принцип работы, характеристики, назначение. Как работает варистор?

Варистором называются полупроводниковые приборы, сопротивление которых резко уменьшается (на несколько порядков) при превышении приложенного к ним напряжения некоторого порогового значения. Данная особенность этих приборов обуславливает их применение в системах защиты электрических цепей от перенапряжения (путём подключения варистора параллельно защищаемой цепи). Вольтамперная характеристика варисторов симметрична, поэтому они ограничивают напряжение независимо от его полярности, в том числе могут работать в цепях переменного напряжения.

Как правило, они бывают металлооксидные или оксидноцинковые. Если посмотреть на вольт-амперные характеристики варистора, то можно отметить, что он имеет нелинейную симметричную форму, то есть может работать не только на постоянном, но и переменном напряжении. Такой элемент присоединяется параллельно нагрузке. Как работает варистор?

При повышении напряжения в сети ток проходит не через оборудование, а именно через варистор. Такое приспособление способно распределять энергию в виде тепла. Его главные особенности — это многократное использование и быстрое время восстановления, то есть его сопротивление имеет первоначальный показатель при снятии напряжения.

Какой имеет варистор принцип работы? Деталь ничем не отличается от обычного резистора, то есть при нормальном функционировании электроники он имеет омическое сопротивление. Итак, рассмотрим, какой имеет варистор принцип работы.

Показатель такого сопротивления довольно высок, и может составить 100000 Ом. При включении напряжения оно может уменьшиться, как только возникнет необходимость в защите уровня. Сопротивление падает от 100000 Ом до 100. Если значение упадет до низкого предела или будет равно нулю, то может возникнуть короткое замыкание. При этом предохранитель, который находится в электрической цепи перед варистором, выходит из строя. После этого электрическая цепь замыкается, и напряжение полностью отключается.

Как говорилось ранее, при отсутствии напряжения варистор может полностью восстановиться и работать в прежнем режиме. Для его функционирования требуется заменить перегоревший предохранитель. Далее электронное устройство будет правильно функционировать. Варистор присоединяется параллельно источнику питания. Рассмотрим, какой имеет варистор принцип работы, на примере обычного персонального компьютера. Так как он имеет два вывода, то присоединение осуществляется параллельно фазы и нуля.

Как выглядит элемент?

Такое приспособление, как варистор, фото которого есть в нашей статье, напоминает обычный резистор, то есть имеет форму прямоугольника. Но все же имеет небольшое отличие.

Посреди него проходит диагональ, конец которой изогнут.

Как маркируется варистор?

На сегодняшний день можно встретить разные обозначения этих приборов. Каждый производитель вправе устанавливать ее самостоятельно. Маркировки различаются, потому что технические характеристики варисторов отличаются друг от друга. Примерами могут служить такие показатели, как допустимое напряжение или необходимый уровень тока.

В настоящее время каждый производитель устанавливает свою маркировку на эти типы приборов. Это объясняется тем, что производимые приборы имеют разные технические характеристики. Например, предельно допустимое напряжение или необходимый для функционирования уровень тока. Наиболее популярная маркировка – CNR, к которой прикрепляется такое обозначение, как 07D390K. Что же это значит? Итак, само обозначение CNR указывает на вид прибора. В этом случае варистор является металлооксидным.

Далее, 07 – это размер устройства в диаметре, то есть равный 7 мм. D – дисковое устройство, и 390 – максимально допустимый показатель напряжения.

Основные параметры варисторов

К таким параметрам относят:

• норма напряжения;
• максимально допустимый показатель переменного и постоянного тока;
• пиковое поглощение энергии;
• возможные погрешности;
• время работы элемента.

Диагностика

Чтобы проверить данное электронное устройство, используют специальное оборудование, которое называется тестером. Итак, для проведения испытания понадобится варистор, принцип работы которого заключается в изменении параметров сопротивления, и тестирующее устройство. Перед его началом необходимо включить устройство и переключить в режим сопротивления. Только тогда аппарат будет отвечать всем необходимым техническим требованиям, и величина сопротивления будет огромной.

Перед началом проведения испытаний необходимо проверить техническое состояние прибора. В первую очередь следует посмотреть на его внешний вид. На приборе не должно быть трещин, а также признаков того, что он сгорел. Не стоит относиться к осмотру аппарата халатно, так как любая небольшая поломка может привести к возникновению неприятных обстоятельств.

Варисторы: применение

Такие приборы играют важную роль в жизни человека.

Из всего вышеперечисленного можно сказать, что варистор, принцип работы которого заключается в защите электроники от высокого напряжения в сети, помогает предотвратить поломку многих электрических приборов и сохранить проводку в целостности. Основным местом являются электрические цепи в различном оборудовании. Например, они встречаются в пусковых элементах освещения, которые еще называются балластами. Также устанавливаются в электрических схемах специальные варисторы, применение которых необходимо для стабилизации напряжения и тока.

Такие устройства используются еще в линиях электропередач. Но там они называются разрядниками, рабочее напряжение которых составляет более двадцати тысяч вольт.

Варисторы могут работать в большом диапазоне напряжения, который начинается с совсем маленького значения в 3 В, и заканчивается 200 В. Что касается силы тока элемента, то здесь диапазон составляет от 0,1 до 1 А. Такие показатели тока действительны только для низковольтного технического оборудования.

Положительные стороны варисторов

Данный вид аппаратов имеет множество положительных качеств, если сравнивать его с другими приборами, например, с разрядником. К таким важным преимуществам можно отнести:

• высокая скорость работы элемента;
• возможность отслеживания перепадов тока безинерционным методом;
• возможность использования на уровне напряжения в пределах от 12 до 1800 В;
• длительный срок эксплуатации;
• относительно малая стоимость за счет простоты конструкции.

Отрицательные стороны

Вместе с таким большим количеством преимуществ перед другими приборами, есть также и существенные недостатки, среди которых можно выделить такие.

1. Варисторы имеют огромной размер собственной емкости, что сказывается на работе электрической сети. Такой показатель может находиться в пределах от 80 до 3000 пФ. Он зависит от многих моментов: конструкция и вид варистора, а также максимальное значение уровня напряжения. Стоит отметить, что в некоторых случаях такой существенный недостаток может превратиться в главное достоинство. Но такое возможно довольно редко, например, если использовать варистор в фильтрах. В такой ситуации большая емкость будет служить в качестве ограничителя напряжения в сети.
2. По сравнению с разрядниками, варисторы не способны рассеивать мощность при максимальных показателях напряжения.

Чтобы увеличить показатель рассеянности необходимо увеличивать размер элементов, чем и занимаются многие производители.

Рекомендации к установке

Если появилась необходимость во включении варистора в электрическую сеть, необходимо помнить о таких важных моментах:

• Всегда следует иметь в виду, что данный прибор не вечен, и наступят такие условия, которые приведут к его взрыву. Чтобы этого не произошло, необходимо использовать специальные защитные экраны, в которые можно поместить весь варистор.
• Следует отметить, что кремневые технические приспособления существенно уступают по своим характеристикам оксидным аналогам. Поэтому лучше всего использовать именно этот вид варистора.

Заключение

Варистор играет важную роль в функционировании многих электрических цепей. Как говорилось ранее, такой вид полупроводниковых резисторов служит для уменьшения показателей сопротивления при увеличении напряжения или тока.

Благодаря такой возможности их устанавливают во многие электрические приборы. При скачках напряжения варистор, назначение которого направлено на изменение сопротивления, не дает ломаться приборам. Также он предотвращает перегоранию проводки. Таким образом, данные элементы обеспечивают надежную защиту при скачках электрического напряжения в сети.

fb.ru

просто и доступно о радиоэлементе

Скачки напряжения – бич электрических сетей, поэтому существует различные приборы, которые защищают последние от перепадов. Так как скачки могут быть разными по величине, то и приборы специально подбираются под данное значение. К примеру, варисторы устанавливаются в электрических цепях для их защиты от скачков значительной величины. Но, как и все элементы, варисторы иногда выходят из строя, и причин тому несколько. Но нас в этой статье будет интересовать другой вопрос – как проверить варистор мультиметром? На него и будем отвечать, дополняя информацией о самом радиоэлементе.

Защита электрических схем

Перед тем как отвечать на вопрос, как проверить варистор, необходимо понять, в каких конкретных целях он используется. Наверное, не стоит говорить о том, что защита электрических цепей – это основное требование их корректной работы. Все дело в том, что проводка и приборы в сети обладают определенной изоляцией, которая соответствует номинальному напряжению. То есть, превышение этого показателя тут же влияет на качество изоляции. И если высокое напряжение будет действовать долго, то изоляция будет пробита. Так что до короткого замыкания не так и долго остается.

Но существует такое понятие, как рабочее напряжение. Оно отличается от номинального, и разница (в большую или меньшую сторону) не должна превышать определенный уровень, который обычно называется максимальное рабочее напряжение. В электрических сетях появляются и другие разновидности, которые действуют краткосрочно, правда их величина может быть очень большой. Такое напряжение называется импульсным. Именно для защиты от него в электрические сети устанавливается варистор.

Варистор – применение и проверка

Варистор – это полупроводниковый резистор нелинейного типа. Принцип работы варистора очень прост. Его обычно подключают к защищаемой цепи, участку, приборам параллельно. Он совершенно бездействует, пока в цепи напряжение не переходит черту максимально допустимого значения. То есть, когда возникает импульс, сопротивление самого радиоприбора резко уменьшается, через него проходит ток, нагрузка шунтируется и поглощенная таким образом электроэнергия переходит в энергию тепловую.

Проверка варистора мультиметром

Теперь о том, как правильно проверить данный радиоприбор на его пригодность. Самый лучший вариант – это проверка мультиметром. Варисторы проверяются на сопротивление. Если эта характеристика, показываемая мультиметром, большая, то сам прибор находится в отличном состоянии. Если величина малая, то этот элемент лучше нигде не использовать.

Итак, давайте рассмотрим, как пользоваться мультиметром, для определения сопротивления. Запомните, что этот тестовый прибор может измерять напряжение и силу тока. Напомним, что при проверке постоянного напряжения, тестер выставляется в позицию «ACV», при проверке переменного в позицию «DCV». Но нас интересует именно проверка сопротивления.

Если варистор впаян в схему, то его один конец надо обязательно отпаять, чтобы другие элементы цепи не влияли на корректность снятия показаний. Тестер переключается в режим сопротивления. С помощью рукоятки на мультиметре выставляется величина, обозначенная в кОм, соответствующая величине сопротивления самого варистора, которое указывается на корпусе прибора. Обязательно надо учитывать допуск величины. К примеру, если данный показатель варистора составляет 200 кОм, то с учетом допуска (15%) проверку можно проводить в пределах от 170 до 230 кОм. Если выявляется, что параметр элемента больше или меньше этих значений, то его можно считать неисправным.

onlineelektrik.ru

Варистор – что это такое?

В статье изучим что такое варистор, узнаем принцип его действия, рассмотрим основные характеристики и параметры, которыми обладает данное полупроводниковое устройство.

Варистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от подаваемого на него напряжения. Имеет нелинейную симметричную вольт-амперную характеристику. Изготавливается прессованием из таких полупроводников как оксид цинка(ZnO) или карбид кремния (SiC). Из-за своего ВАХ, варистор может применяться в цепях переменного и постоянного тока.

Свое название варистор получил от английского словосочетания Variable Resistor, что дословно переводиться как переменный резистор. От слова Variable взяли начало, а от Resistor – конец. В отличии от переменного резистора в привычном понимании, варистор обладает немного другими свойствами и путать их не стоит.

Корпус варистора обычно выполняется в виде дисков и таблеток. Но так же существуют корпуса стержнем и с подвижные контактом (подстроечные варисторы).

Варистор имеет условно графическое обозначение (УГО) как у резистора, но с наклонной чертой и буквой U. Буква U на УГО указывает на то, что сопротивление этого элемента цепи зависит от напряжения. На схемах и платах обозначается двумя буквами RU и цифрой (порядковый номер на схеме). А вот так выглядит нелинейная симметричная вольт-амперная характеристика варистора.

Нужны варисторы для защиты цепей от перенапряжения. В электронике и низковольтных сетях они служат для защиты от статического электричества. Варисторы можно найти почти во всех электронных устройствах – от блоков питания до электронного пускорегулирующего аппарата светильника люминесцентных ламп. Есть варисторы и в smd варианте, они очень похожи на диоды и сложно отличаемы в схемах.

Как работает варистор?

Принцип работы варистора достаточно прост. Рассмотрим ситуацию, когда варистор защищает от перенапряжения. В схему он включается параллельно защищаемой цепи. При нормальном режиме работы он имеет высокое сопротивление и протекающий через него ток очень мал. Он имеется свойства диэлектрика и не оказывает никакого влияния на работу схемы. При возникновении перенапряжения, варистор моментально меняет свое сопротивление с очень высокого, до очень низкого и шунтирует нагрузку. Известно, что ток идет по пути наименьшего сопротивления, поэтому варистор поглощает это перенапряжение и рассеивает эту энергию в атмосферу, в виде тепла. После того, как напряжение стабилизируется, сопротивление снова возрастает и варистор “запирается”. Надеюсь даже чайник понял принцип работы. Если что-то не ясно, рекомендуется ознакомиться с видео.

Если напряжение будет выше того, которое может выдержать и рассеять варистор, то он выйдет из строя. Корпус его треснет либо развалиться на части. В некоторых случаях он может взорваться. Поэтому, в целях защиты основной схемы, рекомендуется ограждать его от основных компонентов защитным экраном либо монтировать его вне корпуса, особенно для высоковольтных схем. Как проверить варистор мультиметром – узнаете тут.

Как говорилось выше, варистор подключается параллельно нагрузке:

• В цепях переменного тока – фаза – фаза, фаза – ноль;
• В цепях постоянного тока – плюс и минус.

Так как варистор закорачивает цепь питания, перед ним всегда монтируется плавкий предохранитель. Несколько примеров схем включения варистора:

Характеристики и параметры варисторов

• Классификационное напряжение (Varistor Voltage) – это величина напряжения, при котором ток в 1 мА протекает через варистор;
• Максимально допустимое переменное напряжение (Maximum Allowable Voltage – ACrms) – Это среднеквадратичное значение переменного напряжения (rms) в вольтах. Это та величина, при которой варистор “открывается” и понижается его сопротивление, тем самым он начинает выполнять свою задачу;
• Максимально допустимое постоянное напряжение (Maximum Allowable Voltage – DC) – Варистор можно использовать в цепях постоянного тока, этот параметр показывает напряжение “открытия”, но уже для постоянного напряжения. Указывается в вольтах. Обычно выше, чем величина для переменных цепей;
• Максимальное напряжение ограничения (Maximum Clamping Voltage) – максимальное напряжение в вольтах, которое может выдержать корпус варистора без выхода из строя. Обычно указывается для конкретной величины тока;
• Максимальная поглощаемая энергия – указывается в джоулях (Дж). Величина импульса, которую может рассеять варистор, не выходя из строя;
• Время срабатывания – обычны указывается в наносекундах (нс). Это время, которое требуется варистору для изменения величины сопротивления от очень высокого, до очень низкого;
• Допустимое отклонение (Varistor Voltage Tolerance) – это допустимое отклонение квалификационного напряжения варистора, указывается оно в процентах (%). Это фиксированные величины ±5%, ±10%, ±20% и т.д. В импортных варисторах величина отклонения, зашифрованна в определенную букву и указывается в маркировке варистора, каждая фирма может использовать свои маркировки. К примеру, для варисторов фирмы Joyin принято такое обозначение: K – ±10%, L – ±15%, M – ±20%, P – ±25%.

Подбор варисторов осуществляется по специальным справочникам на основе вышеописанных параметров. Узнаем значения своей цепи и защищаемого оборудования. На основе этого выбираем варистор, который нужно ставить.

Маркировка варисторов

Обычно на корпусе варистора написана очень длинна маркировка, сейчас на примере 20D471K расшифруем маркировку и узнаем его характеристики.

1. 20D – это диаметр варистора, в данном случае 20мм. Чем больше диаметр – тем больше энергии может рассеять варистор. По данному параметру можно косвенно судить о максимальной энергии, которую он может поглотить. Чем больше – тем лучше.
2. 47 – Классификационное напряжение варистора, 470 вольт.
3. 1K – допустимое отклонение квалификационного напряжения варистора, как было указано выше, K – это ±10%.

Обычно у производителей маркировки отличаются друг от друга, но незначительно. Примеры маркировки этого варистора, но от разных производителей: Epcos – S20K300, Fenghua – FNR-20K471, TVR -TVR20D471, CNR – CNR20D471, JVR – JVR-20N471K.

Как видим, у фирмы Epcos маркировка показывает на число 300, это уже не классификационное напряжение, а максимально допустимое переменное напряжение. В любом случае не рекомендуется гадать самому с маркировкой, если есть возможность, то лучше воспользоваться поисковиками либо справочником и получить всю подробнейшую информацию о нужном вам варисторе.

Заключение

Варистор – это достаточно надежный и дешевый компонент, такой себе простак и универсал. Может работать в разных условиях (переменные и постоянные цепи, высокие частоты), выдерживать большие перегрузки. Он нашел применение во всех нишах связанных с электричеством и не только как защитник от перенапряжения. Варистор используют как: регуляторы и стабилизаторы, в качестве ограничителей перенапряжения. Из недостатков: высокий шум на низких частотах, так же из-за внешних условий и старения, он может изменять свои параметры.

electroinfo.net

Варистор. Принцип работы и применение

Варистор является пассивным двухвыводным, твердотельным полупроводниковым прибором, который используется для обеспечения защиты электрических и электронных схем. В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, которые обеспечивают защиту по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения с помощью стабилизации напряжения подобно стабилитрону.

Слово «Варистор» является аббревиатурой и сочетанием слов «Varistor — variable resistor», резистор, имеющий переменное сопротивление, что в свою очередь описывает режим его работы. Его буквальный перевод с английского (Переменный Резистор) может немного ввести в заблуждения — сравнивая его с потенциометром или реостатом.

Но, в отличие от потенциометра, сопротивление которого может быть изменено вручную, варистор меняет свое сопротивления автоматически с изменением напряжения на его контактах, что делает его сопротивление зависимым от напряжения, другими словами его можно охарактеризовать как нелинейный резистор.

В настоящее время резистивный элемент варистора изготавливают из полупроводникового материала. Это позволяет использовать его как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Варистор во многом похож по размеру и внешнему виду на конденсатор и его часто путают с ним. Тем не менее, конденсатор не может подавлять скачки напряжения таким же образом, как варистор.

Не секрет, что когда в цепи электропитания схемы какого-либо устройства возникает импульс высокого напряжения, то исход зачастую бывает плачевным. Поэтому применение варистора играет важную роль в системе защиты чувствительных электронных схем от скачков напряжения и высоковольтных переходных процессов.

Всплески напряжения возникают в различных электрических схемах независимо от того, работают они от сети переменного или постоянного тока. Они часто возникают в самой схеме или поступают в нее от внешних источников. Высоковольтные всплески напряжения могут быстро нарастать и доходить до нескольких тысяч вольт, и именно от этих импульсов напряжения необходимо защищать электронные компоненты схемы.

Один из самых распространенных источников подобных импульсов – индуктивный выброс, вызванный переключением катушек индуктивности, выпрямительных трансформаторов, двигателей постоянного тока, скачки напряжения от включения люминесцентных ламп и так далее.

Форма волны переменного тока в переходном процессе

Варисторы подключаются непосредственно к цепям электропитания (фаза — нейтраль, фаза-фаза) при работе на переменном токе, либо плюс и минус питания при работе на постоянном токе и должны быть рассчитаны на соответствующее напряжение. Варисторы также могут быть использованы для стабилизации постоянного напряжения и главным образом для защиты электронной схемы от высоких импульсов напряжения.

Статическое сопротивление варистора

 

При нормальной работе, варистор имеет очень высокое сопротивление, поэтому его работа схожа с работой стабилитрона. Однако, когда на варисторе напряжение превышает номинальное значение, его эффективное сопротивление сильно уменьшается, как показано на рисунке выше.

Мы знаем из закона Ома, что ток и напряжение имеют прямую зависимость при постоянном сопротивлении. Отсюда следует, что ток прямо пропорционален разности потенциалов на концах резистора.

Но ВАХ (вольт-амперная характеристика) варистора не является прямолинейной, поэтому в результате небольшого изменения напряжения происходит значительное изменение тока. Ниже приведена кривая зависимости тока от напряжения для типичного варистора:

Мы можем видеть сверху, что варистор имеет симметричную двунаправленную характеристику, то есть варистор работает в обоих направлениях (квадрант Ι и ΙΙΙ) синусоиды, подобно работе стабилитрона.
Когда нет всплесков напряжения, в квадранте IV наблюдается постоянное значение тока, это ток утечки, составляющий всего несколько мкА, протекающий через варистор.

Из-за своего высокого сопротивления, варистор не оказывает влияние на цепь питания, пока напряжение находится на номинальном уровне. Номинальный уровень напряжения (классификационное напряжение) — это такое напряжение, которое необходимо приложить на выводы варистора, чтобы через него проходил ток в 1 мА. В свою очередь величина этого напряжения будет отличаться в зависимости от материала, из которого изготовлен варистор.

При превышении классификационного уровня напряжения, варистор совершает переход от изолирующего состояния в электропроводящее состояние. Когда импульсное напряжение, поступающее на варистор, становится больше, чем номинальное значение, его сопротивление резко снижается за счет лавинного эффекта в полупроводниковом материале. При этом малый ток утечки, протекающий через варистор, быстро возрастает, но в тоже время напряжение на нем остается на уровне чуть выше напряжения самого варистора. Другими словами, варистор стабилизирует напряжение на самом себе путем пропускания через себя повышенного значения тока, которое может достигать не одну сотню ампер.

Емкость варистора

Поскольку варистор, подключаясь к обоим контактам питания, ведет себя как диэлектрик, то при нормальном напряжении он работает скорее как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистор имеет определенную емкость, которая прямо пропорциональна его площади и обратно пропорциональна его толщине.

При применении в цепях постоянного тока, емкость варистора остается более-менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не больше номинального, и его емкость резко снижается при превышении номинального значения напряжения. Что касается схем на переменном токе, то его емкость может влиять на стабильность работы устройств.

Подбор варистора

Чтобы для конкретного устройства правильно подобрать варистор, желательно знать сопротивление источника и мощность импульсов переходных процессов. Варисторы на основе оксидов металлов имеют широкий диапазон рабочего напряжения, начиная от 10 вольт и заканчивая свыше 1000 вольт переменного или постоянного тока. В общем необходимо знать на каком уровне напряжения нужно защитить схему электроприбора и взять варистор с небольшим запасом, например для сети 230 вольт подойдет варистор на 260 вольт.

Максимальное значение тока (пиковый ток) на которое должен быть рассчитан варистор, определяется длительностью и количеством повторений всплесков напряжения. Если варистор установлен с малым пиковым током, то это может привести к его перегреву и выходу из строя. Таким образом, для безотказной работы, варистор должен быстро рассеивать поглощенную им энергию переходного импульса и безопасно возвращаться в исходное состояние.

Варианты подключения варистора

 

Подведем итог

В данной статье мы узнали, что варистор это тип полупроводникового резистора, имеющий нелинейную ВАХ. Он является надежным и простым средством обеспечения защиты от перегрузки и скачков напряжения. Варисторы применяются в основном в чувствительных электронных схемах. В случае если питающее напряжение неожиданно превышает нормальное значение, варистор защищает схему за счет резкого снижения собственного сопротивления, шунтируя цепь питания и пропуская через себя пиковый ток, доходящий порой до сотен ампер.

Классификационное напряжение варистора — это напряжение на самом варисторе при протекании через него тока в 1 мА. Эффективность работы варистора в электронной или электрической цепи зависит от правильного его выбора в отношении напряжения, тока и силы энергии всплесков.

Скачать справочные материалы по зарубежным варисторам (3,0 Mb, скачано: 4 024)

www.joyta.ru

Варистор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Обозначение на схеме Вольт-амперные характеристики варисторов: синие — на основе ZnO, красные — на основе SiC. Разные варисторы

Вари́стор (лат. vari(able) – переменный (resi)sto — резистор) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, то есть обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода. Обладает свойством резко уменьшать своё сопротивление с миллиардов до десятков Ом при увеличении приложенного к нему напряжения выше пороговой величины^[1]. При дальнейшем увеличении напряжения сопротивление уменьшается ещё сильнее. Благодаря отсутствию сопровождающих токов при скачкообразном изменении приложенного напряжения, варисторы являются основным элементом для производства устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Изготовление[

ru.wikipedia.org

надежная защита от скачков напряжения

Варисторы – надежное средство для подавления скачков напряжения в первичных электрических цепях. Компания Littelfuse выпускает широкую линейку этих изделий, состоящую из нескольких серий, в числе которых – лидеры отрасли по рассеиваемой энергии, индустриальные варисторы серии C-III.

Чтобы быть уверенным в надежном функционировании разрабатываемого устройства, нужно уже на ранних этапах разработки продумать подавление скачков напряжения. Это может быть комплексной задачей, потому что электронные компоненты очень чувствительны к переходным процессам. Разработчик должен определить тип угрозы, из-за которой могут возникать скачки напряжения, и то, каким стандартам должно соответствовать устройство, исходя из области его применения. Варисторы чаще всего применяются для подавления скачков напряжения в первичных цепях. Компаний-производителей варисторов на рынке немало. Рассмотрим различные типы варисторов, остановимся на их физической сущности и сравним варисторы лидера рынка защитных компонентов – компании Littelfuse – с варисторами других популярных производителей – Epcos и Fenghua.

Варистор – электронный прибор, сопротивление которого нелинейно меняется с изменением подаваемого на него напряжения, его вольт-амперная характеристика (ВАХ) схожа с ВАХ двунаправленных диодов Зенера. Варистор состоит, в основном, из оксида цинка ZNO с небольшим содержанием висмута, кобальта, магния и других элементов. Варистор из оксида металла (Metal Oxide Varistor или MOV) спекается в процессе производства в керамический полупроводник с кристаллической микроструктурой, которая позволяет рассеивать очень большие энергии, поэтому варисторы часто используются для защиты от скачков напряжения, вызванных ударами молний, связанных с переходными процессами, с индуктивными нагрузками, электростатическими разрядами в цепях переменного и постоянного тока, а также в промышленных линиях питания. Помимо этого, варисторы используются в сетях с постоянным напряжением, например, в низковольтных источниках питания или автомобильных цепях. Процесс производства варисторов позволяет придать им разнообразную форму. Однако наиболее распространенным форм-фактором варисторов является диск c радиальными выводами.

Характеристики варистора

Тело варистора представляет собой изотропную гранулярную структуру оксида цинка ZnO (рисунок 1). Гранулы отделены друг от друга, и их граница разделения имеет ВАХ, схожую с p-n-переходом в полупроводниках. Эти границы при низких напряжениях имеют очень низкую проводимость, которая нелинейно увеличивается с увеличением напряжения на варисторе.

Рис. 1. Фотография гранулярной структуры варистора, сделанная с помощью электронного микроскопа

Симметричная ВАХ показана на рисунке 2. Благодаря ей варистор отлично справляется с подавлением скачков напряжения. Когда они появляются в цепи, сопротивление варистора уменьшается во множество раз: от почти непроводящего состояния до высокопроводящего, уменьшая импульс напряжения до безопасного для цепи значения. Таким образом, потенциально опасная для элементов цепи энергия входного импульса напряжения абсорбируется варистором и защищает компоненты, чувствительные к скачкам напряжения.

Рис. 2. Симметричная ВАХ варистора

В местах соприкосновения микрогранул варистора возникает эффект проводимости. Так как количество гранул в объеме варистора очень велико, абсорбируемая варистором энергия значительно превышает энергию, которая может пройти через единичный p-n переход в диодах Зенера. В процессе прохождения тока через варистор весь проходящий заряд равномерно распределяется по всему объему. Таким образом, количество энергии, которую может абсорбировать варистор, напрямую зависит от его объема. Величина рабочего напряжения варистора и максимального тока зависят от расстояния между электродами, между которыми находятся гранулы оксида цинка. Однако есть множество других технологических моментов, которые обуславливают эти электрические параметры: технология гранулирования и спекания, влияющая на размер гранул и их площадь соприкосновения, присоединение металлических выводов, покрытие варистора, легирующие добавки. Например, диапазон рабочих температур дисковых варисторов зависит от типа покрытия диска: у варисторов с эпоксидным покрытием диапазон -55…85°С, у фенолового покрытия, встречающегося у варисторов Littelfuse серии C-III, этот диапазон расширен до 125°С. Также расширенный диапазон рабочих температур имеет большинство серий варисторов для поверхностного монтажа.

Рассмотрим подробнее принцип работы варистора.

В его корпусе между металлическими контактами находятся гранулы со средним размером d (рисунок 3).

Рис. 3. Схематическое изображение микроструктуры металл-оксидного варистора

Токопроводящие гранулы оксида цинка со средним размером гранулы d разделены между собой межгранулярными границами.

При разработке варистора для заданного номинального напряжения Vn основным параметром является количество гранул n, заключенных между контактами, что, в свою очередь, влияет на размер варистора. На практике его материал характеризуется градиентом напряжения В/мм, измеренном в коллинеарном направлении с нормалью к плоскости варистора. Для контроля состава и условий производства градиент должен быть постоянным. Так как физические размеры варистора имеют определенные пределы, то сочетание примесей в составе прибора позволяет достичь заданного размера гранул и нужного результата.

Фундаментальным свойством ZnO-варистора является его практически постоянное падение напряжения на границах гранул во всем объеме. Наблюдения показывают, что вне зависимости от вида варистора, падение напряжения на границе соприкосновения гранул всегда составляет 2…3 В. Падение напряжения на границах гранул не зависит и от размера самих гранул. Таким образом, если опустить разные способы производства и легирования оксида цинка, то напряжение варистора будет зависеть от его толщины и размера гранул. Эта зависимость может быть легко выражена в следующем виде (формула 1):

, (1)

где d – средний размер гранулы.

Учитывая

,

получаем данные, представленные в таблице 1.

Таблица 1. Зависимость структурных параметров варистора от напряжения

Напряжение варистора Vn, В~	Средний размер гранулы, мкм	n	Градиент, В/мм при 1 мА	Толщина варистора, мм
150	20	75	150	1,5
25	80	12	39	1

Напряжение варистора Vn – это напряжение на вольт-амперной характеристике, где происходит переход из слабопроводящего состояния на линейном участке графика в нелинейный режим высокопроводящего состояния. По общей договоренности для стандартизации измерений был выбран ток 1 мА.

Несмотря на то, что варисторы могут за несколько микросекунд абсорбировать большое количество энергии, они не могут продолжительно находиться в проводящем состоянии. Поэтому в некоторых случаях, когда, например, напряжение в сети на продолжительное время увеличивается до уровня срабатывания, варистор начинается сильно греться. Его перегрев может закончиться возгоранием (рисунок 4). Для защиты от этого стали применяться термисторы. Варистор со встроенным термистором защищен от перегрева, что продлевает его срок службы и защищает устройство от возможного возгорания.

Рис. 4. Результат увеличения напряжения в сети на продолжительное время

Проведем сравнительный анализ наиболее популярных варисторов производства компаний Littelfuse, Epcos и Fenghua с рабочим напряжением 250 и 275 В (АС rms) и диаметром диска 10, 14 и 20 мм.

Как видно из таблицы 2, рассеиваемая варистором энергия зависит не только от его размеров, но и от технологии производства и материалов, которые использованы для выпуска серии. Заметим, что серия индустриального класса С-III производства компании Littelfuse вышла на первое место, серия UltraMOV тоже показала очень высокие характеристики, оказавшись на уровне конкурентов – серии Advanced производства Epcos. Также можно отметить, что варисторы C-III при меньшем габарите (D = 14 мм) имеют большую энергию рассеивания, чем стандартные серии конкурентов, имеющие большие размеры (D = 20 мм), а разница в рассеиваемой энергии между качественными варисторами в корпусе D = 20 мм и стандартными варисторами в корпусе D = 10 мм может отличаться на порядок.

Таблица 2. Сравнительный анализ наиболее популярных варисторов производства компаний Littelfuse, Epcos и Fenghua

Наименование	Производитель	Серия	D, мм	VRMS, В	Imax (8/20 мкс), А	Wmax (2 мс), Дж
V275LA40CP	Littelfuse	C-III	20	275	10000	320
V250LA40CP	Littelfuse	C-III	20	250	10000	300
B72220S2271K101, S20K275E2	Epcos	AdvanceD	20	275	10000	215
B72220S2251K101, S20K250E2	Epcos	AdvanceD	20	250	10000	195
V20E275P	Littelfuse	UltraMOV®	20	275	6500	190
V20E250P	Littelfuse	UltraMOV®	20	250	6500	170
B72220S0271K101, S20K275	Epcos	StandarD	20	275	8000	151
V275LA20CP	Littelfuse	C-III	14	275	6500	145
FNR-20K431	Fenghua	General	20	275	6500	140
B72220S0251K101, S20K250	Epcos	StandarD	20	250	8000	140
V250LA20CP	Littelfuse	C-III	14	250	6500	135
FNR-20K391	Fenghua	General	20	250	6500	130
B72214S2271K101, S14K275E2	Epcos	AdvanceD	14	275	6000	110
V14E275P	Littelfuse	UltraMOV®	14	275	4500	110
B72214S2251K101, S14K250E2	Epcos	AdvanceD	14	250	6000	100
V14E250P	Littelfuse	UltraMOV®	14	250	4500	100
FNR-14K431	Fenghua	General	14	275	4500	75
B72214S0271K101, S14K275	Epcos	StandarD	14	275	4500	71
FNR-14K391	Fenghua	General	14	250	4500	70
V275LA10CP	Littelfuse	C-III	10	275	3500	70
B72214S0251K101, S14K250	Epcos	StandarD	14	250	4500	65
V250LA10CP	Littelfuse	C-III	10	250	3500	60
B72210S2271K101, S10K275E2	Epcos	AdvanceD	10	275	3500	55
V10E275P	Littelfuse	UltraMOV®	10	275	2500	55
B72210S2251K101, S10K250E2	Epcos	AdvanceD	10	250	3500	50
V10E250P	Littelfuse	UltraMOV®	10	250	2500	50
FNR-10K431	Fenghua	General	10	275	2500	45
B72210S0271K101, S10K275	Epcos	StandarD	10	275	2500	43
FNR-10K391	Fenghua	General	10	250	2500	40
B72210S0251K101, S10K250	Epcos	StandarD	10	250	2500	38

Обзор варисторов производства компании Littelfuse c разбивкой на серии и области применения представлен в таблице 3.

Таблица 3. Области применения варисторов Littelfuse

Сегмент	Типовое применение и примеры	Серия	Технология	SMD-монтаж
Низковольтное оборудование, одноплатные устройства	Наладонные и портативные приборы, контроллеры, измерительное оборудование, компьютеры, дистанционные датчики, порты ввода/вывода и интерфейсы, медицинское оборудование	СН	MOV	+
		MA, ZA, RA, UltraMOV, CIII	MOV
		ML, MLE, MLN, MHS	MLV	+
Электросети, сетевые фильтры	Источники бесперебойного питания, измерители мощности, источники питания переменного напряжения, LED-драйверы, блоки питания, промышленные источники питания, автоматы, сетевые фильтры, бытовая электроника, управление питанием	TMOV, UltraMOV, CIII, LA, HA, HB, HG, HF, DHB, TMOV34S, RA	MOV	–
		SM20, SM7, CH	MOV	+
Автомобильная электроника	ABS, шины данных, контроллеры электродвигателей, сервоприводы, подушки безопасности, управление зеркалами, стеклоподъемниками, щетками	SM7, CH	MOV	–
		ZA, LV UltraMOV	MOV	–
		AUML, ML, MLE, MLN, MHS	MLV	+
Телекоммуникационное оборудование	Сотовые и DECT-телефоны, роутеры, модемы, сетевые карты, защита абонентского оборудования, T1/E1/ISDN, защита шин данных	SM7, CH	MOV	–
		ZA, LV UltraMOV	MOV	–
		SM20, SM7, ML, MLE, MLN, MHS	MLV	+
Мощное индустриальное оборудование	Силовые реле, соленоиды, драйверы электродвигателей, источники питания, роботы, большие двигатели/насосы/компрессоры	DA/DB, BA/BB, CA, HA, HB, HC, HG, HF, DHB, TMOV34S, CIII, UltraMOV	MOV	–

Литература

1. http://www.littelfuse.com/.
2. Electronics Circuit Protection Product Selection Guide.
3. http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/product_catalogs/littelfuse_product_selection_guide.pdf.pdf.
4. Metal-Oxide Varistors (MOVs).
5. http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/product_catalogs/littelfuse_varistor_catalog.pdf.pdf.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

Наши информационные каналы

Рубрика: примеры применений Метки: C-III, EPCOS, Fenghua, Littelfuse, варистор, варисторы, варисторы C-III, варисторы серии C-III, защита от скачков напряжения, НЭ, серия C-III

О компании Littelfuse

Компания Littelfuse является ведущим мировым производителем компонентов и устройств для защиты электрических и электронных цепей любого рода. Поставляемые компанией компоненты и системы, во многих случаях являются жизненно важными для устройств в практически всех отраслях и видах продукции: от бытовой электроники и автомобилей до электроэнергетики. Littelfuse предлагает наиболее широкий и полный спектр компонентов и систем защиты цепей на рынке электронных компонентов. Компания расширяет и н …читать далее

www.compel.ru

Как проверить варистор? – Diodnik

Любой ремонт техники связан с проверкой различных радиодеталей. Сегодня в статье мы расскажем о том, как проверить варистор, а также о его назначении в схеме.

Назначение варистора

Варистор представляет собой резистор, который способен резко изменить свое сопротивление в зависимости от напряжения. Имея нелинейную характеристику, варистор очень быстро изменяет свое сопротивление от сотен МОм до десятков Ом. Такое свойство применяется для поглощения коротких всплесков напряжения, а при более длительных всплесках варистор уже взрывается с громким хлопком и кучей дыма. Включение варистора производиться после предохранителя параллельно напряжению сети. При коротком скачке – варистор поглощает энергию импульса, а при длительном – сопротивление варистора станет настолько малым, что сработает предохранитель.

Как проверить варистор?

Первым делом производится осмотр варистора на плате, ищем наличие на нем сколов и трещин, почернения, следов нагара. При выявлении внешних дефектов варистор необходимо заменить, можно на некоторое время его выпаять из основной платы, схема будет работать и без него. Но в таком случае необходимо помнить, что при всплеске напряжения будут выходить из строя уже другие компоненты схемы и это повлечет за собой более дорогой ремонт.

Если внешний осмотр дефектов не выявил, в таком случае необходима проверка варистора мультиметром.

Наглядно покажем, как проверить варистор k275 мультиметром.

Тестер переключаем в режим измерения максимального сопротивления. В нашем случае сопротивление варистора значительно больше, чем диапазон измерения мультиметра. На этом проверка варистора тестером окончена.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Одноклассники

comments powered by HyperComments

diodnik.com