Варистори - надійний засіб для придушення стрибків напруги в первинних електричних ланцюгах. Компанія Littelfuse випускає широку лінійку цих виробів, що складається з декількох серій, в числі яких - лідери галузі по розсіюється енергії, індустріальні варистори серії C-III.
Щоб бути впевненим у надійному функціонуванні розроблювального пристрою, потрібно вже на ранніх етапах розробки продумати придушення стрибків напруги. Це може бути комплексним завданням, тому що електронні компоненти дуже чутливі до перехідних процесів. Розробник повинен визначити тип загрози, через яку можуть виникати скачки напруги, і те, яким стандартам має відповідати пристрій, виходячи з області його застосування. Варистори найчастіше застосовуються для придушення стрибків напруги в первинних ланцюгах. Компаній-виробників варисторів на ринку чимало. Розглянемо різні типи варисторів, зупинимося на їх фізичної сутності і порівняємо варистори лідера ринку захисних компонентів - компанії Littelfuse - з варисторами інших популярних виробників - Epcos і Fenghua.
Варистор - електронний прилад, опір якого нелінійно змінюється зі зміною подається на нього напруги, його вольт-амперна характеристика (ВАХ) схожа з ВАХ двонапрямлених діодів Зенера. Варистор складається, в основному, з оксиду цинку ZNO з невеликим вмістом вісмуту, кобальту, магнію та інших елементів. Варистор з оксиду металу (Metal Oxide Varistor або MOV) спікається в процесі виробництва в керамічний напівпровідник з кристалічною микроструктурой, яка дозволяє розсіювати дуже великі енергії, тому варистори часто використовуються для захисту від стрибків напруги, викликаних ударами блискавок, пов'язаних з перехідними процесами, з індуктивними навантаженнями, електростатичними розрядами в ланцюгах змінного і постійного струму, а також в промислових лініях живлення. Крім цього, варистори використовуються в мережах з постійною напругою, наприклад, в низьковольтних джерелах живлення або автомобільних ланцюгах. Процес виробництва варисторів дозволяє надати їм різноманітну форму. Однак найбільш поширеним форм-фактором варисторів є диск c радіальними висновками.
характеристики варістора
Тіло варістора є ізотропну гранулярную структуру оксиду цинку ZnO (рисунок 1). Гранули відокремлені один від одного, і їх межа поділу має ВАХ, схожу з pn-переходом в напівпровідниках. Ці кордони при низькій напрузі мають дуже низьку провідність, яка нелінійно збільшується зі збільшенням напруги на варисторі.
Мал. 1. Фотографія гранулярной структури варістора, зроблена за допомогою електронного мікроскопа
Симетрична ВАХ показана на малюнку 2. Завдяки їй варістор відмінно справляється з придушенням стрибків напруги. Коли вони з'являються в ланцюзі, опір варистора зменшується у безліч разів: від майже непровідного стану до високопровідного, зменшуючи імпульс напруги до безпечного для ланцюга значення. Таким чином, потенційно небезпечна для елементів ланцюга енергія вхідного імпульсу напруги абсорбується варистором і захищає компоненти, чутливі до перепадів напруги.
Мал. 2. Симетрична ВАХ варистора
У місцях зіткнення мікрогранул варістора виникає ефект провідності. Так як кількість гранул в обсязі варістора дуже велике, що абсорбується варистором енергія значно перевищує енергію, яка може пройти через одиничний pn перехід в діодах Зенера. В процесі проходження струму через варистор весь проходить заряд рівномірно розподіляється по всьому об'єму. Таким чином, кількість енергії, яку може абсорбувати варістор, безпосередньо залежить від його обсягу. Величина робочої напруги варістора і максимального струму залежать від відстані між електродами, між якими знаходяться гранули оксиду цинку. Однак є безліч інших технологічних моментів, які обумовлюють ці електричні параметри: технологія гранулювання і спікання, що впливає на розмір гранул і їх площу зіткнення, приєднання металевих висновків, покриття варістора, легуючі добавки. Наприклад, діапазон робочих температур дискових варисторів залежить від типу покриття диска: в варисторов з епоксидним покриттям діапазон -55 ... 85 ° С, у фенолового покриття, зустрічається в варисторов Littelfuse серії C-III, цей діапазон розширений до 125 ° С. Також розширений діапазон робочих температур має більшість серій варисторів для поверхневого монтажу.
Розглянемо докладніше принцип роботи варістора.
В його корпусі між металевими контактами знаходяться гранули із середнім розміром d (рисунок 3).
Мал. 3. Схематичне зображення мікроструктури метал-оксидного варістора
Струмопровідні гранули оксиду цинку із середнім розміром гранули d розділені між собою межгранулярнимі межами.
При розробці варістора для заданого номінального напруги Vn основним параметром є кількість гранул n, укладених між контактами, що, в свою чергу, впливає на розмір варістора. На практиці його матеріал характеризується градієнтом напруги В / мм, измеренном в колінеарну напрямку з нормаллю до площини варістора. Для контролю складу і умов виробництва градієнт повинен бути постійним. Так як фізичні розміри варістора мають певні межі, то поєднання домішок в складі приладу дозволяє досягти заданого розміру гранул і потрібного результату.
Фундаментальною властивістю ZnO-варістора є його практично постійне падіння напруги на кордонах гранул у всьому обсязі. Спостереження показують, що незалежно від виду варістора, падіння напруги на кордоні дотику гранул завжди становить 2 ... 3 В. Падіння напруги на кордонах гранул не залежить і від розміру самих гранул. Таким чином, якщо опустити різні способи виробництва і легування оксиду цинку, то напруга варістора буде залежати від його товщини і розміру гранул. Ця залежність може бути легко виражена в наступному вигляді (формула 1):
, (1)
де d - середній розмір гранули.
З огляду на
,
отримуємо дані, представлені в таблиці 1.
Таблиця 1. Залежність структурних параметрів варістора від напруги
Напруга варистора Vn, В ~ Середній розмір
гранули, мкм n Градієнт, В / мм
при 1 мА Товщина варістора, мм 150 20 75 150 1,5 25 80 12 39 1
Напруга варистора Vn - це напруга на вольт-амперної характеристики, де відбувається перехід з слабкопровідних стану на лінійній ділянці графіка в нелінійний режим високопровідного стану. За спільною домовленістю для стандартизації вимірювань був обраний ток 1 мА.
Незважаючи на те, що варистори можуть за кілька мікросекунд абсорбувати велику кількість енергії, вони не можуть довго перебувати в провідному стані. Тому в деяких випадках, коли, наприклад, напруга в мережі на тривалий час збільшується до рівня спрацьовування, варістор починається сильно грітися. Його перегрів може закінчитися пожежею (рисунок 4). Для захисту від цього стали застосовуватися термістори. Варистор з вбудованим термістором захищений від перегріву, що продовжує термін служби і захищає пристрій від можливого загоряння.
Мал. 4. Результат збільшення напруги в мережі на тривалий час
Проведемо порівняльний аналіз найбільш популярних варисторів виробництва компаній Littelfuse, Epcos і Fenghua з робочою напругою 250 і 275 В (АС rms) і діаметром диска 10, 14 і 20 мм.
Як видно з таблиці 2, що розсіюється варистором енергія залежить не тільки від його розмірів, але і від технології виробництва і матеріалів, які використані для випуску серії. Зауважимо, що серія індустріального класу С-III виробництва компанії Littelfuse вийшла на перше місце, серія UltraMOV теж показала дуже високі характеристики, опинившись на рівні конкурентів - серії Advanced виробництва Epcos. Також можна відзначити, що варистори C-III при меншому розмірі не (D = 14 мм) мають велику енергію розсіювання, ніж стандартні серії конкурентів, що мають великі розміри (D = 20 мм), а різниця в розсіюється енергії між якісними варисторами в корпусі D = 20 мм і стандартними варисторами в корпусі D = 10 мм може відрізнятися на порядок.
Таблиця 2. Порівняльний аналіз найбільш популярних варисторів виробництва компаній Littelfuse, Epcos і Fenghua
Найменування Виробник Серія D, мм VRMS, В Imax (8/20 мкс), А Wmax (2 мс), Дж V275LA40CP Littelfuse C-III 20 275 10000 320 V250LA40CP Littelfuse C-III 20 250 10000 300 B72220S2271K101 , S20K275E2 Epcos AdvanceD 20 275 10000 215 B72220S2251K101 , S20K250E2 Epcos AdvanceD 20 250 10000 195 V20E275P Littelfuse UltraMOV® 20 275 6500 190 V20E250P Littelfuse UltraMOV® 20 250 6500 170 B72220S0271K101 , S20K275 Epcos StandarD 20 275 8000 151 V275LA20CP Littelfuse C-III 14 275 6500 145 FNR-20K431 Fenghua General 20 275 6500 140 B72220S0251K101 , S20K250 Epcos StandarD 20 250 8000 140 V250LA20CP Littelfuse C-III 14 250 6500 135 FNR-20K391 Fenghua General 20 250 6500 130 B72214S2271K101 , S14K275E2 Epcos AdvanceD 14 275 6000 110 V14E275P Littelfuse UltraMOV® 14 275 4500 110 B72214S2251K101 , S14K250E2 Epcos AdvanceD 14 250 6000 100 V14E250P Littelfuse UltraMOV® 14 250 4500 100 FNR-14K431 Fenghua General 14 275 4500 75 B72214S0271K101 , S14K275 Epcos StandarD 14 275 4500 71 FNR-14K391 Fenghua General 14 250 4500 70 V275LA10CP Littelfuse C-III 10 275 3500 70 B72214S0251K101 , S14K250 Epcos StandarD 14 250 4500 65 V250LA10CP Littelfuse C-III 10 250 3500 60 B72210S2271K101 , S10K275E2 Epcos AdvanceD 10 275 3500 55 V10E275P Littelfuse UltraMOV® 10 275 2500 55 B72210S2251K101 , S10K250E2 Epcos AdvanceD 10 250 3500 50 V10E250P Littelfuse UltraMOV® 10 250 2500 50 FNR-10K431 Fenghua General 10 275 2500 45 B72210S0271K101 , S10K275 Epcos StandarD 10 275 2500 43 FNR-10K391 Fenghua General 10 250 2500 40 B72210S0251K101 , S10K250 Epcos StandarD 10 250 2500 38
Огляд варисторів виробництва компанії Littelfuse c розбивкою на серії і області застосування представлений в таблиці 3.
Таблиця 3. Області застосування варисторів Littelfuse
Сегмент Типове застосування і приклади Серія Технологія SMD-монтаж Низьковольтне обладнання, одноплатні пристрої наладонних і портативні прилади, контролери, вимірювальне обладнання, комп'ютери, дистанційні датчики, порти введення / виводу і інтерфейси, медичне обладнання СН MOV + MA, ZA, RA, UltraMOV, CIII MOV ML, MLE, MLN, MHS MLV + Електромережі, мережеві фільтри джерела безперебійного живлення, вимірювачі потужності, джерела живлення змінної напруги, LED-драйвери, блоки живлення, промислові джерела живлення, автомати, мережеві фільтри, побутових я електроніка, управління живленням TMOV, UltraMOV, CIII, LA, HA, HB, HG, HF, DHB, TMOV34S, RA MOV - SM20, SM7, CH MOV + Автомобільна електроніка ABS, шини даних, контролери електродвигунів, сервоприводи, подушки безпеки, управління дзеркалами, склопідйомниками, щітками SM7, CH MOV - ZA, LV UltraMOV MOV - AUML, ML, MLE, MLN, MHS MLV + Телекомунікаційне обладнання Стільникові й DECT-телефони, роутери, модеми, мережеві карти, захист абонентського обладнання, T1 / E1 / ISDN, захист шин даних SM7, CH MOV - ZA, LV UltraMOV MOV - SM20, SM7, ML, MLE, MLN, MHS MLV + Потужне індустріальне устаткування Силові реле, соленоїди, драйвери е ектродвігателей, джерела живлення, роботи, великі двигуни / насоси / компресори DA / DB, BA / BB, CA, HA, HB, HC, HG, HF, DHB, TMOV34S, CIII, UltraMOV MOV -
література
- http://www.littelfuse.com/.
- Electronics Circuit Protection Product Selection Guide.
- http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/product_catalogs/littelfuse_product_selection_guide.pdf.pdf.
- Metal-Oxide Varistors (MOVs).
- http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/product_catalogs/littelfuse_varistor_catalog.pdf.pdf.
Отримання технічної інформації , замовлення зразків , замовлення і доставка .
Про компанію Littelfuse
Компанія Littelfuse є провідним світовим виробником компонентів і пристроїв для захисту електричних та електронних кіл будь-якого роду. Поставляються компанією компоненти і системи, у багатьох випадках є життєво важливими для пристроїв в практично всіх галузях і видах продукції: від побутової електроніки і автомобілів до електроенергетики. Littelfuse пропонує найбільш широкий і повний спектр компонентів та систем захисту ланцюгів на ринку електронних компонентів. Компанія розширює і н ... читати далі