Κάθε ηλεκτρονική συσκευή που περιλαμβάνεται στο δίκτυο χρειάζεται προστασία από την υπέρβαση των οριακών τιμών του ρεύματος ή της τάσης. Διάφορες ασφάλειες και διακόπτες κυκλώματος χρησιμοποιούνται για προστασία ρεύματος, αλλά τα βαρίστορ χρησιμοποιούνται συχνότερα για την προστασία της συσκευής από υπέρταση. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε την αρχή λειτουργίας του βαρίστορ, τα χαρακτηριστικά, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτού του ηλεκτρονικού εξαρτήματος.
Περιεχόμενο
Τι είναι το βαρίστορ και πού χρησιμοποιείται
Varistor - Πρόκειται για μια μεταβλητή αντίσταση από ημιαγωγό υλικό, η οποία μπορεί να αλλάξει την ηλεκτρική αντίσταση ανάλογα με την τάση που εφαρμόζεται σε αυτήν.
Η αρχή λειτουργίας ενός τέτοιου ηλεκτρονικού εξαρτήματος διαφέρει από μια συμβατική αντίσταση και ποτενσιόμετρο. Πρότυπο αντίσταση έχει σταθερή τιμή αντίστασης ανά πάσα στιγμή, ανεξάρτητα από την τάση στο κύκλωμα, το ποτενσιόμετρο σάς επιτρέπει να αλλάξετε την αντίσταση χειροκίνητα περιστρέφοντας το κουμπί ελέγχου. Αλλά το βαρίστορ έχει ένα μη γραμμικό συμμετρικό χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης και η αντίστασή του εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την τάση στο κύκλωμα.
Λόγω αυτής της ιδιότητας, τα βαρίστορ χρησιμοποιούνται ευρέως και αποτελεσματικά για την προστασία ηλεκτρικών δικτύων, μηχανημάτων και εξοπλισμού, καθώς και ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, πλακών και μικροκυκλωμάτων, ανεξάρτητα από τον τύπο τάσης. Έχουν χαμηλό κόστος κατασκευής, είναι αξιόπιστα στη χρήση και είναι σε θέση να αντέχουν υψηλά φορτία.
Τα βαρίστορ χρησιμοποιούνται τόσο σε εγκαταστάσεις υψηλής τάσης έως 20 kV όσο και σε εγκαταστάσεις χαμηλής τάσης από 3 έως 200 V ως περιοριστής τάσης. Ταυτόχρονα, μπορούν να λειτουργήσουν τόσο σε δίκτυα με εναλλασσόμενο ρεύμα όσο και με συνεχές ρεύμα. Χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση και σταθεροποίηση του ρεύματος και της τάσης, καθώς και σε συσκευές προστασίας από υπερτάσεις. Χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό φίλτρων δικτύου, τροφοδοτικών, κινητών τηλεφώνων, SPD και άλλες SPE.
Τύποι και αρχή λειτουργίας
Όταν λειτουργεί υπό κανονικές συνθήκες, το βαρίστορ έχει τεράστια αντίσταση, η οποία μπορεί να μειωθεί όταν η τάση υπερβαίνει μια τιμή κατωφλίου. Δηλαδή, εάν η τάση στο κύκλωμα αυξηθεί σημαντικά, τότε το βαρίστορ περνά από κατάσταση μόνωσης σε ηλεκτρικά αγώγιμη κατάσταση και, λόγω του φαινομένου χιονοστιβάδας στον ημιαγωγό, σταθεροποιεί την τάση περνώντας ένα μεγάλο ρεύμα μέσα του.
Τα βαρίστορ μπορούν να λειτουργήσουν με υψηλή και χαμηλή τάση και, κατά συνέπεια, χωρίζονται σε δύο ομάδες συσκευών που έχουν την ίδια αρχή λειτουργίας:
- Υψηλή τάση: δυνατότητα λειτουργίας σε κυκλώματα με τιμές ρεύματος έως 20 kV (χρησιμοποιείται σε συστήματα προστασίας δικτύων και εξοπλισμού, σε συσκευές προστασίας από υπερτάσεις).
- Χαμηλή τάση: η ονομαστική τάση για αυτόν τον τύπο εξαρτημάτων κυμαίνεται από 3 έως 200 V (χρησιμοποιείται για την προστασία ηλεκτρονικών συσκευών και εξαρτημάτων εξοπλισμού με ρεύμα 0,1 - 1A και εγκαθίστανται στην είσοδο ή στην έξοδο της πηγής ισχύος).
Χρόνος απόκρισης Varistor στις κύμα δύναμης είναι περίπου 25 ns, η οποία είναι εξαιρετική τιμή, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις ανεπαρκής. Ως εκ τούτου, οι κατασκευαστές ηλεκτρονικών εξαρτημάτων έχουν αναπτύξει μια τεχνολογία για την κατασκευή μιας αντίστασης smd, η οποία έχει χρόνο απόκρισης 0,5 ns.
Τα βαρίστορ όλων των τύπων κατασκευάζονται από καρβίδιο του πυριτίου ή οξείδιο του ψευδαργύρου με πυροσυσσωμάτωση αυτού του υλικού με συνδετικό (ρητίνη, άργιλος, γυαλί) σε υψηλή θερμοκρασία. Μετά την παραλαβή ενός στοιχείου ημιαγωγού, επιμεταλλώνεται και στις δύο πλευρές με συγκόλληση μεταλλικών καλωδίων για σύνδεση.
Σήμανση, κύρια χαρακτηριστικά και παράμετροι
Κάθε κατασκευαστής βαρίστορ επισημαίνει το προϊόν του με συγκεκριμένο τρόπο, επομένως υπάρχει ένας αρκετά μεγάλος αριθμός επιλογών ονομασίας και οι ερμηνείες τους. Το πιο κοινό ρωσικό βαρίστορ είναι το K275 και δημοφιλή εξαρτήματα ξένης κατασκευής είναι τα 7n471k, kl472m και άλλα.
Η ονομασία του βαρίστορ CNR-10d751k μπορεί να αποκρυπτογραφηθεί ως εξής: CNR – βαρίστορ οξειδίου μετάλλου. ρε - σημαίνει ότι το στοιχείο έχει τη μορφή δίσκου. 10 είναι η διάμετρος του δίσκου. 751 – τάση απόκρισης για αυτήν τη συσκευή (ο υπολογισμός πραγματοποιείται πολλαπλασιάζοντας τα δύο πρώτα ψηφία επί 10 στην ισχύ ίση με το τρίτο ψηφίο, δηλαδή 75 επί 10 στον πρώτο βαθμό, παίρνουμε 750 V). κ - επιτρεπόμενη απόκλιση της ονομαστικής τάσης, η οποία είναι 10% προς οποιαδήποτε κατεύθυνση (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Τα κύρια χαρακτηριστικά των βαρίστορ είναι οι ακόλουθες παράμετροι:
Ταξινόμηση τάσης - τάση σε ορισμένες τιμές του ρεύματος που ρέει μέσω του βαρίστορ (τυπικά αυτή η τιμή είναι 1 mA). Αυτή η ρύθμιση είναι υπό όρους και δεν επηρεάζει την επιλογή συσκευής.
Μέγιστη επιτρεπόμενη τάση – εύρος τάσης (RMS ή RMS), στο οποίο το βαρίστορ αρχίζει να μειώνει την αντίστασή του.
Μέγιστη ενέργεια απορρόφησης - ένα χαρακτηριστικό που δείχνει την τιμή της ενέργειας που το βαρίστορ διαχέει και δεν αποτυγχάνει όταν εκτίθεται σε έναν μόνο παλμό (μετρημένο σε joules);
Μέγιστο ρεύμα υπέρτασης – ομαλοποιεί τον χρόνο ανόδου και τη διάρκεια του τρέχοντος παλμού (μετρημένο σε αμπέρ);
Χωρητικότητα είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος, η οποία μετριέται με την κλειστή κατάσταση και μια δεδομένη συχνότητα (πέφτει στο μηδέν εάν εφαρμοστεί μεγάλο ρεύμα στο βαρίστορ);
Ανοχή - απόκλιση από την ονομαστική διαφορά δυναμικού και στις δύο κατευθύνσεις (αναφέρεται ως ποσοστό).
Χρόνος απόκρισης - το χρονικό διάστημα για το οποίο το βαρίστορ περνά από την κλειστή κατάσταση στην ανοιχτή (συνήθως μερικές δεκάδες νανοδευτερόλεπτα).
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των βαρίστορ
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα μιας μη γραμμικής αντίστασης (βαρίστορ) είναι η σταθερή και αξιόπιστη λειτουργία της σε υψηλές συχνότητες και βαριά φορτία. Χρησιμοποιείται σε πολλές συσκευές που λειτουργούν με τάσεις από 3 V έως 20 kV, είναι σχετικά απλό και φθηνό στην κατασκευή και αποδοτικό στη λειτουργία του. Επιπλέον σημαντικά οφέλη είναι:
- υψηλή ταχύτητα απόκρισης (νανοδευτερόλεπτα).
- μεγάλη διάρκεια ζωής ·
- η δυνατότητα παρακολούθησης πτώσεων τάσης (μέθοδος χωρίς αδράνεια).
Παρά το γεγονός ότι αυτό το ηλεκτρονικό εξάρτημα έχει πολλά πλεονεκτήματα, έχει επίσης μειονεκτήματα που επηρεάζουν τη χρήση του σε διάφορα συστήματα. Αυτά περιλαμβάνουν:
- θόρυβος χαμηλής συχνότητας κατά τη λειτουργία.
- γήρανση εξαρτημάτων (απώλεια παραμέτρων με την πάροδο του χρόνου).
- μεγάλη χωρητικότητα: εξαρτάται από την τάση και τον τύπο του στοιχείου, είναι στην περιοχή από 70 έως 3200 pF και επηρεάζει την απόδοση της συσκευής.
- στις μέγιστες τιμές τάσης, η ισχύς δεν διαχέεται - υπερθερμαίνεται σημαντικά και αποτυγχάνει σε μακροπρόθεσμες τιμές μέγιστης τάσης.
Επιλογή Varistor
Για να επιλέξετε το σωστό βαρίστορ για μια συγκεκριμένη συσκευή, πρέπει να γνωρίζετε τα χαρακτηριστικά της πηγής ισχύος της: αντίσταση και ισχύς παροδικών παλμών. Η μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή ρεύματος καθορίζεται, μεταξύ άλλων, από τη διάρκεια της έκθεσής του και τον αριθμό των επαναλήψεων, επομένως, κατά την εγκατάσταση ενός βαρίστορ με υποεκτιμημένη τιμή αιχμής ρεύματος, θα αποτύχει γρήγορα.Εν ολίγοις, για αποτελεσματική προστασία της συσκευής, είναι απαραίτητο να επιλέξετε ένα βαρίστορ με τάση που έχει μικρό περιθώριο στην ονομαστική.
Επίσης, για την απρόσκοπτη λειτουργία ενός τέτοιου ηλεκτρονικού εξαρτήματος, είναι πολύ σημαντικός ο ρυθμός διάχυσης της απορροφούμενης θερμικής ενέργειας και η δυνατότητα γρήγορης επιστροφής στην κατάσταση κανονικής λειτουργίας.
Ονομασία στο διάγραμμα και επιλογές για τη σύνδεση του βαρίστορ
Στο συστήματα βαρίστορ συνήθως συμβολίζεται, ακριβώς όπως μια κανονική αντίσταση, αλλά με ένα U που προστίθεται δίπλα στην κάθετο. Αυτό το χαρακτηριστικό υποδεικνύει στα διαγράμματα ότι αυτό το στοιχείο έχει εξάρτηση από την αντίσταση από την τάση στο κύκλωμα. Επίσης σε διάγραμμα συνδεσμολογίας αυτό το στοιχείο επισημαίνεται με δύο γράμματα R και U με την προσθήκη ενός σειριακού αριθμού (RU1, RU2 ... κ.λπ.).
Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός επιλογών για τη σύνδεση βαρίστορ, αλλά το κοινό για όλες τις μεθόδους είναι ότι αυτό το εξάρτημα συνδέεται παράλληλα με το κύκλωμα ισχύος. Επομένως, ελλείψει επικίνδυνων τιμών παλμών τάσης, το ρεύμα που ρέει μέσω του βαρίστορ έχει μικρή τιμή (λόγω μεγάλων τιμών αντίστασης) και δεν επηρεάζει με κανέναν τρόπο την απόδοση του συστήματος. Όταν συμβαίνει μια υπέρταση, το βαρίστορ αλλάζει την αντίσταση σε μικρές τιμές, το φορτίο εκτρέπεται και η απορροφούμενη ενέργεια διαχέεται στον περιβάλλοντα χώρο.
Παρόμοια άρθρα:
