda).
Kljub temu, da ima ta elektronska komponenta veliko prednosti, ima tudi slabosti, ki vplivajo na njeno uporabo v različnih sistemih. Tej vključujejo:
- nizkofrekvenčni hrup med delovanjem;
- staranje komponent (izguba parametrov skozi čas);
- velika kapacitivnost: odvisna od napetosti in vrste elementa, je v območju od 70 do 3200 pF in vpliva na delovanje naprave;
- pri maksimalnih vrednostih napetosti se moč ne razprši – občutno se pregreje in odpove pri dolgotrajnih maksimalnih vrednostih napetosti.
Izbira varistorja
Če želite izbrati pravi varistor za določeno napravo, morate poznati značilnosti njegovega vira napajanja: odpornost in moč prehodnih impulzov. Največja dovoljena vrednost toka je med drugim določena s trajanjem njegove izpostavljenosti in številom ponovitev, zato bo pri namestitvi varistorja s podcenjeno vrednostjo največjega toka hitro odpovedal.Skratka, za učinkovito zaščito naprave je treba izbrati varistor z napetostjo, ki ima majhno mejo do nazivne.
Prav tako sta za nemoteno delovanje takšne elektronske komponente zelo pomembna hitrost disipacije absorbirane toplotne energije in sposobnost hitrega vrnitve v stanje normalnega delovanja.
Oznaka na diagramu in možnosti za priključitev varistorja
Na sheme varistor običajno označeno, tako kot običajni upor, vendar z dodano črko U poleg poševnice. Ta lastnost na diagramih kaže, da ima ta element odvisnost upora od napetosti v tokokrogu. Tudi na žični diagram ta element je označen z dvema črkama R in U z dodatkom serijske številke (RU1, RU2 ... itd.).
Obstaja veliko možnosti za povezovanje varistorjev, vendar je skupno za vse metode, da je ta komponenta povezana vzporedno z napajalnim tokokrogom. Zato ima tok, ki teče skozi varistor, v odsotnosti nevarnih vrednosti napetostnih impulzov majhno vrednost (zaradi velikih vrednosti upora) in na noben način ne vpliva na delovanje sistema. Ko pride do prenapetosti, varistor spremeni upor na majhne vrednosti, obremenitev se preklopi in absorbirana energija se razprši v okoliški prostor.
Podobni članki:
