Варистор. Назначение, устройство и принцип работы

Варистор — это двухполюсное полупроводниковое устройство, которое защищает электрические и электронные устройства от переходных перенапряжений. Его сопротивление зависит от приложенного входного напряжения.

Слово варистор образовалось из двух слов «переменный» (variable) и резистор. Он также известен как резистор, зависящий от напряжения (voltage-dependent resistor VDR), сопротивление которого изменяется автоматически в зависимости от напряжения на нем.

Он всегда подключается параллельно с защищаемым устройством, так как его основная задача это защита электрической цепи от скачков напряжения.

На рисунке ниже показано представление варистора на электрических схемах:

Или более привычное нам изображение другого стандарта:

Они в основном используются для защиты цепи от колебаний высокого напряжения.

Устройство варистора

Варисторы «образуются», когда кристаллы карбида кремния или оксидов металлов вдавливаются в керамический материал.

Затем спекание материала проводится при высокой температуре после его высыхания. Электрические характеристики устройства зависят от температуры и атмосферных условий.

Чтобы иметь хорошо проводимые электрические контакты, контакты материала металлизированы серебром или медью. Затем провода припаиваются к контактам.

На рисунке ниже показан дисковый варистор:

В настоящее время это наиболее распространенные ограничители напряжения, которые можно использовать для широкого диапазона напряжений. Это нелинейное устройство, которое поглощает разрушающую энергию и рассеивает ее в виде тепла, чтобы предотвратить повреждение системы.

Обычно при его изготовлении используется оксид цинка, поэтому его также называют варистором на основе оксида металла.

На рисунке ниже показана структура металлооксидного варистора:

Здесь полупроводниковый элемент на 90% состоит из оксида цинка, а остальное — наполнитель, который образует соединение. Стандартный карбид кремния отличается от металлооксидного варистора тем, что MOV демонстрирует меньший ток утечки и его рабочая скорость выше.

Эксплуатация и характеристика варистора

Прежде чем приступить к изучению его работы, давайте сначала поймем связь между напряжением и сопротивлением варисторов.

На рисунке ниже показана зависимость сопротивления от напряжения для варистора:

Варисторы проявляют необычное поведение в случае изменения сопротивления. Здесь, как мы видим, когда напряжение малое, сопротивление на нем высокое. Но сопротивление быстро падает с ростом напряжения выше номинального напряжения (нелинейная зависимость).

Давайте теперь рассмотрим подробную работу варистора:

Когда на устройство подается малое напряжение, оно обеспечивает высокое сопротивление, из-за которого через него протекает очень малый ток. Когда напряжение увеличивается — ток увеличивается ввиду падения сопротивления элемента.

В этом и есть ключевая особенность работы варисторов. Таким образом, при малых напряжениях устройство ведет себя как изолятор, а с повышением напряжения начинает вести себя как проводник.

На рисунке ниже показана вольт-амперная характеристика варистора:

Как мы видим на графике, пока напряжение срабатывания не будет достигнуто, устройство остается в непроводящем состоянии. Таким образом, мы можем видеть линейную зависимость между напряжением и током. В это время через него протекает ток утечки очень малого значения из-за высокого сопротивления.

Однако после превышения напряжением уровня срабатывания варистор меняет свое состояние и становится проводником. Таким образом, мы видим, что сопротивление стало очень малым, и через него течет большой ток, даже после того, как напряжение ограничено после номинального напряжения.

Достоинства варисторов

• Обеспечивает превосходную защиту от перенапряжения.
• Поскольку он не показывает полярный эффект, легко достичь двунаправленности.

Недостатки варисторов

• Его стоимость довольно высока.

Применение варисторов

Они имеют очень широкое применение в защитных устройствах, таких как защита линий связи, защита микропроцессоров и источников питания, кабельного телевидения от и других электронных схем от перенапряжения.

Варистор | это… Что такое Варистор?

Обозначение на схеме

Вари́стор (англ. vari(able) (resi)stor — переменный резистор) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, то есть обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода. Благодаря отсутствию сопровождающих токов при скачкообразном изменении приложенного напряжения, варисторы являются основным элементом для производства устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). В русскоязычной литературе часто применяется термин разрядник^{[источник не указан 288 дней]} для обозначения варистора или устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) на основе варистора.

Изготовление

Изготавливают варисторы спеканием при температуре около 1700 °C полупроводника — преимущественно порошкообразного карбида кремния SiC или оксида цинка ZnO, и связующего вещества (глина, жидкое стекло, лаки, смолы и др.). Далее поверхность полученного элемента металлизируют и припаивают к ней выводы.

Конструктивно варисторы выполняются обычно в виде дисков, таблеток, стержней; существуют бусинковые и плёночные варисторы. Широкое распространение получили стержневые подстроечные варисторы с подвижным контактом.

Вольт-амперные характеристики варисторов: синие — на основе ZnO, красные — на основе SiC.

Разные варисторы

Свойства

Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным нагревом соприкасающихся граней многочисленных кристаллов карбида кремния (или иного полупроводника). При локальном повышении температуры на границах кристаллов сопротивление последних существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов.

Один из основных параметров варистора — коэффициент нелинейности λ — определяется отношением его статического сопротивления R к динамическому сопротивлению R_d:

,

где U и I — напряжение и ток варистора.

Коэффициент нелинейности лежит в пределах 2-10 у варисторов на основе SiC и 20-100 у варисторов на основе ZnO.

Температурный коэффициент сопротивления варистора — отрицательная величина.

Применение

Низковольтные варисторы изготавливают на рабочее напряжение от 3 до 200 В и ток от 0,1 мА до 1 А; высоковольтные варисторы — на рабочее напряжение до 20 кВ.

Варисторы применяются для стабилизации и регулирования низкочастотных токов и напряжений, в аналоговых вычислителях — для возведения в степень, извлечения корней и других математических действий, в цепях защиты от перенапряжений (например, высоковольтные линии электропередачи, линии связи, электрические приборы) и др.

Высоковольтные варисторы применяются для изготовления ограничителей перенапряжения.

Как электронные компоненты, варисторы дёшевы и надёжны, способны выдерживать значительные электрические перегрузки, могут работать на высокой частоте (до 500 кГц). Среди недостатков — значительный низкочастотный шум и старение — изменение параметров со временем и при колебаниях температуры.

Параметры

• Вольт-амперная характеристика
• Классификационное напряжение, В — напряжение при определённом токе (обычно изготовители указывают при 1 мА), практической ценности не представляет.
• Рабочее напряжение (Operating voltage) В (для пост. тока Vdc и Vrms — для переменного) — диапазон — от нескольких В до нескольких десятков кВ; данное напряжение должно быть превышено только при перенапряжениях.
• Рабочий ток (Operating Current), А — диапазон — от 0,1 мА до 1 А
• Максимальный импульсный ток (Peak Surge Current), А
• Поглощаемая энергия (Absorption energy), Дж
• Коэффициент нелинейности
• Температурные коэффициенты (статич. сопротивления, напряжения, тока) — для всех типов варисторов не превышает 0,1 % на градус

Литература

• В. Г. Герасимов, О. М. Князьков, А. Е. Краснопольский, В. В. Сухоруков (Под ред. В. Г. Герасимова). Основы промышленной электроники: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1978.
• В. Г. Колесников (главный редактор). Электроника: Энциклопедический словарь. — 1-е изд. — М.: Сов. энциклопедия, 1991. — С. 54. — ISBN 5-85270-062-2

Ссылки

• Устройства защиты от импульсных перенапряжений. Компонентная база УЗИП

Принцип работы, конструкция и применение

Обычно в электронных схемах мы сталкиваемся с токами и напряжениями порядка миллиампер и милливольт. Электронные схемы имеют очень высокое входное сопротивление и очень чувствительны. Наши обычные методы защиты от перегрузки по току или защиты от перенапряжения здесь неприменимы. Нам нужно быстрое и чувствительное устройство. Варистор — это устройство, которое отвечает нашим требованиям и очень эффективно контролирует скачки напряжения, тем самым защищая нашу цепь. Название этого может быть получено из переменного резистора. Силовые электронные устройства, работающие с большими токами, также защищены варисторами. Хотя доступны многие типы варисторов, мы ограничимся варистором на основе оксида металла, широко известным как MOV.

Определение: Как следует из названия, это переменный резистор, но в отличие от реостата или потенциометра, где точка гадюки должна физически перемещаться вручную или автоматически для изменения сопротивления. Варистор представляет собой полупроводниковый прибор, который становится проводящим после достижения порогового значения напряжения. Поскольку он зависит от напряжения, его также называют резистором, зависящим от напряжения, или VDR. Это неполярное устройство, и его можно использовать как для переменного, так и для постоянного напряжения. Различные символы, обычно используемые для варисторов, приведены ниже.

Символы варистора

Принцип работы варистора

Чтобы понять принцип работы варистора, давайте сначала разберемся, как в цепи/системе возникают скачки и скачки напряжения. Большинство шипов переключаются. Когда мы отключаем индуктивную цепь, создается скачок высокого напряжения из-за (L.di/dt). Этот скачок создается из-за внезапного высвобождения энергии, запасенной в индуктивности. Согласно эмпирическому правилу, говорят, что включение перенапряжения в два раза превышает ток, а выключение перенапряжения — в два раза больше напряжения. Такие перенапряжения также могут оказать неблагоприятное воздействие на все оборудование, находящееся поблизости.

Варистор обеспечивает путь с высоким сопротивлением к низкому напряжению и путь с низким сопротивлением к высокому напряжению. Это изменение сопротивления в зависимости от напряжения видно из кривой статического сопротивления варистора. Эта характеристика нелинейна и не подчиняется закону Ома.

Изменение сопротивления

В случае высокого напряжения происходит бросок тока через варистор из-за уменьшенного сопротивления, что возвращает напряжение в допустимые пределы. Чтобы понять его работу, давайте посмотрим на изображение, показывающее подключение варистора, который всегда параллелен защищаемой цепи. Это делается для того, чтобы обеспечить альтернативный путь тока, чтобы зафиксировать напряжение.

Принципиальная схема

Характеристики варистора

Из характеристик VI можно сделать следующие выводы.

Характеристики

• Характеристики идентичны в обратном и прямом направлении (первый и третий квадранты одинаковы)
• За пределами безопасной/рабочей зоны увеличение тока резкое и крутое. На этом этапе варистор переходит из изолирующего состояния в проводящее.
• И в непроводящем состоянии ведет себя как конденсатор. Поскольку это начинает проводить максимальный импульсный ток, который будет принимать варистор, зависит от ширины импульса и его повторений. Если он выйдет за свои пределы и не сможет рассеять генерируемое тепло, он перегреется и взорвется.

Конструкция варистора

Металлооксидный варистор (MOV) состоит из изоляционного материала, который представляет собой оксид цинка (ZnO). Этот оксид цинка спрессован с образованием поддона керамического типа. Только около 10% некоторого наполнителя используется для правильного формирования соединения, а остальные 90% составляют оксид цинка.

Конструкция варистора

Конструкция имеет два вывода, а внешняя оболочка выполнена из твердой эпоксидной смолы. Он очень похож на дисковый конденсатор. Другие детали конструкции приведены ниже

Важно отметить, что перед использованием варистор необходимо правильно выбрать из широкого спектра. Основным критерием является напряжение, которое должно быть на 15-20 процентов выше рабочего напряжения.

Преимущества и недостатки варистора

Преимущества

• Это очень чувствительное и быстродействующее устройство защиты от перенапряжения.
• Поскольку это биполярное устройство, его можно использовать как для переменного, так и для постоянного тока.

Недостатков

• Это довольно дорого.
• Может выйти из строя, если скорость нарастания напряжения и пик слишком велики.
• Не обеспечивает никакой защиты от перегрузки по току.

Применение

приложений варистора :

• Он может использоваться для защиты от перенапряжения между линиями.
• Может использоваться для защиты линии от перенапряжения.
• Отлично подходит для защиты полупроводников.
• Его можно подключить между замыкающими и размыкающими контактами для защиты переключателя от импульсных перенапряжений, которые в противном случае могут привести к повторному пробоям.

Узнайте больше о токоизмерительных клещах.

Часто задаваемые вопросы

1). Как проверить варистор?

Его можно проверить, подключив его к источнику переменного напряжения и определив напряжение, при котором он меняет свое состояние с изолирующего на проводящее. Это напряжение должно соответствовать спецификациям. В противном случае в цепи мы можем просто увидеть ее проводимость с помощью мультиметра

2). У варистора есть полярность?

Не имеет полярности, так как является биполярным устройством и может использоваться как на переменном, так и на постоянном токе. Его конструкция симметрична.

3). Что происходит, когда варистор выходит из строя?

Варистор выходит из строя, если скорость нарастания напряжения и пик слишком велики, в этом случае бросок тока превысит свои пределы и произойдет разрыв. Он также может выйти из строя из-за деградации и показать непрерывность даже при низком напряжении.

4). Как работает варистор MOV?

Он работает, пропуская допустимое напряжение и создавая короткое замыкание, если напряжение превышает его пределы, тем самым обеспечивая испытание основного оборудования.

5) Что такое напряжение варистора?

Напряжение варистора — это напряжение, при превышении которого он переходит из изолирующего состояния в проводящее. Как правило, это напряжение на варисторе, если через него проходит ток силой один миллиампер.

Таким образом, речь идет об обзоре варистора, который необходим для защиты дорогостоящего электронного и электрического оборудования и устройств. Его правильный выбор является ключом к его применению. Металлооксидный варистор (MOV) превзошел все другие варисторы, такие как диоды Зенера и т. д., и широко используется в настоящее время. Вот вопрос к вам, какие бывают типы варисторов?

404 | TTI Европа

Онлайн-сервисы TTI доступны только для участников,
пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить доступ!

Извиняюсь! У вас нет доступа к этой онлайн-службе в аккаунте: {{appAccount.accountNumber}}

Аккаунты не найдены

Пожалуйста, выберите одну из следующих учетных записей, у которых есть доступ.

{{account.accountDisplayData}}

Ни один аккаунт не имеет доступа.

Щелкните здесь, чтобы узнать больше о статусе заказа.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше о ezReview.

Извиняюсь! У вас нет доступа к этой онлайн-службе в аккаунте: {{selectedAccount.accountNumber}}

Аккаунты не найдены

Приложение {{serviceName}} в настоящее время недоступно.

Пожалуйста, выберите одну из следующих учетных записей, у которых есть доступ.

{{account.accountDisplayData}}

Нет доступа к учетным записям. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы узнать больше о ezBuy.

Нет доступа к учетным записям. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы узнать больше о ezBuy.

Доступ к вашей услуге {{serviceName}} в настоящее время недоступен, так как ваша корзина «привязана» к учетной записи TTI. которого нет в вашем профиле {{serviceName}}. Вероятно, это произошло из-за того, что ваша корзина содержит одну или несколько деталей. со сниженными ценами.

Чтобы восстановить доступ к ezBuy, очистите корзину, разместив заказ или удалив детали со скидкой. Цены.

Если у вас есть другие вопросы, позвоните своему торговому представителю TTI.

Корзина заблокирована для:
{{selectedAccount.accountNumber}}
{{selectedAccount.billingAddress.name}}
{{selectedAccount.billingAddress.streetAddress}}
{{selectedAccount.billingAddress.city}}, {{selectedAccount.billingAddress.state.stateShortName}} {{selectedAccount.billingAddress.zip}}
{{selectedAccount.billingAddress.country.countryShortName}}

• {{supportModalInfo.firstName}} {{supportModalInfo.lastName}}
• {{supportModalInfo.title}}
• {{supportModalInfo.branch}}
• {{supportModalInfo.phone}}
• {{supportModalInfo.email}}

• {{supportModalInfoTwo.firstName}} {{supportModalInfoTwo.lastName}}
• {{supportModalInfoTwo.title}}
• {{supportModalInfoTwo.branch}}
• {{supportModalInfoTwo.