Kiekvienas elektroninis įrenginys, įtrauktas į tinklą, turi būti apsaugotas nuo srovės ar įtampos slenkstinių verčių viršijimo. Srovių apsaugai naudojami įvairūs saugikliai ir automatiniai jungikliai, tačiau dažniausiai varistoriai, apsaugantys įrenginį nuo viršįtampių. Šiame straipsnyje mes apsvarstysime varistoriaus veikimo principą, jo charakteristikas, šio elektroninio komponento pranašumus ir trūkumus.
Turinys
Kas yra varistorius ir kur jis naudojamas
Varistorius - Tai kintamasis rezistorius, pagamintas iš puslaidininkinės medžiagos, kuris gali keisti savo elektrinę varžą priklausomai nuo jam taikomos įtampos.
Tokio elektroninio komponento veikimo principas skiriasi nuo įprasto rezistoriaus ir potenciometro. Standartinis rezistorius turi pastovią varžos vertę bet kuriuo metu, nepriklausomai nuo įtampos grandinėje, potenciometras leidžia keisti varžą rankiniu būdu sukant valdymo rankenėlę. Tačiau varistorius turi netiesinę simetrišką srovės-įtampos charakteristiką, o jo varža visiškai priklauso nuo grandinės įtampos.
Dėl šios savybės varistoriai plačiai ir efektyviai naudojami elektros tinklų, mašinų ir įrangos, taip pat elektroninių komponentų, plokščių ir mikroschemų apsaugai, nepriklausomai nuo įtampos tipo. Jie turi mažas gamybos sąnaudas, yra patikimi naudoti ir gali atlaikyti dideles apkrovas.
Varistoriai naudojami tiek aukštos įtampos įrenginiuose iki 20 kV, tiek žemos įtampos įrenginiuose nuo 3 iki 200 V kaip įtampos ribotuvas. Tuo pačiu metu jie gali dirbti tiek tinkluose su kintamąja, tiek su nuolatine srove. Jie naudojami srovei ir įtampai reguliuoti ir stabilizuoti, taip pat apsaugos nuo viršįtampių įrenginiuose. Naudojamas projektuojant tinklo filtrus, maitinimo šaltinius, mobiliuosius telefonus, BPD ir kitos SPE.
Tipai ir veikimo principas
Veikiant įprastomis sąlygomis varistorius turi didžiulę varžą, kuri gali sumažėti, kai įtampa viršija slenkstinę vertę. Tai yra, jei įtampa grandinėje žymiai padidėja, varistorius pereina iš izoliacinės būsenos į elektrai laidžią būseną ir dėl lavinos efekto puslaidininkyje stabilizuoja įtampą, leisdamas per save didelę srovę.
Varistoriai gali dirbti su aukšta ir žema įtampa ir atitinkamai yra suskirstyti į dvi įrenginių grupes, turinčias tą patį veikimo principą:
- Aukšta įtampa: gali veikti grandinėse, kurių srovės vertės iki 20 kV (naudojamos tinklų ir įrangos apsaugos sistemose, apsaugos nuo viršįtampių įrenginiuose).
- Žema įtampa: šio tipo komponentų vardinė įtampa svyruoja nuo 3 iki 200 V (naudojama elektroniniams įrenginiams ir įrangos komponentams, kurių srovė yra 0,1 - 1A, apsaugoti ir yra sumontuoti maitinimo šaltinio įėjime arba išėjime).
Varistoriaus atsako laikas energijos antplūdis yra apie 25 ns, o tai yra puiki vertė, bet kai kuriais atvejais nepakankama. Todėl elektroninių komponentų gamintojai sukūrė smd rezistoriaus gamybos technologiją, kurios atsako laikas yra 0,5 ns.
Visų tipų varistoriai gaminami iš silicio karbido arba cinko oksido, sukepinant šią medžiagą su rišikliu (derva, molis, stiklas) aukštoje temperatūroje. Gavus puslaidininkinį elementą, jis iš abiejų pusių metalizuojamas litavimo metaliniais laidais prijungimui.
Žymėjimas, pagrindinės charakteristikos ir parametrai
Kiekvienas varistorių gamintojas savo gaminį žymi tam tikru būdu, todėl žymėjimo variantų ir jų interpretacijų yra gana daug. Labiausiai paplitęs rusiškas varistorius yra K275, o populiarūs užsienyje pagaminti komponentai yra 7n471k, kl472m ir kt.
Varistoriaus CNR-10d751k pavadinimą galima iššifruoti taip: CNR – metalo oksido varistorius; d - reiškia, kad komponentas yra disko formos; 10 yra disko skersmuo; 751 – šio įrenginio atsako įtampa (skaičiuojama pirmuosius du skaitmenis padauginus iš 10 iki galios, lygios trečiajam skaitmeniui, tai yra, 75 kartus 10 iki pirmojo laipsnio, gauname 750 V); k - leistinas vardinės įtampos nuokrypis, kuris yra 10% bet kuria kryptimi (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Pagrindinės varistorių charakteristikos yra šie parametrai:
Klasifikavimo įtampa - įtampa esant tam tikroms srovės, tekančios per varistorių, vertėms (Paprastai ši vertė yra 1 mA). Šis nustatymas yra sąlyginis ir neturi įtakos įrenginio pasirinkimui;
Didžiausia leistina įtampa – įtampos diapazonas (RMS arba RMS), kai varistorius pradeda mažinti savo varžą;
Didžiausia absorbcijos energija - charakteristika, rodanti energijos, kurią varistorius išsklaido ir nesugenda, kai veikiamas vienas impulsas, vertę (matuojamas džauliais);
Didžiausia viršįtampio srovė – normalizuoja srovės impulso kilimo laiką ir trukmę (matuojamas amperais);
Talpa yra labai svarbus parametras, kuris matuojamas esant uždarai būsenai ir tam tikru dažniu (nukrenta iki nulio, jei į varistorių patenka didelė srovė);
Tolerancija - nuokrypis nuo vardinio potencialo skirtumo abiem kryptimis (nurodyta procentais).
Atsakymo laikas - laiko intervalas, per kurį varistorius pereina iš uždaros būsenos į atvirą (dažniausiai keliasdešimt nanosekundžių).
Varistorių privalumai ir trūkumai
Svarbus nelinijinio rezistoriaus (varistoriaus) privalumas yra stabilus ir patikimas veikimas esant aukštiems dažniams ir didelėms apkrovoms. Jis naudojamas daugelyje įrenginių, veikiančių nuo 3 V iki 20 kV įtampa, yra gana paprasta ir pigu gaminti bei efektyviai eksploatuoti. Papildomi svarbūs privalumai:
- didelis atsako greitis (nanosekundės);
- ilgas tarnavimo laikas;
- galimybė stebėti įtampos kritimą (beinercinis metodas).
Nepaisant to, kad šis elektroninis komponentas turi daug privalumų, jis turi ir trūkumų, turinčių įtakos jo naudojimui įvairiose sistemose. Jie apima:
- žemo dažnio triukšmas veikimo metu;
- komponentų senėjimas (parametrų praradimas laikui bėgant);
- didelė talpa: priklauso nuo elemento įtampos ir tipo, yra nuo 70 iki 3200 pF ir turi įtakos įrenginio veikimui;
- esant maksimalioms įtampos vertėms, galia neišsisklaido – smarkiai perkaista ir sugenda esant ilgalaikėms maksimalioms įtampos vertėms.
Varistoriaus pasirinkimas
Norėdami pasirinkti tinkamą varistorių konkrečiam įrenginiui, turite žinoti jo maitinimo šaltinio charakteristikas: atsparumą ir trumpalaikių impulsų galią. Didžiausia leistina srovės vertė, be kita ko, nustatoma atsižvelgiant į jo ekspozicijos trukmę ir pakartojimų skaičių, todėl montuojant varistorių, kurio didžiausia srovės vertė yra neįvertinta, jis greitai suges.Trumpai tariant, norint efektyviai apsaugoti įrenginį, reikia pasirinkti varistorių, kurio įtampa turi mažą skirtumą nuo vardinės vertės.
Be to, norint, kad toks elektroninis komponentas veiktų be problemų, labai svarbus sugertos šiluminės energijos išsklaidymo greitis ir galimybė greitai grįžti į normalaus veikimo būseną.
Pavadinimas diagramoje ir varistoriaus prijungimo parinktys
Ant schemos varistorius paprastai žymimas, kaip ir įprastas rezistorius, bet šalia pasvirojo brūkšnio pridėtas U. Ši savybė diagramose rodo, kad šis elementas turi atsparumo priklausomybę nuo grandinės įtampos. Taip pat įjungta elektros schema šis elementas pažymėtas dviem raidėmis R ir U, pridedant serijos numerį (RU1, RU2 ... ir tt).
Varistorių prijungimo variantų yra daug, tačiau visiems metodams būdinga tai, kad šis komponentas yra prijungtas lygiagrečiai su maitinimo grandine. Todėl, nesant pavojingų įtampos impulsų verčių, srovė, teka per varistorių, turi mažą vertę (dėl didelių varžos verčių) ir jokiu būdu neturi įtakos sistemos veikimui. Atsiradus viršįtampai, varistorius pakeičia varžą iki mažų verčių, apkrova šuntuojama, o sugerta energija išsisklaido į aplinkinę erdvę.
Panašūs straipsniai:
