Každé elektronické zariadenie, ktoré je súčasťou siete, potrebuje ochranu pred prekročením prahových hodnôt prúdu alebo napätia. Na prúdovú ochranu sa používajú rôzne poistky a ističe, ale na ochranu zariadenia pred prepätím sa najčastejšie používajú varistory. V tomto článku sa budeme zaoberať princípom fungovania varistora, jeho charakteristikami, výhodami a nevýhodami tohto elektronického komponentu.
Obsah
Čo je varistor a kde sa používa
Varistor - Jedná sa o variabilný odpor vyrobený z polovodičového materiálu, ktorý je schopný meniť svoj elektrický odpor v závislosti od napätia, ktoré je naň privedené.
Princíp činnosti takéhoto elektronického komponentu sa líši od bežného odporu a potenciometra. Štandardné odpor má konštantnú hodnotu odporu kedykoľvek, bez ohľadu na napätie v obvode, potenciometer umožňuje meniť odpor manuálne otáčaním ovládacieho gombíka. Varistor má však nelineárnu symetrickú charakteristiku prúdového napätia a jeho odpor úplne závisí od napätia v obvode.
Vďaka tejto vlastnosti sa varistory široko a efektívne používajú na ochranu elektrických sietí, strojov a zariadení, ako aj elektronických komponentov, dosiek a mikroobvodov bez ohľadu na typ napätia. Majú nízke výrobné náklady, sú spoľahlivé pri používaní a sú schopné vydržať vysoké zaťaženie.
Varistory sa používajú ako vo vysokonapäťových inštaláciách do 20 kV, tak aj v nízkonapäťových inštaláciách od 3 do 200 V ako obmedzovač napätia. Zároveň môžu pracovať v sieťach so striedavým aj jednosmerným prúdom. Používajú sa na reguláciu a stabilizáciu prúdu a napätia, ako aj v zariadeniach na ochranu proti prepätiu. Používa sa pri navrhovaní sieťových filtrov, napájacích zdrojov, mobilných telefónov, SPD a iné SPE.
Typy a princíp činnosti
Pri prevádzke za normálnych podmienok má varistor obrovský odpor, ktorý sa môže znížiť, keď napätie prekročí prahovú hodnotu. To znamená, že ak sa napätie v obvode výrazne zvýši, tak varistor prechádza z izolačného stavu do elektricky vodivého stavu a vplyvom lavínového efektu v polovodiči stabilizuje napätie prechodom veľkého prúdu cez seba.
Varistory môžu pracovať s vysokým a nízkym napätím, a preto sú rozdelené do dvoch skupín zariadení, ktoré majú rovnaký princíp činnosti:
- Vysoké napätie: schopné pracovať v obvodoch s prúdovými hodnotami do 20 kV (používané v ochranných systémoch sietí a zariadení, v zariadeniach na ochranu proti prepätiu).
- Nízke napätie: menovité napätie pre tento typ komponentov sa pohybuje od 3 do 200 V (používa sa na ochranu elektronických zariadení a komponentov zariadení s prúdom 0,1 - 1A a sú inštalované na vstupe alebo výstupe napájacieho zdroja).
Čas odozvy varistora pri výpadok prúdu je asi 25 ns, čo je výborná hodnota, no v niektorých prípadoch nedostatočná. Preto výrobcovia elektronických súčiastok vyvinuli technológiu výroby rezistora smd, ktorý má dobu odozvy 0,5 ns.
Varistory všetkých typov sa vyrábajú z karbidu kremíka alebo oxidu zinočnatého spekaním tohto materiálu so spojivom (živica, íl, sklo) pri vysokej teplote. Po prijatí polovodičového prvku sa obojstranne pokovuje spájkovaním kovových vývodov na spojenie.
Značenie, hlavné charakteristiky a parametre
Každý výrobca varistorov označuje svoj produkt určitým spôsobom, preto existuje pomerne veľké množstvo možností označenia a ich interpretácií. Najbežnejší ruský varistor je K275 a obľúbené komponenty zahraničnej výroby sú 7n471k, kl472m a ďalšie.
Označenie varistora CNR-10d751k možno dešifrovať takto: CNR – varistor z oxidu kovu; d - znamená, že komponent je vo forme disku; 10 je priemer disku; 751 – napätie odozvy pre toto zariadenie (výpočet sa uskutoční vynásobením prvých dvoch číslic 10 na výkon rovnajúci sa tretej číslici, tj 75 krát 10 na prvý stupeň, dostaneme 750 V); k - prípustná odchýlka menovitého napätia, ktorá je 10% v akomkoľvek smere (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Hlavné charakteristiky varistorov sú nasledujúce parametre:
Klasifikačné napätie - napätie pri určitých hodnotách prúdu pretekajúceho cez varistor (zvyčajne je táto hodnota 1 mA). Toto nastavenie je podmienené a neovplyvňuje výber zariadenia;
Maximálne prípustné napätie - rozsah napätia (RMS alebo RMS), pri ktorej varistor začína znižovať svoj odpor;
Maximálna absorpčná energia - charakteristika ukazujúca hodnotu energie, ktorú varistor rozptýli a nezlyhá, keď je vystavený jedinému impulzu (merané v jouloch);
Maximálny nárazový prúd – normalizuje čas nábehu a trvanie aktuálneho impulzu (merané v ampéroch);
Kapacita je veľmi dôležitý parameter, ktorý sa meria pri uzavretom stave a danej frekvencii (klesne na nulu, ak sa na varistor privedie veľký prúd);
Tolerancia - odchýlka od nominálneho rozdielu potenciálu v oboch smeroch (uvedené v percentách).
Doba odozvy - časový interval, počas ktorého varistor prechádza zo zatvoreného stavu do otvoreného (zvyčajne niekoľko desiatok nanosekúnd).
Výhody a nevýhody varistorov
Dôležitou výhodou nelineárneho odporu (varistor) je jeho stabilná a spoľahlivá prevádzka pri vysokých frekvenciách a veľkom zaťažení. Používa sa v mnohých zariadeniach pracujúcich s napätím od 3 V do 20 kV, je pomerne jednoduchý a lacný na výrobu a efektívny v prevádzke. Ďalšie dôležité výhody sú:
- vysoká rýchlosť odozvy (nanosekundy);
- dlhá životnosť;
- schopnosť monitorovať poklesy napätia (metóda bez zotrvačnosti).
Napriek tomu, že táto elektronická súčiastka má množstvo výhod, má aj nevýhody, ktoré ovplyvňujú jej použitie v rôznych systémoch. Tie obsahujú:
- nízkofrekvenčný hluk počas prevádzky;
- starnutie komponentov (strata parametrov v priebehu času);
- veľká kapacita: závisí od napätia a typu prvku, je v rozsahu od 70 do 3200 pF a ovplyvňuje výkon zariadenia;
- pri maximálnych hodnotách napätia sa výkon nerozptyľuje - výrazne sa prehrieva a zlyháva pri dlhodobých maximálnych hodnotách napätia.
Výber varistora
Ak chcete vybrať správny varistor pre konkrétne zariadenie, musíte poznať vlastnosti jeho zdroja energie: odpor a výkon prechodných impulzov. Maximálna prípustná hodnota prúdu je okrem iného určená dĺžkou jeho expozície a počtom opakovaní, preto pri inštalácii varistora s podhodnotenou špičkovou hodnotou prúdu rýchlo zlyhá.Stručne povedané, pre účinnú ochranu zariadenia je potrebné zvoliť varistor s napätím, ktoré má malú rezervu voči nominálnej hodnote.
Pre bezproblémovú prevádzku takejto elektronickej súčiastky je tiež veľmi dôležitá rýchlosť rozptylu absorbovanej tepelnej energie a schopnosť rýchleho návratu do stavu bežnej prevádzky.
Označenie na schéme a možnosti pripojenia varistora
Na schém varistor zvyčajne označené, rovnako ako bežný odpor, ale s pridaným U vedľa lomky. Táto vlastnosť v diagramoch naznačuje, že tento prvok má závislosť odporu od napätia v obvode. Tiež na elektrické schéma tento prvok je označený dvoma písmenami R a U s pridaním sériového čísla (RU1, RU2 ... atď.).
Možností pripojenia varistorov je veľké množstvo, ale spoločné pre všetky spôsoby je, že tento komponent je zapojený paralelne s napájacím obvodom. Preto pri absencii nebezpečných hodnôt napäťových impulzov má prúd, ktorý preteká varistorom, malú hodnotu (v dôsledku veľkých hodnôt odporu) a žiadnym spôsobom neovplyvňuje výkon systému. Keď dôjde k prepätiu, varistor zmení odpor na malé hodnoty, záťaž sa posunie a absorbovaná energia sa rozptýli do okolitého priestoru.
Podobné články:
