Jak je varistor označen na desce?

V tomto článku se podrobně podíváme na to, co je varistor. Popíšeme jeho princip fungování a konstrukci, oblasti použití, vlastnosti a typy.

Popis a pracovní princip

Na rozdíl od pojistky nebo jističe, které poskytují ochranu proti nadproudu, varistor poskytuje ochranu proti přepětí tím, že omezuje napětí podobně jako zenerova dioda.

Slovo „varistor“ je kombinací slov VARI-able resi-STOR, která se používala k popisu jejich způsobu fungování v raných dobách vývoje, což je poněkud nesprávné označení, protože varistor nelze ručně měnit jako potenciometr nebo reostat.

Ale na rozdíl od proměnného rezistoru, jehož hodnotu odporu lze ručně měnit mezi minimální a maximální hodnotou, varistor automaticky mění hodnotu odporu se změnou napětí na něm, což z něj činí napěťově závislý rezistor, zkráceně VDR.

V dnešní době je odporové těleso varistoru vyrobeno z polovodičového materiálu, což z něj činí typ polovodičového rezistoru s neohmickými symetrickými napěťovými a proudovými charakteristikami, vhodnými pro střídavé i stejnosměrné napětí.

Varistor je v mnoha ohledech velikostně a konstrukčně podobný kondenzátoru a často se s ním zaměňuje. Kondenzátor však nedokáže potlačit napěťové špičky stejným způsobem jako varistor. Když je na obvod aplikována vysoká napěťová špička, výsledek je pro obvod obvykle katastrofální, takže varistor hraje důležitou roli v ochraně citlivých elektronických obvodů před spínacími špičkami a přepětím.

K přechodovým špičkám dochází v mnoha elektrických obvodech a zdrojích, ať už jsou napájeny střídavým nebo stejnosměrným proudem, protože jsou často generovány uvnitř samotného obvodu nebo do obvodu přenášeny z externích zdrojů. Přechodové jevy v obvodu se mohou rychle zvýšit na několik tisíc voltů a právě těmto napěťovým špičkám je třeba v citlivých elektronických obvodech a součástkách zabránit.

Jedním z nejčastějších zdrojů přechodových napětí je efekt L (di/dt) způsobený spínáním indukčních cívek a magnetizačních proudů transformátorů, aplikacemi spínání stejnosměrných motorů a napěťovými špičkami při zapínání obvodů zářivkového osvětlení nebo jinými přepětími v napájecím zdroji.

Přechodné střídavé průběhy

Varistory se zapojují do obvodů napříč elektrickou sítí buď fázově k nulovému vodiči, nebo fázově k fázi pro střídavý provoz, nebo kladně k zápornému vodiči pro stejnosměrný provoz a mají jmenovité napětí odpovídající jejich aplikaci. Varistory lze také použít ke stabilizaci stejnosměrného napětí a zejména k ochraně elektronických obvodů před přepěťovými impulzy.

Varistor se statickým odporem

Za normálního provozu má varistor velmi vysoký odpor, odtud jeho název, a funguje podobně jako zenerova dioda, což umožňuje průchod nižších prahových napětí beze změny.

Pokud však napětí na varistoru (jakékoli polarity) překročí jmenovitou hodnotu varistoru, jeho efektivní odpor se s rostoucím napětím výrazně snižuje, jak je znázorněno výše.

Z Ohmova zákona víme, že charakteristika proud-napětí (IV) pevného rezistoru je přímka, za předpokladu, že R je konstantní. Proud je pak přímo úměrný rozdílu napětí na rezistoru.

Křivky IV varistoru však nejsou přímkou, protože malá změna napětí způsobuje velkou změnu proudu. Typická normalizovaná křivka napětí-proudu pro standardní varistor je znázorněna níže.

Charakteristická křivka varistoru

Z výše uvedeného je zřejmé, že varistor má symetrické obousměrné charakteristiky, tj. varistor pracuje v obou směrech (kvadrant I a III) sinusového průběhu a chová se jako dvě Zenerovy diody zapojené zády k sobě. V nevodivém stavu vykazuje křivka I-V lineární vztah, protože proud protékající varistorem zůstává konstantní a nízký pouze po dobu několika mikroampérů svodového proudu. To je způsobeno jeho vysokým odporem, který působí jako otevřený obvod, a zůstává konstantní, dokud napětí na varistoru (obou polarit) nedosáhne určitého „nominálního napětí“.

Toto jmenovité neboli svorkové napětí je napětí na varistoru měřené specifikovaným stejnosměrným proudem 1 mA. To znamená úroveň stejnosměrného napětí aplikovaného na jeho svorky, která umožňuje průtok proudu 1 mA odporovým tělesem varistoru, které samo o sobě závisí na materiálech použitých při jeho konstrukci. Při této úrovni napětí začíná varistor přecházet z izolačního stavu do vodivého stavu.

Když se přechodové napětí na varistoru rovná nebo překročí svou jmenovitou hodnotu, odpor součástky se náhle velmi zmenší a varistor se v důsledku lavinového efektu polovodičového materiálu změní na vodič. Malý svodový proud protékající varistorem se rychle zvyšuje, ale napětí na něm je omezeno na úroveň těsně nad napětím varistoru.

Jinými slovy, varistor sám reguluje přechodové napětí na sobě tím, že jím propouští větší proud, a díky své strmé nelineární I-V křivce může propouštět široce se měnící proudy v úzkém rozsahu napětí, čímž eliminuje jakékoli napěťové špičky.

Hodnoty kapacitní reaktance

Protože se hlavní vodivá plocha varistoru mezi jeho dvěma svorkami chová jako dielektrikum, pod jeho svorkovým napětím se varistor chová spíše jako kondenzátor než jako rezistor. Každý polovodičový varistor má hodnotu kapacity, která je přímo úměrná jeho ploše a nepřímo úměrná jeho tloušťce.

Při použití ve stejnosměrných obvodech zůstává kapacita varistoru víceméně konstantní za předpokladu, že aplikované napětí nezvyšuje úroveň upínacího napětí a prudce neklesá blízko maximálního jmenovitého stejnosměrného napětí.

V obvodech se střídavým proudem však tato kapacita může ovlivnit odpor pouzdra zařízení v nevodivé svodové oblasti jeho I/O charakteristik. Protože jsou obvykle zapojeny paralelně s elektrickým zařízením kvůli ochraně před přepětím, svodový odpor varistorů s rostoucí frekvencí rychle klesá.

Tento vztah je přibližně lineární s frekvencí a výsledný paralelní odpor, jeho AC reaktance, je Xc lze vypočítat pomocí obvyklého 1 / (2πƒC), jako u normálního kondenzátoru. S rostoucí frekvencí se pak zvyšuje i svodový proud.

Spolu s křemíkovými polovodičovými varistory byly vyvinuty i varistory na bázi oxidu kovu, které překonají některá omezení spojená s jejich bratranci z karbidu křemíku.

Металлооксидный варистор

Varistor s kovovým oxidem nebo MOV Zkráceně se jedná o napěťově závislý rezistor, u kterého je materiálem rezistoru oxid kovu, primárně oxid zinečnatý (ZnO), zalisovaný do keramiky z podobného materiálu. Varistory z oxidu kovu se skládají z přibližně 90 % oxidu zinečnatého jako základního keramického materiálu a dalších plniv, která tvoří spojení mezi zrny oxidu zinečnatého.

Varistory na bázi oxidu kovu jsou v současnosti nejběžnějším typem omezovače napětí a jsou k dispozici pro použití v širokém rozsahu napětí a proudů. Použití oxidu kovu v jejich konstrukci znamená, že MOV jsou extrémně účinné při absorpci krátkodobých přechodových napětí a mají vyšší energetickou kapacitu.

Stejně jako běžný varistor, i varistor z oxidu kovu začíná vést při určitém napětí a přestává vést, když napětí klesne pod prahovou hodnotu. Hlavní rozdíl mezi standardním varistorem z karbidu křemíku (SiC) a varistorem typu MOV spočívá v tom, že svodový proud přes oxid zinečnatý materiál MOV je velmi malý a za normálních provozních podmínek je jeho rychlost odezvy na přechodové jevy mnohem rychlejší.

MOV mají obvykle radiální vývody a tvrdý vnější modrý nebo černý epoxidový povlak, který je velmi podobný keramickým diskovým kondenzátorům a lze jej fyzicky namontovat na desky plošných spojů. Konstrukce typického varistoru z oxidu kovu vypadá takto:

Konstrukce varistoru z oxidu kovu

Pro výběr správné hodnoty MOV pro konkrétní aplikaci je vhodné mít určité znalosti o impedanci zdroje a přenosu přechodového výkonu. U přechodových jevů ve vedení nebo fázi je výběr správného MOV o něco obtížnější, protože charakteristiky napájecího zdroje jsou obvykle neznámé. Obecně platí, že výběr MOV pro ochranu elektrického obvodu před přechodovými jevy ve vedení je často jen o málo více než kvalifikovaný odhad.

Varistory na bázi oxidu kovu jsou však k dispozici v širokém rozsahu napětí varistorů, od přibližně 10 V do více než 1000 V střídavého nebo stejnosměrného proudu, takže znalost napájecího napětí může být při výběru užitečná. Například při výběru MOV nebo křemíkového varistoru by jeho maximální jmenovité napětí DC RMS mělo být mírně vyšší než maximální očekávané napájecí napětí, řekněme 130 V RMS pro napájení 120 V a 260 V RMS pro napájení 230 V.

Maximální hodnota pulzního proudu, kterou varistor akceptuje, závisí na šířce přechodového pulzu a počtu opakování pulzu. Šířku přechodového pulzu lze předpokládat mezi 20 a 50 mikrosekundami (μs). Pokud je špičkový pulzní proud nedostatečný, může se varistor přehřát a poškodit. Aby tedy varistor fungoval bez poruchy nebo degradace, musí být schopen rychle rozptýlit absorbovanou energii přechodového pulzu a bezpečně se vrátit do stavu před pulzem.

Použití varistoru v obvodu

Varistory mají mnoho výhod a lze je použít v mnoha různých typech zařízení k potlačení přechodových jevů v síti, od domácích spotřebičů a osvětlení až po průmyslová zařízení na střídavých nebo stejnosměrných elektrických vedeních. Varistory lze připojit přímo k elektrické síti a k polovodičovým spínačům k ochraně tranzistorů, MOSFETů a tyristorových můstků.

Souhrn varistoru

V tomto článku jsme si ukázali hlavní funkci odpor, závislý z zdůrazňujeNebo varistor, je chránit elektronická zařízení a elektrické obvody před přepětím, jako jsou ta způsobená přechodnými indukčními spínacími procesy.

Protože se takové varistory používají v citlivých elektronických obvodech, aby se zajistilo, že pokud napětí náhle překročí předem stanovenou hodnotu, varistor se ve skutečnosti stane zkratem, který chrání obvod, který posouvá, před nadměrným napětím, protože jsou schopny odolat špičkovým proudům stovek ampérů.

Varistory jsou typem rezistoru s nelineární neohmickou napěťově-proudovou charakteristikou a představují spolehlivý a ekonomický prostředek ochrany proti přechodovým spínáním a přepětí.

Dosahují toho tím, že při nižších napětích fungují jako blokovací zařízení s vysokým odporem a při vyšších napětích jako dobré vodivé zařízení s nízkým odporem. Účinnost varistoru při ochraně elektrického nebo elektronického obvodu závisí na správném výběru varistoru z hlediska napětí, proudu a ztráty energie.

Varistory z oxidu kovu neboli MOV jsou obvykle vyrobeny z materiálu z oxidu kovu zinku ve tvaru malého disku. Jsou k dispozici v mnoha hodnotách pro specifické napěťové rozsahy. Jmenovité napětí MOV, nazývané „napětí varistoru“, je napětí na varistoru, když zařízením prochází proud 1 mA. Tato úroveň napětí varistoru je v podstatě bodem na charakteristické křivce I-V, kde zařízení začíná vést. Varistory z oxidu kovu lze také zapojit sériově pro zvýšení jmenovitého upínacího napětí.

I když se varistory z oxidu kovu široce používají v mnoha obvodech střídavé elektroniky k ochraně před přechodnými přepětími, existují i jiné typy polovodičových zařízení pro potlačení napětí, jako jsou diody, Zenerovy diody a supresory, které lze všechny použít při určitém střídavém nebo stejnosměrném napětí.

Autor: Timerkaev Boris

Boris Timerkaev je 68letý doktor fyzikálních a matematických věd, profesor z Ruska. Je vedoucím katedry obecné fyziky na Kazaňské národní výzkumné technické univerzitě pojmenované po A. N. Tupolevovi – KAI.

Varistory jsou mezi radioamatéry velmi oblíbené. Používají se téměř ve všech elektronických zařízeních a umožňují některá zařízení vylepšit. Chcete-li jej použít v obvodech, měli byste pochopit princip fungování varistoru a znát jeho hlavní vlastnosti. Navíc, jako každá součást, má své výhody a nevýhody, které je třeba vzít v úvahu při konstrukci a výpočtu elektrických obvodů.

Přehled

Varistor je polovodičový rezistor, který snižuje svůj odpor s rostoucím napětím. Konvenční grafický symbol (UGO) je uveden na obrázku 1, který znázorňuje závislost odporu rádiové součástky na hodnotě napětí. V diagramech je označen znr. Je-li jich více, pak je označen v následujícím tvaru: znr1, znr2 atd.

Obrázek 1 – UGO varistor.

Mnoho začínajících radioamatérů si plete proměnný rezistor a varistor. Princip činnosti, hlavní charakteristiky a parametry tohoto prvku se liší od proměnného odporu. Navíc častou chybou při sestavování schémat elektrických obvodů je nesprávné UGO. Varistor vypadá jako kondenzátor a je rozpoznán pouze podle jeho označení.

Druhy a princip činnosti

Polovodičové rezistory jsou klasifikovány podle napětí, protože na tom závisí rozsah jejich použití. Existují pouze 2 typy:

1. Vysoké napětí s provozním napětím do 20 kV.
2. Nízké napětí, jehož napětí je v rozsahu od 3 do 200 V.

Všechny se používají k ochraně obvodů před přetížením: první – k ochraně elektrických sítí, elektrických strojů a instalací; ty slouží k ochraně rádiových komponent v nízkonapěťových obvodech. Princip činnosti varistorů je stejný a nezávisí na jejich typu.

Ve výchozím stavu má vysoký odpor, ale při překročení hodnoty jmenovitého napětí klesá. V důsledku toho se podle Ohmova zákona pro část obvodu hodnota proudu zvyšuje s klesající hodnotou odporu. Varistor pracuje v režimu zenerovy diody. Při návrhu zařízení a pro jeho správnou funkci je třeba vzít v úvahu kapacitu varistoru, jejíž hodnota je přímo úměrná ploše a nepřímo úměrná jeho tloušťce.

Abyste správně vybrali prvek pro ochranu proti přetížení v napájecích obvodech zařízení, měli byste znát hodnotu odporu zdroje na vstupu a také sílu impulzů generovaných během spínání. Maximální hodnota proudu procházejícího varistorem určuje dobu trvání a periodu opakování rázů hodnot amplitudového napětí.

Značení a hlavní parametry

Označení varistorů je odlišné, protože každý výrobce těchto rádiových komponent má právo je instalovat samostatně. Je to dáno především jeho technickými vlastnostmi. Například rozdíly v napětí a požadovaných úrovních proudu pro jeho provoz.

Mohlo by vás zajímat: Příčiny a následky zkratu

Mezi domácími je nejběžnější K275 a mezi dováženými – 7n471k, 14d471k, kl472m a ac472m. Nejoblíbenější je varistor, jehož označení je CNR (existují i ​​hel, vdr, jvr). Navíc je k němu připojen alfanumerický index 14d471k a Tento typ označení se dešifruje takto:

1. CNR – typ oxidu kovu.
2. 14 – průměr zařízení rovný 14 mm.
3. D je radiová součást ve tvaru disku.
4. 471 je maximální hodnota napětí, pro kterou je navržen.
5. K je přípustná odchylka klasifikačního napětí rovna 10 %.

Pro aplikaci v obvodu jsou vyžadovány technické specifikace. Je to proto, že k ochraně různých prvků obvodu musí být použity různé typy polovodičového odporu.

Jejich hlavní vlastnosti:

1. Klasifikační napětí je hodnota rozdílu potenciálu, bere se v úvahu, že varistorem protéká proud 1 mA.
2. Maximální hodnota střídavého napětí je efektivní hodnota, při které se otevírá, a proto klesá hodnota jeho odporu.
3. Konstantní maximální hodnota napětí, při které se varistor otevírá ve stejnosměrném obvodu. Pro proud s proměnnou amplitudou je zpravidla větší než předchozí parametr.
4. Dovolené napětí (mezní napětí) je hodnota, nad kterou prvek selže. Udává se pro konkrétní aktuální hodnotu.
5. Maximální absorbovaná energie se měří v J (joule). Tato charakteristika ukazuje množství pulzní energie, kterou může varistor rozptýlit a neselhat.
6. Doba odezvy (jednotka – nanosekundy, ns) – hodnota potřebná k přechodu z jednoho stavu do druhého, tedy ke změně hodnoty odporu z vysoké hodnoty na nízkou hodnotu.
7. Chyba klasifikačního napětí je odchylka od jeho jmenovité hodnoty v obou směrech, která se udává v % (u importovaných modelů: K = 10 %, L = 15 %, M = 20 % a P = 25 %).

Po popisu principu činnosti, vlastností značení a hlavních charakteristik je třeba zvážit rozsah použití varistorů.

Aplikace zařízení

Varistory se používají k ochraně elektronických zařízení před přepětím, jehož amplituda překračuje jmenovitý napájecí zdroj. Díky použití polovodičového rezistoru v napájecích zdrojích je možné vyhnout se mnoha poruchám, které mohou poškodit elektroniku. Varistory jsou také široce používány v předřadných obvodech, které se používají v osvětlovacích prvcích.

Některé napěťové a proudové stabilizátory také používají specializované polovodičové odpory a varistorové výboje s napětím vyšším než 20 kV se používají ke stabilizaci výkonu v elektrických vedeních. Může být také připojen ke schématu zapojení (schéma 1), čímž je chráněn před přetížením a nepřijatelnými hodnotami amplitudy proudu a napětí. Při přetížení elektroinstalace dochází k jejímu zahřívání, což může vést k požáru.

Mohla by vás zajímat tato Definice a aplikace pravidel hand a gimlet

Schéma 1 – Připojení varistoru pro síť 220V.

Nízkonapěťové varistory pracují v rozsahu napětí od 3 V do 200 V s proudem od 0,1 do 1 A. Používají se v různých zařízeních a instalují se především na vstup nebo výstup napájecího zdroje. Jejich doba odezvy je menší než 25 ns, tato hodnota však pro některá zařízení nestačí a v tomto případě jsou použity přídavné ochranné obvody.

Technologie jejich výroby však nestojí, protože společnost S+M Ercos vytvořila rádiový prvek s dobou odezvy menší než 0,5 ns. Tento polovodičový rezistor je vyroben technologií SMD. Konstrukce diskového typu mají vyšší dobu odezvy. Vícevrstvé varistory (CN) jsou spolehlivou ochranou proti statické elektřině, která může poškodit různou elektroniku. Příkladem použití je výroba mobilních telefonů, které jsou náchylné na statický výboj. Tento typ varistorů je také široce používán v oblasti výpočetní techniky a také ve vysoce citlivých zařízeních.

Výhody a nevýhody

Chcete-li použít varistor, měli byste se seznámit s jeho pozitivními a negativními stránkami, protože na tom závisí ochrana elektroniky. Směrem k pozitivním vlastnostem mělo by být zahrnuto následující:

1. Vysoká doba odezvy.
2. Sledování rozdílů metodou bez setrvačnosti.
3. Široký rozsah napětí: od 12 V do 1,8 kV.
4. Dlouhá životnost.
5. Nízká cena.

Varistor má kromě svých výhod vážné nevýhody, které je třeba vzít v úvahu při vývoji jakéhokoli zařízení. Tyto zahrnují:

1. Velká kapacita.
2. Neztrácejte energii při maximálním napětí.

Kapacita polovodičové součástky se pohybuje od 70 do 3200 pF a proto výrazně ovlivňuje výkon obvodu. Tato hodnota závisí na konstrukci a typu zařízení a také na napětí. V některých případech je však tato nevýhoda výhodou při použití ve filtrech. Hodnota větší kapacity omezuje hodnotu napětí.

Při maximálních hodnotách napětí by měly být použity varistory-vybíječe k rozptýlení energie, protože běžné polovodičové zařízení se přehřeje a selže. Každý radioamatér by měl znát algoritmus pro kontrolu varistoru, protože při kontaktování servisních středisek existuje možnost zaplatit více za opravy, než ve skutečnosti stojí.

Kontrola provozuschopnosti

K odstraňování problémů potřebujete schéma zařízení. Příklad viz diagram 2, který používá varistor. Zváží pouze možnost selhání polovodičového rezistoru. Hlavní fází odstraňování problémů je příprava pracoviště a nástrojů, což vám umožní soustředit se na provádění oprav a jejich efektivní provádění. Pro opravy Budete potřebovat následující nástroj:

1. Šroubovák.
2. Kartáč, který je potřeba k čištění desky od prachu. Čištění by mělo být prováděno pravidelně, protože je vodičem elektřiny. V důsledku toho může dojít k selhání určitého prvku obvodu nebo zkratu.
3. Páječka, cín a kalafuna.
4. Multimetr pro diagnostiku rádiových komponent.
5. Zvětšovací sklo pro zobrazení značek.

Mohlo by vás zajímat Funkce přiřazení skupiny 4 pro elektrickou bezpečnost

Po přípravě pracoviště a nástrojů byste měli přepěťovou ochranu opatrně rozebrat a v případě potřeby ji očistit od prachu a nečistot.

Schéma 2 – Schéma elektrického obvodu přepěťové ochrany 220 voltů a její modifikace.

Najděte varistor a proveďte jeho vizuální kontrolu. Tělo musí být neporušené a bez prasklin. Pokud je zjištěno porušení integrity pouzdra, musí být odpájeno a nahrazeno stejným nebo vybrat analog. Je třeba poznamenat, že na polaritě připojení varistoru k obvodu nezáleží. Pokud není zjištěno žádné mechanické poškození, měli byste přistoupit k jeho diagnostice, která se provádí dvěma způsoby:

1. Měření odporu.
2. Odstraňování poruch na základě technických vlastností prvku.

V prvním případě je díl odpájen z desky a pomocí multimetru je změřena jeho hodnota odporu. Přepínač je umístěn v poloze maximálního rozsahu měření (stačí 2 MOhm). Při měření byste se neměli dotýkat varistoru rukama, protože zařízení ukazuje odpor těla. Pokud multimetr ukazuje vysoké hodnoty, pak rádiová součást funguje, ale pokud se hodnoty liší, měla by být vyměněna. Po výměně byste měli znovu sestavit kryt a zapnout přepěťovou ochranu.

Existuje další způsob, jak identifikovat vadný varistor, na základě analýzy charakteristik prvku. Zpravidla se používá, když měření hodnoty odporu nedává potřebné výsledky. Chcete-li to provést, měli byste se podívat na technické vlastnosti varistoru, podle kterých můžete identifikovat jeho poruchu.

Měli byste zkontrolovat proud, při kterém pracuje, protože může být nižší, než je požadováno. V tomto případě to nebude fungovat. Musíte také zkontrolovat napětí, pro které je určeno. Pokud jsou z nějakého důvodu tyto indikátory menší než přijatelné, pak se polovodičový odpor neotevře.

Varistor je tedy široce používán v různých zařízeních pro ochranu proti přepětí a napájecích zdrojích, stejně jako u statické elektřiny. Moderní technologie umožňují získat nízké doby odezvy, díky čemuž se rozšiřuje rozsah použití tohoto rádiového prvku.

Pomohl článek? Hodnotit