Всяко електронно устройство, което е включено в мрежата, се нуждае от защита срещу превишаване на праговите стойности на ток или напрежение. За защита на тока се използват различни предпазители и прекъсвачи, но най-често за защита на устройството от пренапрежение се използват варистори. В тази статия ще разгледаме принципа на работа на варистора, неговите характеристики, предимства и недостатъци на този електронен компонент.
Съдържание
Какво е варистор и къде се използва
Варистор - Това е променлив резистор, изработен от полупроводников материал, който може да променя електрическото си съпротивление в зависимост от приложеното към него напрежение.
Принципът на работа на такъв електронен компонент се различава от обикновения резистор и потенциометър. Стандартно резистор има постоянна стойност на съпротивлението по всяко време, независимо от напрежението във веригата, потенциометърът ви позволява да променяте съпротивлението ръчно чрез завъртане на копчето за управление. Но варисторът има нелинейна симетрична характеристика на тока-напрежение и неговото съпротивление зависи изцяло от напрежението във веригата.
Поради това свойство варисторите се използват широко и ефективно за защита на електрически мрежи, машини и оборудване, както и електронни компоненти, платки и микросхеми, независимо от вида на напрежението. Те имат ниска производствена цена, надеждни са в употреба и са в състояние да издържат на големи натоварвания.
Варисторите се използват както във високоволтови инсталации до 20 kV, така и в инсталации с ниско напрежение от 3 до 200 V като ограничител на напрежението. В същото време те могат да работят както в мрежи с променлив ток, така и с постоянен ток. Използват се за регулиране и стабилизиране на тока и напрежението, както и в устройства за защита от пренапрежение. Използва се при проектирането на мрежови филтри, захранвания, мобилни телефони, SPD и други SPE.
Видове и принцип на действие
Когато работи при нормални условия, варисторът има огромно съпротивление, което може да намалее, когато напрежението надвиши прагова стойност. Тоест, ако напрежението във веригата се увеличи значително, тогава варисторът преминава от изолационно състояние в електропроводимо състояние и поради лавинния ефект в полупроводника стабилизира напрежението, като пропуска голям ток през себе си.
Варисторите могат да работят с високо и ниско напрежение и съответно са разделени на две групи устройства, които имат същия принцип на работа:
- Високо напрежение: може да работи във вериги със стойности на тока до 20 kV (използва се в защитни системи на мрежи и оборудване, в устройства за защита от пренапрежение).
- Ниско напрежение: номиналното напрежение за този тип компоненти варира от 3 до 200 V (използва се за защита на електронни устройства и компоненти на оборудването с ток от 0,1 - 1A и се монтират на входа или изхода на източника на захранване).
Време за реакция на варистор при скок на тока е около 25 ns, което е отлична стойност, но в някои случаи недостатъчна. Поради това производителите на електронни компоненти са разработили технология за производство на smd резистор, който има време за реакция от 0,5 ns.
Всички видове варистори се изработват от силициев карбид или цинков оксид чрез синтероване на този материал със свързващо вещество (смола, глина, стъкло) при висока температура. След получаване на полупроводников елемент, той се метализира от двете страни със запояващи метални проводници за свързване.
Маркировка, основни характеристики и параметри
Всеки производител на варистори етикетира продукта си по определен начин, така че има доста голям брой опции за обозначение и техните интерпретации. Най-разпространеният руски варистор е K275, а популярни чуждестранни компоненти са 7n471k, kl472m и други.
Обозначението на варистор CNR-10d751k може да се дешифрира, както следва: CNR – металооксиден варистор; д - означава, че компонентът е под формата на диск; 10 е диаметърът на диска; 751 – напрежение на реакция за това устройство (изчисляването става чрез умножаване на първите две цифри по 10 до мощността, равна на третата цифра, тоест 75 по 10 до първа степен, получаваме 750 V); к - допустимо отклонение на номиналното напрежение, което е 10% във всяка посока (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Основните характеристики на варисторите са следните параметри:
Класификационно напрежение - напрежение при определени стойности на тока, протичащ през варистора (обикновено тази стойност е 1mA). Тази настройка е условна и не засяга избора на устройство;
Максимално допустимо напрежение – диапазон на напрежението (RMS или RMS), при което варисторът започва да намалява съпротивлението си;
Максимална абсорбционна енергия - характеристика, показваща стойността на енергията, която варисторът разсейва и не се поврежда, когато е изложен на единичен импулс (измерено в джаули);
Максимален ударен ток – нормализира времето на нарастване и продължителността на текущия импулс (измерено в ампери);
Капацитет е много важен параметър, който се измерва при затворено състояние и дадена честота (пада до нула, ако се приложи голям ток към варистора);
Толерантност - отклонение от номиналната потенциална разлика в двете посоки (посочено като процент).
Време за реакция - интервалът от време, за който варисторът преминава от затворено състояние в отворено (обикновено няколко десетки наносекунди).
Предимства и недостатъци на варисторите
Важно предимство на нелинейния резистор (варистор) е неговата стабилна и надеждна работа при високи честоти и големи натоварвания. Използва се в много устройства, работещи с напрежение от 3 V до 20 kV, сравнително прост и евтин за производство и ефективен при работа. Допълнителни важни предимства са:
- висока скорост на реакция (наносекунди);
- дълъг експлоатационен живот;
- възможността за наблюдение на спада на напрежението (безинерционен метод).
Въпреки факта, че този електронен компонент има много предимства, той има и недостатъци, които засягат използването му в различни системи. Те включват:
- нискочестотен шум по време на работа;
- стареене на компонентите (загуба на параметри с течение на времето);
- голям капацитет: зависи от напрежението и вида на елемента, е в диапазона от 70 до 3200 pF и влияе върху работата на устройството;
- при максимални стойности на напрежението мощността не се разсейва - прегрява значително и се проваля при дългосрочни стойности на максимално напрежение.
Избор на варистор
За да изберете правилния варистор за определено устройство, трябва да знаете характеристиките на неговия източник на захранване: съпротивление и мощност на преходните импулси. Максималната допустима стойност на тока се определя, наред с други неща, от продължителността на неговото излагане и броя на повторенията, следователно, когато инсталирате варистор с подценена стойност на пиков ток, той бързо ще се провали.Накратко, за ефективна защита на устройството е необходимо да изберете варистор с напрежение, което има малък марж спрямо номиналното.
Също така, за безпроблемната работа на такъв електронен компонент, скоростта на разсейване на погълнатата топлинна енергия и способността за бързо връщане към състоянието на нормална работа са много важни.
Обозначение на диаграмата и опции за свързване на варистор
На схеми варистор обикновено обозначено, точно като обикновен резистор, но с добавено U до наклонената черта. Тази характеристика показва в диаграмите, че този елемент има зависимост на съпротивлението от напрежението във веригата. Също така на електрическа схема този елемент е маркиран с две букви R и U с добавяне на сериен номер (RU1, RU2 ... и т.н.).
Има голям брой опции за свързване на варистори, но общото за всички методи е, че този компонент е свързан паралелно със захранващата верига. Следователно, при липса на опасни стойности на импулсите на напрежението, токът, който протича през варистора, има малка стойност (поради големите стойности на съпротивлението) и не влияе по никакъв начин на работата на системата. Когато възникне пренапрежение, варисторът променя съпротивлението до малки стойности, товарът се шунтира и погълнатата енергия се разсейва в околното пространство.
Подобни статии:
