Варисторы – принцип работы, типы и применение

September 2, 2012 by admin Комментировать »

   Varistors (название образовано от двух слов Variable Resistors — изменяющиеся сопротивления) — это полупроводниковые (металлооксидные или оксидноцинковые) резисторы, обладающие свойством резко уменьшать свое сопротивление с 1000 МОм до десятков Ом при увеличении на них напряжения выше пороговой величины. В этом случае сопротивление становится тем меньше, чем больше действует напряжение. Типичная вольт-амперная характеристика варистора имеет резко выраженную нелинейную симметричную форму (рис. 1.4), т. е. он может работать и на переменном напряжении.

   Рис. 1.4. Вольт-амперная характеристика варистора

   Варисторы подсоединяют параллельно нагрузке, и при броске входного напряжения основной ток помехи протекает через них, а не через аппаратуру.

   Таким образом, варисторы рассеивают энергию помехи в виде тепла. Так же, как и газоразрядник, варистор является элементом многократного действия, но значительно быстрее восстанавливает свое высокое сопротивление после снятия напряжения.

   Достоинством варисторов, по сравнению с газрядниками, являются:

   + большее быстродействие;

   + безынерционное отслеживание перепадов напряжений;

   + выпускаются на более широкий диапазон рабочих напряжений (от 12 до 1800 В); о длительный срок эксплуатации;

   +    имеют более низкую стоимость.

   Они широко применяются в промышленном оборудовании и приборах бытового назначения:

   а) для защиты полупроводниковых приборов: тиристоров, симисторов, транзисторов, диодов, стабилитронов;

   б) для электростатической защиты входов радиоаппаратуры;

   в) для защиты от электромагнитных всплесков в мощных индуктивных элементах;

   г) как элемент искрогашения в электромоторах и переключателях.

   Типовое значение времени срабатывания варисторов при воздействии перенапряжения составляет не более 25 не, но для защиты некоторых видов оборудования его может оказаться недостаточно (для электростатической защиты необходимо не более 1 не). Поэтому совершенствование технологии изготовления варисторов во всем мире направлено на повышение их быстродействия. Так, например, фирме “S+M Epcos”, благодаря применению при изготовлении варисторов многослойной структуры SIOV-CN и их SMD-исполнения (безвыводная конструкция для поверхностного монтажа), удается добиться времени срабатывания менее 0,5 не (при расположении таких элементов на печатной плате для получения указанного быстродействия уже необходимо минимизировать индуктивности внешних соединительных проводников). В дисковой конструкции варисторов за счет индуктивности выводов время срабатывания увеличивается до нескольких наносекунд.

   Малое время срабатывания, высокая надежность, отличные пиковые электрические характеристики в широком диапазоне рабочей температуры при малых размерах ставят многослойные варисторы на первое место при выборе элементов защиты от статических зарядов.

   Рис. 1.5. Внешний вид варисторов

   Например, в области производства сотовых телефонов многослойные варисторы можно считать уже стандартом в защите от статического электричества. CN-варисторы могут надежно защищать от статических разрядов: клавиатуры, разъемы для подключения факса и модема, соединители зарядных устройств, входы интегральных аналоговых микросхем, выводы микропроцессоров.

   Основными параметрами, которые используют при описании характеристик варисторов, являются:

   Un — классификационное напряжение, обычно измеряемое при токе 1 мА, — это условный параметр, который указывается при маркировке элементов;

   Um – максимально допустимое действующее переменное

   напряжение (среднеквадратичное);

   Um= — максимально допустимое постоянное напряжение;

   Р — номинальная средняя рассеиваемая мощность, это та, которую варистор может рассеивать в течение всего срока службы при сохранении параметров в установленных пределах;

   W — максимальная допустимая поглощаемая энергия в джоулях (Дж), при воздействии одиночного импульса. От этой величины зависит, как долго может действовать перегрузка (с максимальной мощностью Рт) без опасности повредить варистор, т. е.:

   Ipp — максимальный импульсный ток, для которого время нарастания/длительность импульса: 8/20 мкс;

   Со — емкость, измеренная в закрытом состоянии, при работе ее значение зависит от приложенного напряжения, и когда вари-стор пропускает через себя большой ток, она падает до нуля.

   Для применения рабочее напряжение у варисторов выбирается исходя из допустимой энергии рассеяния и максимально допустимой амплитуды напряжения. Напряжение ограничения примерно равно квалификационному напряжению (Un) варистора. Для ориентировочных расчетов рекомендуется, чтобы на переменном напряжении оно не превышало Uвх <= 0,6Un, а на постоянном — Uвх < 0,85Un.

   Для сети с действующим напряжением 220 В (50 Гц) обычно устанавливают варисторы с классификационным напряжением не ниже 380…430 В. Для варистора с классификационным напряжением 430 В при импульсе тока 100 А напряжение будет ограничено на уровне около 600 В.

   В России крупнейшим производителем варисторов (СН2-1, BP-1, СН2-2) является завод «Прогресс» (г. Ухта). Параметры некоторых из них приведены в табл. 1.2.

   Таблица 1.2. Основные параметры варисторов отечественного производства

   Тип

   Un,

   Um~,

   Um=,

   W,

   варистора

   В

   В

   В

   Дж

   ВР-1-1

   10

   6

   8

   0,18

   ВР-1-1

   15

   9

   12

   0,26

   ВР-1-1

   22

   14

   18

   0,56

   ВР-1-1

   27

   17

   22

   0,64

   ВР-1-1

   33

   20

   26

   0,71

   СН2-1а

   СН2-16

   СН2-1В

   180

   115

   150

   37,8

   18,0

   4,5

   СН2-1а

   СН2-16

   СН2-1В

   200

   130

   170

   42.0

   20

   5.0

   СН2-2А,

   СН2-1а,

   СН2-16

   390

   250

   320

   125

   81,9

   40

   СН2-2А,

   СН2-1а,

   СН2-16

   430

   275

   350

   138

   90,3

   43

   Примечание. Емкость для отечественных варисторов не указывается.

   Из всего разнообразия выпускаемых за рубежом варисторов параметры одного из типов, имеющих дисковую конструкцию, приведены в табл. 1.3 (другие типы имеют близкие параметры). Они выпускаются на рабочие напряжения от 4 до 1500 В с небольшим шагом, но в продаже вы вряд ли найдете все номиналы из ряда (в случае необходимости можно заказать их изготовление на любое напряжение для поставки больших партий), но обычно можно использовать ближайшие номиналы из ряда в сторону увеличения напряжения.

   Таблица 1.3. Основные параметры дисковых варисторов серии TVR

   Тип

   варистора

   Un,

   В

   Um~,

   В

   Um=,

   В

   w,

   Дж

   Co,

   пФ

   TVR 05 180

   18

   11

   14

   0,4

   1600

   TVR 07 180

   18

   11

   14

   0,9

   3800

   TVR 10 180

   18

   11

   14

   2,1

   9000

   TVR 14180

   18

   11

   14

   4,0

   22000

   TVR 20 180

   18

   11

   14

   11,0

   44000

   TVR 05 270

   27

   17

   22

   0,6

   1260

   TVR 07 270

   27

   17

   22

   1,4

   2400

   TVR 10 270

   27

   17

   22

   3,0

   4800

   TVR 14 270

   27

   17

   22

   6,0

   12000

   TVR 20 270

   27

   17

   22

   18,0

   26000

   TVR 05 391

   390

   250

   320

   12

   85

   TVR 07 391

   390

   250

   320

   25

   160

   TVR 10 391

   390

   250

   320

   60

   270

   TVR 14 391

   390

   250

   320

   100

   500

   TVR 20 391

   390

   250

   320

   180

   1000

   TVR 05 431

   430

   275

   350

   13

   80

   TVR 07 431

   430

   275

   350

   28

   150

   TVR 10 431

   430

   275

   350

   65

   250

   TVR 14 431

   430 ‘

   275

   350

   115

   450

   TVR 20 431

   430

   275

   350

   190

   900

   Для повышения рассеиваемой мощности варисторы можно включать последовательно (или параллельно, если подбирать их по идентичным параметрам). Размеры варисторов зависят от мощности, но так как такие элементы работают при импульсной перегрузке, чаще указывают рассеиваемую энергию в джоулях:

   которая связана с мощностью соотношением:

   Для выбора варистора с необходимой энергией рассеивания для защиты нагрузок, потребляющих мощность более 1…2 кВт, в практических расчетах можно руководствоваться приведенной в [21] формулой:

   где W — максимальная мгновенная энергия в джоулях;

   Р — номинальная мощность нагрузки, приходящаяся на одну фазу, Вт;

   а — коэффициент нелинейности варистора;

   f — частота переменного напряжения, Гц;

   n — КПД защищаемой нагрузки.

   Максимально допустимое значение рассеиваемой энергии у примененного варистора должно превышать эту величину.

   Так как перегрев варистора приводит к его повреждению, выпускаются такие элементы и с уникальными свойствами, например, имеющие температурную защиту — размыкающий механический контакт в защищаемой цепи, что значительно повышает надежность работы узла.

   Сравнение основных характеристик варисторов разных типов можно найти в Интернет [Л 12]. Суть его заключается в том, что отечественные производители выпускают компоненты по техническим параметрам не хуже, чем это делают за рубежом (правда, приобрести их радиолюбителю намного сложней — в продаже чаще можно встретить импортные).

   В качестве основного недостатка варистора можно отметить его большую собственную емкость, которая вносится в цепь. В зависимости от конструкции, типа и номинального напряжения эта емкость может составлять от 80 до 30000 пФ. Впрочем, для некоторых применений большая емкость может быть и достоинством, например в фильтре, совмещающем в себе функцию ограничения напряжения (для таких применений можно заказать изготовление варисторов с повышенной емкостью). Вторым недостатком является меньшая максимальная допустимая рассеиваемая мощность по сравнению с разрядниками (для увеличения мощности рассеивания изготовители увеличивают размеры корпуса варистора).

    Литература:
Радиолюбителям: полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты