Každé elektronické zařízení, které je součástí sítě, potřebuje ochranu proti překročení prahových hodnot proudu nebo napětí. Pro proudovou ochranu se používají různé pojistky a jističe, ale k ochraně zařízení před přepětím se nejčastěji používají varistory. V tomto článku se budeme zabývat principem fungování varistoru, jeho charakteristikami, výhodami a nevýhodami této elektronické součástky.
Obsah
Co je varistor a kde se používá
Varistor - Jedná se o proměnný rezistor vyrobený z polovodičového materiálu, který je schopen měnit svůj elektrický odpor v závislosti na napětí, které je na něj přivedeno.
Princip činnosti takové elektronické součástky se liší od běžného odporu a potenciometru. Standard odpor má kdykoliv konstantní hodnotu odporu, bez ohledu na napětí v obvodu, potenciometr umožňuje ručně měnit odpor otáčením ovládacího knoflíku. Ale varistor má nelineární symetrickou charakteristiku proud-napětí a jeho odpor zcela závisí na napětí v obvodu.
Díky této vlastnosti jsou varistory široce a efektivně využívány k ochraně elektrických sítí, strojů a zařízení, ale i elektronických součástek, desek a mikroobvodů bez ohledu na typ napětí. Mají nízké výrobní náklady, jsou spolehlivé při používání a jsou schopny odolat vysokému zatížení.
Varistory se používají jak ve vysokonapěťových instalacích do 20 kV, tak v nízkonapěťových instalacích od 3 do 200 V jako omezovač napětí. Mohou přitom pracovat jak v sítích se střídavým, tak i stejnosměrným proudem. Používají se k regulaci a stabilizaci proudu a napětí a také v přepěťových ochranách. Používá se při návrhu síťových filtrů, napájecích zdrojů, mobilních telefonů, SPD a další SPE.
Druhy a princip činnosti
Při provozu za normálních podmínek má varistor obrovský odpor, který se může snížit, když napětí překročí prahovou hodnotu. To znamená, že pokud se napětí v obvodu výrazně zvýší, pak varistor přejde z izolačního stavu do elektricky vodivého stavu a vlivem lavinového efektu v polovodiči stabilizuje napětí průchodem velkého proudu přes sebe.
Varistory mohou pracovat s vysokým a nízkým napětím, a proto jsou rozděleny do dvou skupin zařízení, která mají stejný princip činnosti:
- Vysoké napětí: schopné provozu v obvodech s proudovými hodnotami do 20 kV (používané v ochranných systémech sítí a zařízení, v přepěťových ochranách).
- Nízké napětí: jmenovité napětí pro tento typ součástek se pohybuje od 3 do 200 V (používá se k ochraně elektronických zařízení a součástí zařízení s proudem 0,1 - 1A a jsou instalovány na vstupu nebo výstupu napájecího zdroje).
Doba odezvy varistoru při přepětí je asi 25 ns, což je výborná hodnota, ale v některých případech nedostatečná. Výrobci elektronických součástek proto vyvinuli technologii výroby rezistoru smd, který má dobu odezvy 0,5 ns.
Varistory všech typů jsou vyráběny z karbidu křemíku nebo oxidu zinečnatého slinováním tohoto materiálu s pojivem (pryskyřice, jíl, sklo) při vysoké teplotě. Po přijetí polovodičového prvku je tento oboustranně pokoven pájecími kovovými vývody pro spojení.
Značení, hlavní charakteristiky a parametry
Každý výrobce varistorů označuje svůj produkt určitým způsobem, takže možností označení a jejich výkladů je poměrně velké množství. Nejběžnějším ruským varistorem je K275 a oblíbené komponenty zahraniční výroby jsou 7n471k, kl472m a další.
Označení varistoru CNR-10d751k lze dešifrovat následovně: CNR – varistor z oxidu kovu; d - znamená, že komponenta je ve formě disku; 10 je průměr disku; 751 – odezvové napětí pro toto zařízení (výpočet se provede vynásobením prvních dvou číslic 10 na výkon rovnající se třetí číslici, tj. 75 krát 10 na první stupeň, dostaneme 750 V); k - přípustná odchylka jmenovitého napětí, která je 10% v libovolném směru (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Hlavní charakteristiky varistorů jsou následující parametry:
Klasifikační napětí - napětí při určitých hodnotách proudu protékajícího varistorem (typicky je tato hodnota 1 mA). Toto nastavení je podmíněné a neovlivňuje výběr zařízení;
Maximální povolené napětí - rozsah napětí (RMS nebo RMS), kdy varistor začíná snižovat svůj odpor;
Maximální absorpční energie - charakteristika znázorňující hodnotu energie, kterou varistor rozptýlí a neselže, když je vystaven jedinému pulzu (měřeno v joulech);
Maximální rázový proud – normalizuje dobu náběhu a dobu trvání aktuálního pulzu (měřeno v ampérech);
Kapacita je velmi důležitý parametr, který se měří se zavřeným stavem a danou frekvencí (klesne na nulu, pokud je do varistoru přiveden velký proud);
Tolerance - odchylka od jmenovitého rozdílu potenciálu v obou směrech (uvedeno v procentech).
Doba odezvy - časový interval, po který varistor přejde ze zavřeného stavu do otevřeného (obvykle několik desítek nanosekund).
Výhody a nevýhody varistorů
Důležitou výhodou nelineárního rezistoru (varistoru) je jeho stabilní a spolehlivý provoz při vysokých frekvencích a velkém zatížení. Používá se v mnoha zařízeních pracujících s napětím od 3 V do 20 kV, je poměrně jednoduchý a levný na výrobu a efektivní v provozu. Další důležité výhody jsou:
- vysoká rychlost odezvy (nanosekundy);
- dlouhá životnost;
- schopnost sledovat poklesy napětí (metoda bez setrvačnosti).
Navzdory skutečnosti, že tato elektronická součástka má spoustu výhod, má také nevýhody, které ovlivňují její použití v různých systémech. Tyto zahrnují:
- nízkofrekvenční hluk během provozu;
- stárnutí součásti (ztráta parametrů v průběhu času);
- velká kapacita: závisí na napětí a typu prvku, je v rozsahu od 70 do 3200 pF a ovlivňuje výkon zařízení;
- při maximálních hodnotách napětí se výkon neztrácí - výrazně se přehřívá a při dlouhodobých maximálních hodnotách napětí selhává.
Výběr varistoru
Chcete-li vybrat správný varistor pro konkrétní zařízení, musíte znát vlastnosti jeho napájecího zdroje: odpor a výkon přechodných impulsů. Maximální povolená hodnota proudu je dána mimo jiné délkou jeho expozice a počtem opakování, proto při instalaci varistoru s podhodnocenou špičkovou hodnotou proudu rychle selže.Stručně řečeno, pro účinnou ochranu zařízení je nutné zvolit varistor s napětím, které má malou rezervu na jmenovité.
Pro bezporuchový provoz takové elektronické součástky je také velmi důležitá rychlost rozptylu absorbované tepelné energie a schopnost rychlého návratu do stavu běžného provozu.
Označení na schématu a možnosti připojení varistoru
Na schémata varistor obvykle označené, stejně jako běžný odpor, ale s přidaným U vedle lomítka. Tato vlastnost ve schématech ukazuje, že tento prvek má závislost odporu na napětí v obvodu. Také na elektrické schéma tento prvek je označen dvěma písmeny R a U s doplněním pořadového čísla (RU1, RU2 ... atd.).
Možností připojení varistorů je velké množství, ale společné pro všechny způsoby je, že tato součástka je zapojena paralelně s napájecím obvodem. Proto při absenci nebezpečných hodnot napěťových impulzů má proud, který protéká varistorem, malou hodnotu (kvůli velkým hodnotám odporu) a nijak neovlivňuje výkon systému. Při vzniku přepětí varistor změní odpor na malé hodnoty, zátěž se posune a absorbovaná energie se rozptýlí do okolního prostoru.
Podobné články:
