Что такое варистор и для чего он нужен?

Варистор – что это такое, каков его принцип работы и схема включения?

instrument.guru > Электроника > Варистор – что это такое, каков его принцип работы и схема включения?

Варистор – это радиоэлектронный элемент, применяемый в цепях защиты электронных приборов от перенапряжений в сети.

Он представляет собой полупроводниковый резистор, имеющий нелинейную вольт-амперную характеристику. Сопротивление варистора изменяется от сотен Мом до десятков Ом в зависимости от приложенного напряжения.

Обозначение варистора на схеме – это обозначение резистора, перечёркнутого ломаной линией, подразумевающей нелинейность.

Принцип работы варистора

В нормальном режиме работы полупроводниковый резистор имеет высокое сопротивление, но когда напряжение превышает номинальное, его сопротивление сильно падает, а ток возрастает из-за лавинного эффекта. Напряжение на нём остаётся на уровне чуть выше номинального, иными словами в этом режиме работает как стабилитрон.

Подключенный на входе цепей питания, полупроводниковый резистор вносит в цепь собственную ёмкость, которую нужно учитывать при проектировании, чтобы обеспечить устойчивую работу устройства. Значение ёмкости имеет прямо пропорциональную зависимость от площади и обратно пропорциональную от толщины.

Чтобы правильно подобрать элемент защиты от перегрузок цепей источника питания электронного устройства, необходимо знать входное сопротивление источника и мощность импульсов, возникающих при переходных процессах.

Длительность и период повторений выбросов напряжения определяет максимальное значение тока, которое может пропускать варистор. Если максимальное (пиковое) значение мало, то он перегреется и выйдет из строя.

Значит, для работы без отказов элемент должен эффективно рассеивать энергию импульса переходного процесса с возвратом в исходное состояние.

Классификация, достоинства и недостатки

По рабочему напряжению полупроводниковые резисторы делятся на :

• на высоковольтные ( рабочее напряжение до 20кВ);
• низковольтные ( от 3 до 200В).

Высоковольтные применяются для защиты от перенапряжений в электросетях и электроустановках, а низковольтные – для защиты цепей питания радиоэлектронных приборов и устройств.

К положительным характеристикам полупроводникового резистора можно отнести:

• способность работать на высоких частотах с большими нагрузками;
• невысокая стоимость;
• широкая применяемость;
• надёжность;
• простота применения.

Его недостатки проявляются в создании повышенного низкочастотного шума и в зависимость их вольт-амперной характеристики от температуры.

Технология изготовления

Варисторы изготавливают из порошков оксида цинка и карбида кремния на основе технологии, называемой «керамической». Технология заключается в прессовании элементов из порошков с обжигом их в высокотемпературной печи и покрытием корпуса электроизоляционным и влагостойким лаком.

Стандартная технология позволяет изготавливать полупроводниковые резисторы по индивидуальному заказу.

Параметры

Полупроводниковые резисторы характеризуются следующими параметрами:

• номинальное напряжение классификационное (В) – напряжение при котором варистор пропускает ток в 1 mA;
• напряжение максимально допустимое переменное (В)– это величина переменного напряжения, при котором ток варистора резко возрастает и он выполняет свои защитные функции;
• напряжение максимально допустимое постоянное (В)– величина постоянного напряжения, при котором, как и в предыдущем случае, варистор переходит в режим защиты;
• напряжение ограничения максимальное (В)– величина максимального напряжения, которое варистор выдерживает без повреждения; при превышении его он выходит из строя: растрескивается, выгорает или разрушается на куски;
• Максимальная поглощаемая энергия (Дж) – это максимальная энергия импульса, которую рассеивает варистор в виде тепла без разрушения;
• Время срабатывания (нс) – время, в течение которого он переходит из высокоомного состояния в низкоомное; у большинства варисторов оно составляет десятки наносекунд;
• Допустимое отклонение – значение отклонения от напряжения квалификационного (%). Выражается в виде стандартизованного ряда ±5%, ±10%, ±20% и т. д.

Маркировка варисторов, обозначения

На корпусе каждого элемента имеется маркировка из букв и цифр, расшифровка которых поведает о характеристиках электронного элемента.

Первые буквы в маркировке означают вид элемента: СН – сопротивление нелинейное.

Цифра, следующая далее, говорит о материале, из которого изготовлен элемент, к примеру, 1 означает, что материал изготовления – карбид кремния.

Цифра в маркировке между двух дефисов – тип конструкции: 1 – стержневая, 2- дисковая.

Последующие цифры в ряду маркировки означают номинальное напряжение и допустимое отклонение в процентах.

Исправен ли варистор, как проверить?

Исправность элемента можно проверить несколькими способами:

• Визуальным осмотром с целью определения подгораний, растрескиваний корпуса, потемнения корпуса, которые говорят о возможной неисправности элемента;
• Измерением сопротивления с помощью омметра или мультиметра.

Заключение

В данной статье мы узнали, что такое варистор – это резистор из полупроводникового материала с нелинейной вольт-амперной характеристикой, который надёжным и простым способом защиты электронных приборов от импульсных перегрузок.

В случае резкого превышения номинального напряжения питания, полупроводниковый резистор резко понижая своё сопротивление, шунтирует цепь питания и берёт на себя нагрузку по резко возросшему току.

Источник: https://instrument.guru/elektronika/varistor-chto-eto-takoe-printsip-raboty.html

Варистор. Что это такое? Принцип работы

Резистор можно охарактеризовать как пассивный элемент электрической цепи. Резисторы используются в основном для контроля электрических параметров (напряжения и тока) в электроцепи, используя физическое свойство резистора, называемое сопротивлением.

Существуют различные типы резисторов:

• резисторы с постоянным сопротивлением (углеродные, пленочные, металлопленочные, проволочные)
• резисторы с переменным сопротивлением (проволочные переменные резисторы, потенциометры, металлокерамические переменные резисторы, реостаты)
• особый тип резисторов, например, фоторезистор, варистор и так далее.

В этой статье подробно обсудим принцип работы варистора, схема подключения  и применение варистора на практике. Но, в первую очередь мы должны знать, что же такое варистор.

Варистор. Что это такое?

Варистор — это особый тип резистора, сопротивление которого изменяется под действием приложенного к нему напряжения. Поэтому его еще называют вольта зависимый резистор (VDR).  Это нелинейный полупроводниковый элемент получил свое название от слова переменный резистор (VARiable resistor)

Эти варисторы используются в качестве защитного устройства для предотвращения кратковременных всплесков напряжения переходных процессов в электроцепи. По внешнему виду и размеру варистор схож с конденсатором, поэтому его часто путают с ним.

Паяльная станция Eruntop 8586D

Цена: 3900.00 руб.     Бесплатная доставка.

Принцип работы варистора

В обычном рабочем состоянии варистор имеет высокое сопротивление. Всякий раз, когда переходное напряжение резко возрастает, сопротивление варистора тут же уменьшаться. Таким образом, он начитает проводить через себя ток, снижая тем самым напряжение до безопасного уровня.

Существуют различные типы исполнения, однако варистор на основе окиси металла является наиболее часто используемым в электронных устройствах.

Как было сказано выше, основное назначение варистора в электронных схемах — защита цепи от чрезмерного всплеска напряжения переходных процессов.

Эти переходные процессы обычно происходят из-за разряда статического электричества и грозовых перенапряжений.

Принцип работы варистора можно легко понять, взглянув на кривую зависимости сопротивления от приложенного напряжения.

На графике  выше видно, что во время нормального рабочего напряжения (скажем низкого напряжения) сопротивление его очень высоко  и если напряжение превышает номинальное значение варистора, то его сопротивление начинает уменьшаться.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) варистора  показанная на рисунке выше. Из рисунка видно, небольшое изменение напряжения вызывает значительное изменение тока.

Это происходит потому, что, всякий раз, когда приложенное напряжение превышает или равно номинальному напряжению, происходит лавинный эффект, переводящий варистор в состояние электропроводности в результате снижения сопротивления.

Таким образом, даже, несмотря на быстрый рост малого тока утечки, напряжение будет чуть выше номинального значения. Следовательно, варистор будет регулировать напряжение переходных процессов относительно приложенного напряжения.

Применение варистора

На рисунке выше показаны примеры применения варистора в различных системах защиты электроснабжения. Рассмотрим каждый случай по отдельности.

Данная схема представляет собой защиту однофазной линии питания. Если напряжение переходных процессов поступает из сети на клеммы питания устройства, то данный всплеск уменьшит сопротивление варистора и таким образом произойдет защита электрической цепи.

Следующая схема представляет собой защиту однофазной линии с заземлением. В этом случае варистор подключен аналогично предыдущей схеме с дополнительным включением варисторов по линии заземления.

Третья схема предназначена для защиты полупроводниковых переключателей (транзистор, тиристор, симистор), которые коммутируют индуктивную нагрузку.

И последняя схема предназначена для защиты переключателя (контактов) от искрения   при включении электродвигателя.

Справочник по варисторам – скачать (скачено: 1 353)

Источник: http://fornk.ru/1998-varistor-chto-eto-takoe-princip-raboty/

Работа прибора варистор: использование и принципы эксплуатации, маркировка и фото применения

Для обеспечения защиты электрических цепей специалисты применяют широкий набор самых разнообразных устройств. Одним из таких приборов является варистор.

Он срабатывает при возникновении серьезных скачков в системе, тем самым регулируя ее работу. Как и любое другое устройство, варистору необходимы регулярные проверки его технического состояния.

Из данной статьи можно узнать о наиболее важной информации, связанной с его функционированием.

Что такое варистор?

Для начала следует остановиться на том, что представляет собой это устройство.

1. Данный прибор – это полупроводниковый резистор, уровень проводимости которого зависит от такого показателя, как величина приложенного напряжения.
2. Кроме того, он относится к нелинейным типам приборов.

Принцип работы варистора прост. При наличии в электрической цепи нормального уровня напряжения варистор пропускает через себя малый ток. В случае достижения в системе, в силу обстоятельств, предельных значений напряжения, варистор открывается и пропускает все токовые силы . Таким образом, осуществляется регулировка работы электрической цепи.

Маркировка варисторов

В настоящее время каждый производитель устанавливает свою маркировку на эти типы приборов. Это объясняется тем, что производимые приборы имеют разные технические характеристики. Например, предельно допустимое напряжение или необходимый для функционирования уровень тока.

Наиболее распространенными маркировками является обозначение вида CNR, которая дополняется такими элементами, как 07D390K. Обозначения имеют следующее значение:

1. CNR – серия варистора. Приборы с данным обозначением являются металлооксидными.
2. 07 – величина устройства в диаметре (7 миллиметров).
3. D – дисковый прибор.
4. 390 – предельно допустимый показатель уровня напряжения.

Основные параметры

Главными параметрами такого прибора являются:

• Величина напряжения.
• Предельно допустимый уровень переменного напряжения.
• Предельно допустимый уровень постоянного напряжения.
• Максимально возможное поглощение энергии, выраженное в джоулях.
• Время срабатывания.
• Допустимые погрешности в работе.

Как проверить варистор?

Для осуществления диагностики приборов предназначены специальные устройства, которые носят название тестеров. Для проведения проверки тестер необходимо включить и перевести в режим сопротивления. В том случае, если техническое состояние тестируемого аппарата отвечает всем необходимым требованиям, то данные на тестере будут отличаться очень большой величиной.

Если вы решили проверить свой прибор, то также следует удостовериться в его должном внешнем виде. Посмотрите внимательно, нет ли на приборе трещин и не подгорел ли он в каких-нибудь местах. Не стоит игнорировать данный совет и принижать роль внешнего вида аппарата – по утверждениям специалистов, тщательный визуальный осмотр прибора помогает избежать возникновения многих неприятных ситуаций.

Применение варисторов

В современном мире такой вид аппаратов имеют довольно широкую область применения. Они незаменимы в таких областях, как промышленное производство: их устанавливают на оборудовании. Частенько незаменим в бытовом применении. Эти проборы выполняют ряд важнейших функций:

1. Обеспечивают надежную защиту полупроводниковых устройств – различных типов тиристоров, диодов и стабилизаторов.
2. Создают высокий уровень электростатической защиты для входов разного рода радиоаппаратуры.
3. Препятствуют негативному воздействию электромагнитных всплесков в устройствах с высокой индуктивной мощностью.
4. Используются в качестве элемента для погашения искр в переключателях и другом оборудовании.

Достоинства

Этот вид аппаратов обладает целым рядом неоценимых преимуществ по сравнению с разрядниками и многими другими приборами.

К основным преимуществам можно отнести:

• Высокую скорость работы.
• Отслеживание резких перепадов уровня напряжения в системе происходит в безинерционном режиме.
• Предполагают применение при уровне напряжения в цепи от 12 до 1800 В.
• Долгий срок эксплуатации.
• Доступная стоимость.

Недостатки

Однако, наряду с большим количеством преимуществ перед другими приборами прибор имеет также и некоторые недостатки. Среди них можно назвать такие моменты, как:

1. Большой размер собственной емкости, вносимой в электрическую цепь. В зависимости от технических характеристик варистора – его конструкции, вида и максимально допустимого уровня напряжения данный показатель может равняться от 80 до 3000 пФ. Однако следует отметить, что в некоторых случаях большой объем вносимой в систему емкости может и сыграть на руку и превратиться в достаточно весомое достоинство. Например, при использовании тиристора в разнообразных фильтрах. В данной ситуации емкость будет ограничивать уровень напряжения в цепи.
2. Разрядники обладают более высоким показателем предельно допустимой способности рассеивать мощность, нежели варистор. Некоторые производители для увеличения данного показателя существенно увеличивают размеры выпускаемых варисторов. Что следует помнить при установке варистора? В том случае, если вам необходимо включить варистор в самодельную систему, следует знать о некоторых важных моментах.

Во-первых, всегда нужно помнить, что иногда могут наступать так называемые критические условия – они с большой долей вероятности могут привести к взрыву устройства. Для предотвращения взрыва предназначены специальные устройства – защитные экраны. В них помещается вся конструкция варистора.

Во-вторых, следует не забывать, что кремневые варисторы по своим техническим характеристикам значительно уступают оксидным. Поэтому наиболее оптимальным вариантом является приобретение именно оксидного варистора.

Источник: https://elektro.guru/osnovy-elektrotehniki/rabota-varistora-princip-ekspluatacii-i-markirovka.html

Варистор. Принцип работы и применение

Варистор является пассивным двухвыводным, твердотельным полупроводниковым прибором, который используется для обеспечения защиты электрических и электронных схем. В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, которые обеспечивают защиту по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения с помощью стабилизации напряжения подобно стабилитрону.

Слово «Варистор» является аббревиатурой и сочетанием слов «Varistor — variable resistor», резистор, имеющий переменное сопротивление, что в свою очередь описывает режим его работы. Его буквальный перевод с английского (Переменный Резистор) может немного ввести в заблуждения — сравнивая его с потенциометром или реостатом.

Но, в отличие от потенциометра, сопротивление которого может быть изменено вручную, варистор меняет свое сопротивления автоматически с изменением напряжения на его контактах, что делает его сопротивление зависимым от напряжения, другими словами его можно охарактеризовать как нелинейный резистор.

В настоящее время резистивный элемент варистора изготавливают из полупроводникового материала. Это позволяет использовать его как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Варистор во многом похож по размеру и внешнему виду на конденсатор и его часто путают с ним. Тем не менее, конденсатор не может подавлять скачки напряжения таким же образом, как варистор.

Всплески напряжения возникают в различных электрических схемах независимо от того, работают они от сети переменного или постоянного тока.

Они часто возникают в самой схеме или поступают в нее от внешних источников.

 Высоковольтные всплески напряжения могут быстро нарастать и доходить до нескольких тысяч вольт, и именно от этих импульсов напряжения необходимо защищать электронные компоненты схемы.

Один из самых распространенных источников подобных импульсов – индуктивный выброс, вызванный переключением катушек индуктивности, выпрямительных трансформаторов, двигателей постоянного тока, скачки напряжения от включения люминесцентных ламп и так далее.

Форма волны переменного тока в переходном процессе

Варисторы подключаются непосредственно к цепям электропитания (фаза — нейтраль, фаза-фаза) при работе на переменном токе, либо плюс и минус питания при работе на постоянном токе и должны быть рассчитаны на соответствующее напряжение. Варисторы также могут быть использованы для стабилизации постоянного напряжения и главным образом для защиты электронной схемы от высоких импульсов напряжения.

Статическое сопротивление варистора

При нормальной работе, варистор имеет очень высокое сопротивление, поэтому его работа схожа с работой стабилитрона. Однако, когда на варисторе напряжение превышает номинальное значение, его эффективное сопротивление сильно уменьшается, как показано на рисунке выше.

Мы знаем из закона Ома, что ток и напряжение имеют прямую зависимость при постоянном сопротивлении. Отсюда следует, что ток прямо пропорционален разности потенциалов на концах резистора.

Но ВАХ (вольт-амперная характеристика) варистора не является прямолинейной, поэтому в результате небольшого изменения напряжения происходит значительное изменение тока. Ниже приведена кривая зависимости тока от напряжения для типичного варистора:

Когда нет всплесков напряжения, в квадранте IV наблюдается постоянное значение тока, это ток утечки, составляющий всего несколько мкА, протекающий через варистор.

Из-за своего высокого сопротивления, варистор не оказывает влияние на цепь питания, пока напряжение находится на номинальном уровне.

 Номинальный уровень напряжения (классификационное напряжение) — это такое напряжение, которое необходимо приложить на выводы варистора, чтобы через него проходил ток в 1 мА.

В свою очередь величина этого напряжения будет отличаться в зависимости от материала, из которого изготовлен варистор.

При превышении классификационного уровня напряжения, варистор совершает переход от изолирующего состояния в электропроводящее состояние. Когда импульсное напряжение, поступающее на варистор, становится больше, чем номинальное значение, его сопротивление резко снижается за счет лавинного эффекта в полупроводниковом материале.

При этом малый ток утечки, протекающий через варистор, быстро возрастает, но в тоже время напряжение на нем остается на уровне чуть выше напряжения самого варистора. Другими словами, варистор стабилизирует напряжение на самом себе путем пропускания через себя повышенного значения тока, которое может достигать не одну сотню ампер.

Емкость варистора

Поскольку варистор, подключаясь к обоим контактам питания, ведет себя как диэлектрик, то при нормальном напряжении он работает скорее как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистор имеет определенную емкость, которая прямо пропорциональна его площади и обратно пропорциональна его толщине.

При применении в цепях постоянного тока, емкость варистора остается более-менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не больше номинального, и его емкость резко снижается при превышении номинального значения напряжения. Что касается схем на переменном токе, то его емкость может влиять на стабильность работы устройств.

Подбор варистора

Чтобы для конкретного устройства правильно подобрать варистор, желательно знать сопротивление источника и мощность импульсов переходных процессов.

Варисторы на основе оксидов металлов имеют широкий диапазон рабочего напряжения, начиная от 10 вольт и заканчивая свыше 1000 вольт переменного или постоянного тока.

В общем необходимо знать на каком уровне напряжения нужно защитить схему электроприбора и взять варистор с небольшим запасом, например для сети 230 вольт подойдет варистор на 260 вольт.

Максимальное значение тока (пиковый ток) на которое должен быть рассчитан варистор, определяется длительностью и количеством повторений всплесков напряжения.

Таким образом, для безотказной работы, варистор должен быстро рассеивать поглощенную им энергию переходного импульса и безопасно возвращаться в исходное состояние.

Варианты подключения варистора

Подведем итог

В данной статье мы узнали, что варистор это тип полупроводникового резистора, имеющий нелинейную ВАХ. Он является надежным и простым средством обеспечения защиты от перегрузки и скачков напряжения.

 Варисторы применяются в основном в чувствительных электронных схемах.

В случае если питающее напряжение неожиданно превышает нормальное значение, варистор защищает схему за счет резкого снижения собственного сопротивления, шунтируя цепь питания и пропуская через себя пиковый ток, доходящий порой до сотен ампер.

Классификационное напряжение варистора — это напряжение на самом варисторе при протекании через него тока в 1 мА. Эффективность работы варистора в электронной или электрической цепи зависит от правильного его выбора в отношении напряжения, тока и силы энергии всплесков.

Скачать справочные материалы по зарубежным варисторам (3,0 Mb, скачано: 4 190)

Источник: http://www.joyta.ru/7117-varistor-princip-raboty-i-primenenie/

Применение варисторов

Частой причиной выхода из строя оборудования, например, блоков питания, является наличие в сети импульсов перенапряжения. Они могут быть вызваны различными электромагнитными помехами, связанными с грозовыми разрядами, либо с коммутацией и разрядами индуктивных и емкостных элементов цепи, а также соответствующими переходными процессами.

На практике, для защиты элементов цепи от импульсных перенапряжений используют RC-цепочки, LC-фильтры, а также специальные устройства, называемые разрядниками.

Разрядники обычно подключаются параллельно защищаемому оборудованию и представляют собой нелинейные резисторы с высоким сопротивлением в обычном состоянии (рабочее открытое состояние), и резко уменьшенным после приложения импульса напряжения.

К числу разрядников обычно относят:

-газонаполненные (искровые) разрядники;-кремниевые ограничительные диоды, стабилитроны;

-варисторы.

Газонаполненные разрядники характеризуются наиболее широким диапазоном напряжений срабатывания, однако, к их недостаткам следует отнести:

1) недопустимо большое падение напряжения на разряднике, которое может возникать перед его срабатыванием и приводить к повреждению защищаемого объекта.

2) в некоторых случаях, из-за малого напряжения горения газоразрядника в цепях постоянного тока, он не гасится. Поэтому возможен тепловой перегрев и разрушение разрядника за счет остаточного тока.

Кремниевые ограничительные диоды обычно имеют свойство однополярности. Их вольтамперная характеристика (ВАХ), хотя и обладает обычно большой крутизной, но не является симметричной относительно напряжения.

Конечно, допускается возможность встречного включения двух диодов (в комбинации с резисторами для ограничения тока через диод, и конденсатором для фильтрации), однако, альтернативный вариант с одним варистором является более дешевым (ввиду низкой стоимости варисторов) и более простым конструктивно, с учетом малых размеров варисторов, соответственно экономится необходимая площадь монтажа на плате, затраты по монтажу и снижается общая вероятность сбоев в данном узле схемы.

Ввиду указанных недостатков остальных разрядников, часто наиболее целесообразным решением по защите цепей от импульсов перенапряжения является использование варисторов.

Варистор – резистивный элемент с резко выраженной нелинейной ВАХ и поликристаллической структурой из наиболее популярного для этих целей оксида цинка (ZnO). Симметричность ВАХ варистора является одним из его преимуществ перед ограничительными диодами.

По конструкции корпуса варисторы ПО “Монолит” можно разделить на две основные группы:

1) безвыводные чипы для поверхностного монтажа, размеры от 0805 (2 х 1.25 мм) до 4032 (10 х 8 мм);
2) выводные (окукленный корпус с выводами).

Важное свойство варистора, обеспечивающее безопасность защищаемых объектов от импульсных перенапряжений (помех) и быстрых переходных процессов – его быстродействие (безинерционность). Время срабатывания варисторов существенно меньше постоянной времени термисторов (которое измеряется в единицах секунд).

Высокое быстродействие варистора производитель может реализовать, только обеспечив достаточно малую индуктивность выводов изделия. Наименьшей индуктивностью обладают безвыводные варисторы. Время срабатывания варисторов 5 – 25 нс.

Являясь разрядником, варистор, в простейшем случае устанавливается параллельно защищаемой схеме, последовательно с внутренним сопротивлением источника помех (имеется в виду сопротивление линии передачи данных с учетом омического импеданса кабеля). При отсутствии перенапряжения ток, проходящий через варистор, очень мал.

Принцип защиты схемы варистором (рисунок 1) состоит в резком уменьшении его внутреннего сопротивления до долей Ом при возникновении импульса напряжения, и соответствующее шунтирование защищаемого объекта. Результатом является резкое увеличение тока, протекающего через варистор.

Основными параметрами, которых достаточно, чтобы, в основном, характеризовать варистор, можно считать:

1) номинальное (рабочее) напряжение (постоянное Udc или переменное Urms);
2) так называемые ток перегрузки (импульсный) Imax и энергия импульса Wmax;
3) рассеиваемая мощность Pmax.

Что определяют данные параметры?

1. Номинальное напряжение (Urms или Udc) максимальное напряжение, которое должно быть приложено к варистору (в постоянном рабочем режиме). Оно может быть превышено только (кратковременным) импульсом перенапряжения.

(Символы “8/20” и “10/1000” определяют параметры отдельных импульсов).

3. Параметр Pmax необходимо учитывать, когда варистор не успевает рассеивать тепло в промежутках между приложенными импульсами тока и значительно нагревается. Pmax в основном определяется размерами варистора и конструкцией выводов.

В остальных случаях для выбора варистора достаточно знать Udc или Urms.

В большинстве случаев, выбор конкретного варистора осуществляется по следующим параметрам цепи:

1) по номинальному (рабочему) напряжению цепи определяют Urms (Udc) (с учетом допуска сетевого напряжения, скажем + 10 % к номинальному);

2) уточняют необходимую энергию Wmax.

Некоторым недостатком варистора является его обычно высокая собственная емкость, ограничивающая возможность применения изделий на высоких частотах (из-за соответствующего шунтирования линии малым импедансом).

Емкостной фактор существенен только в отсутствии тока, проходящего через варистор, т.к. с увеличением приложенного напряжения емкость варистора падает (по нелинейному закону). При максимально допустимом падении напряжения на варисторе, его емкость близка к нулю.

В коаксиальных линиях и высокоскоростных линиях передачи данных (интерфейсах), где требуется малая емкость ограничителя, могут быть использованы многослойные варисторы.

Наоборот, варисторы с повышенной емкостью (0.47 – 4.7 мкФ) могут быть использованы для шумопоглощения. Эта серия также применяется в автомобильной промышленности.

Кроме перечисленных функций варисторы могут применяться, например, в фильтрах – для замены конденсаторов и преобразования частоты сигнала (преимущество перед конденсатором – защита от импульсных воздействий; сокращение общего количества необходимых элементов фильтра).

Варисторы также могут использоваться для стабилизации и преобразования напряжения (в отличие от газоразрядников и ограничительных диодов, рассчитанных только на защиту оборудования от перенапряжения).

Таким образом, применение варисторов в составе защитного оборудования по перенапряжению позволяет:

– обеспечить необходимую защищенность от электромагнитных помех (ЭМП);- эффективно и просто реализовать функции защиты рисунки 2, 3;- сократить габаритные размеры устройства в целом – обеспечить малый пусковой ток и потери мощности;

– в результате обеспечить долгий гарантийный срок эксплуатации оборудования с исключением сбоев в работе.

Схема защиты от импульсных воздействий напряжения с диодами, в комбинации с резисторами для ограничения тока и конденсаторов для фильтрации, получила наибольшее распространение в последнее время.

Дополнительно в конструкции могут быть использованы разрядники для отвода той части энергии импульсного напряжения, которая не может быть рассеяна диодами. Очень часто эти комбинации могут быть заменены одним многослойным варистором.

По сравнению с диодом варистор размера 3.2 х 2.5 мм занимает только ~ 25 % площади на печатной плате.

Оксидноцинковые варисторы являются в настоящее время практически единственным быстродействующим средством защиты сложных и дорогостоящих полупроводниковых систем различного назначения, таких как:– бытовая электроника (телевизоры, микроволновые печи, бытовая радиоаппаратура и др.);- устройства промышленной электроники (электродвигатели, схемы управления, релейные схемы, схемы защиты);- аппаратура средств связи;- устройства обработки данных;- оборудование передачи электроэнергии (газоразрядники);

– индикаторные средства (автомобильная электроника, железнодорожный транспорт) и др. области применения.

Источник: http://shemu.ru/lessons/293-varistoru

Варистор. Свойства, применение и характеристики варистора

Варисторы – полупроводниковые резисторы с симметричной и резко выраженной нелинейной вольт-амперной харктеристикой. За счет этого варисторы позволяют просто и эффективно решать задачи защиты различных устройств от импульсных напряжений.

Основное свойство которых заключается в способности значительно изменять свое электрическое сопротивление при изменении подаваемого на него напряжения. Варисторы включаются параллельно защи щаемому оборудованию (реле), т.е. при нормальной эксплуатации он находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства.

В рабочем режиме (при отсутствии импульсных напряжений) ток через варистор пренебрежимо мал, и поэтому варистор в этих условиях представляет собой изолятор. При возникновении импульса напряжения варистор в силу нелинейности своей характеристики резко уменьшает свое сопротивление до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее, и рассеивая поглащенную энергию в виде тепла.

В этом случае через варистор кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер. При неизменном значении напряжения, приложенного к варистору, изменение полярности не приводит к изменению протекающего тока, т.е. вольт-амперная характеристика варистора – симметричная.

Варисторы практически безинерционны, вслед за увеличением напряженности электрического поля у них сразу же уменьшается сопротивление.

Варисторы типа ВР-1 негерметизированные неизолированные предназначены для защиты элементов и узлов аппаратуры от перенапряжений в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Варисторы типа ВР-2 негерметизированные неизолированные предназначены для стабилизации напряжения и защиты элементов и узлов аппаратуры от перенапряжений в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Варисторы серии СН также предназначены для защиты от перенапряжений в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Одной из характеристик варистора является классификационное напряжение (Uкл) – это напряжение на варисторе при определенном токе. Как правило, изготовители варисторов в качестве классификационного напряжения указывют напряжение на варисторе при токе 1мА.

Важной характеристикой варистора является допускаемая мощность рассеивания – она характеризует возможность рассеивать поглащаемую электрическую энергию в виде тепла. Этот показатель в основном определяется геометрическими размерами варистора и конструкцией выводов.

Для увеличения мощности рассеивания часто применяют массивные выводы, которые играют роль своеобразного радиатора.

Варисторы могут работать при последовательном включении – при этом в них протекает одинаковый ток, общее напряжение разделится пропорцирнально сопротивлениям ( в первом приближении – пропорционально классифицированным напряжениям), в этих же пропорциях разделится поглащаемая энергия.

Источник: http://www.eti.su/articles/electrotehnika/electrotehnika_409.html

Варисторы как средство защиты радиоэлектронной аппаратуры

Документация

Главная  Справочник  Документация

“Документация” – техническая информация по применению электронных компонентов, особенностях построения различных радиотехнических и электронных схем, а также документация по особенностям работы с инженерным программным обеспечением и нормативные документы (ГОСТ).

Оглавление

• Чип и прямоугольные варисторы
• Дисковые варисторы

Надежность работы радиоэлектронной аппаратуры во многом определяется качеством питающих электрических сетей, в которых могут иметь место перенапряжения длительностью от сотен миллисекунд до нескольких секунд, провалы напряжения длительностью до десятков миллисекунд, пропадания (отсутствие напряжения более одного периода) и так далее. На рис. 1 показаны наиболее часто встречающиеся неполадки в электросети и их процентное соотношение.

Особенно опасны высоковольтные импульсы амплитудой до нескольких киловольт и длительностью от десятков наносекунд до сотен микросекунд. Именно они могут приводить к серьезным сбоям электронной аппаратуры и выходу ее из строя, а также быть причиной пробоя изоляции проводов и даже их возгорания.

Импульсы напряжения, которые можно отнести к внешним сетевым помехам (рис. 2), возникают в различных цепях аппаратуры, в первую очередь, в проводах питания.

Идентифицировать и систематизировать причины таких помех практически невозможно. Однако для бытовых электрических сетей напряжением 220 В приняты следующие ориентировочные параметры внешних импульсных напряжений:

• амплитуда — до 6 кВ;
• частота — 0,05…5 МГц;
• длительность — 0,1…100 мкс.

Во-вторых, они могут быть естественного происхождения и наводиться мощными грозовыми разрядами.

Рис. 2

В-третьих, они могут создаваться статическим напряжением, разряд которого достигает 25 кВ.

Высоковольтные импульсы способны возникать и в самой аппаратуре при ее функционировании в результате переходных процессов, при срабатывании электромагнитов, размыкании контактов реле, коммутации реактивных нагрузок и так далее. Наибольшую угрозу представляют импульсы, возникающие при отключении индуктивной нагрузки.

Например, ГОСТ Р 51317.4.

4-99 (МЭК 61000-4-4-95) распространяется на электротехнические, электронные и радиоэлектронные изделия и устанавливает требования и методы их испытаний на устойчивость к наносекундным импульсным помехам (НИП).

В настоящее время для защиты радиоэлектронной аппаратуры от внешних импульсных воздействий применяются различные виды экранировки, RC- и LC-фильтры, газоразрядные приборы (разрядники) и полупроводниковые ограничители напряжения (ПОН).

К сожалению, разрядники не обладают необходимым быстродействием, а быстродействующие ПОН, с высокой нелинейностью вольтамперной характеристики (ВАХ) не способны рассеивать большую мощность из-за малого объема p-n-перехода.

Это обуславливает резкое уменьшение допустимого тока в импульсе, протекающем через прибор.

В последнее время наиболее эффективным средством защиты аппаратуры от любых импульсных напряжений признаны оксидно-цинковые варисторы. Варисторы [англ.

varistor, от vari (able) – переменный и (resi) stor – резистор] – это нелинейные резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения.

Отличительной чертой варистора является двухсторонняя симметричная и резко выраженная нелинейная ВАХ (рис. 3).

Рис. 3

При больших напряжениях на варисторе, и соответственно, больших токах, проходящих через него, плотность тока в точечных контактах оказывается также большой. Разогрев точечных контактов приводит к уменьшению их сопротивления и, как следствие, к нелинейности ВАХ.

Малые объемы активных областей обеспечивают малую инерционность тепловых процессов, что определяет их высокое быстродействие.

Наряду с этим варисторы способны хорошо поглощать высокоэнергетические импульсы напряжения, так как тепловая энергия рассеивается не на отдельных зернах полупроводника, а на всем его объеме.

Особенностью ВАХ варистора является наличие участка малых токов (условно от нуля до нескольких миллиампер), в котором находится рабочая точка варистора и участок больших токов, который определяет защитные свойства и, в частности, напряжение ограничения. В области малых токов ВАХ описывается выражением:

I=AUβ,
где I – ток, A; U – напряжение, В; А — коэффициент, значение которого зависит от типа варистора и от температуры; β — коэффициент нелинейности, который характеризует крутизну ВАХ и определяется отношением статического сопротивления варистора (R = U/I) к дифференциальному (r = dU/dI) в определенной точке:

β=R/r = U/l·dl/dU.

Экспериментально коэффициент нелинейности можно оценить по формуле:

β= lgI2-lgI1/lgU2-lgU1 = lgI2/I1/lgU2/U1.

Чаще всего коэффициент нелинейности определяется при токе 1 мА и 10 мА, поэтому:

β=1/lgU2/U1.

Для варисторов на основе оксида цинка коэффициент нелинейности обычно составляет 20…60. Варисторы имеют достаточно большую емкость (100…50000 пф) в рабочем режиме (когда нет импульсов напряжения). При воздействии импульса их емкость падает практически до нуля.

Одной из важнейших характеристик варистора является классификационное напряжение — Uкл — напряжение на варисторе при токе, равном 1 мА.

Он характеризует способность варистора ограничивать импульсы перенапряжения и для варисторов на основе оксида цинка находится в пределах 1,4…1,6. Таким образом, при росте напряжения в 1,4…1,6 раза ток через них возрастает в 100 000 раз.

Важной характеристикой варистора является допустимая мощность рассеивания, определяемая его геометрическими размерами и конструкцией выводов. Для увеличения мощности рассеивания часто применяют массивные выводы, играющие роль радиатора.

При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. При этом через варистор может протекать импульсный ток, достигающий нескольких тысяч ампер.

Таким образом, включение варистора параллельно защищаемому устройству не влияет на работу последнего в нормальных условиях, но гасит импульсы опасного напряжения (рис. 4).

Выбор типа варистора осуществляется на основе анализа его работы в двух режимах: в рабочем и импульсном.

Рабочий режим определяется классификационным напряжением Uкл, а импульсный — рассеиваемой мощностью.

В импульсном режиме через варистор протекает большой ток, вследствие чего необходимо опасаться выхода его из строя из-за перегрева. С этой целью необходимо использовать варисторы с рассеиваемой мощностью большей, чем расчетная.

Для расчета варисторов, защищающих те или иные цепи от грозового разряда, иногда приводят сведения о напряжении на варисторе при воздействии стандартного грозового импульса. На рис. 5 показана форма этого импульса, который часто называют «импульсом 8/20 мкс».

Очевидно, что варисторы могут работать и при последовательном включении. При этом в них протекает одинаковый ток, а общее напряжение делится пропорционально сопротивлениям (в первом приближении – классификационным напряжениям), в той же пропорции разделится поглощаемая энергия.

Сложнее обеспечить параллельную работу варисторов – необходимо строгое совпадение их ВАХ. Эта задача вполне разрешима при последовательно-параллельной схеме включения — т.е. варисторы последовательно собираются в столбы, а столбы соединяются параллельно.

При этом подбором варисторов обеспечивают совпадение ВАХ столбов, которые собираются в блоки с нужными параметрами.

Варисторы изготавливаются в обычном исполнении (дисковые, прямоугольные), в виде блоков различной формы и в виде чипов, что позволяет существенно экономить место на печатной плате (рис. 6).

Из зарубежных производителей варисторов большую номенклатуру выпускает компания EPCOS. Ее приборы имеют следующую систему обозначений:

Чип и прямоугольные варисторы

SIOV- CN 1210 M 4 G

Варистор_________________________|
Тип варистора(CN,CU,SR)_______________|
Размер__________________________________|
Точность: K-10%, M-20%_______________________|
Классификационное напряжение__________________|
Тип упаковки_____________________________________|

Дисковые варисторы

SIOV S 14 K 250 G5 S6

Варистор________________________|
Тип варистора(S,B25 и др.

)___________|
Диаметр варисторного диска_____________|
Точность: K-10%, M-20%__________________|
Классификационное напряжение______________|
Тип упаковки_________________________________|
Тип формовки выводов___________________________|

Другие зарубежные компании-производители часто используют следующую систему обозначений выпускаемых варисторов:

DNR 0,5 D 181 M R S

Производитель________________________________________________|
Диаметр в мм, может быть 0,5;0,7;10;14;20______________________________|
Дисковый варистор____________________________________________________|
Классификационное напряж. (расшиф.

“18” и “0”= 180 В)_______________________|
Точность:J=5%, K-10%, M-20%________________________________________________|
Упаковка(R-катушка, В-россыпь)________________________________________________|
Выводы (S-прямые, К-формованные)______________________________________________|

Рис. 6

Таблица 1

Типы варисторов Параметры	Чип	Дисковые	Автомобильные
CN	CU	S	SR	CN- AUTO	SU- AUTO	S- AUTO	SR- AUTO
Импульсный ток (8/20 мкс), кА	1,2	10	1	2
Поглощаемая энергия, Дж	23	410	12	25	100
Средняя рассеиваемая мощность, Вт	0,25	1,0	0,03	0,2
Время срабатывания, нс
Рабочая температура, °С	-55..125	-40..85	-40..+85	-55..125	-40..85	-55..125	-40..85
Типоразмер	0603..220	3225; 032	SO5..S2O	1210; 2220	0805..2220	–	S07..S20	1210; 1812; 2200

В табл. 1, 2 приведены параметры оксидно-цинковых варисторов, выпускаемых компанией EPCOS.

Рис. 7

Таблица 2

Типы варисторов Параметры	Для тяжелых условий	Блоки	Комбинированные
В25; ВЗО; 40; LS40	В6О	В80	PD80	Е32	SHCV-SR1, SR2
Импульсный ток (8/20 мкс), кА	40	70	100	100	65	1
Поглощаемая энергия, Дж	1200	3000	6000	6000	–	12
Средняя рассеиваемая мощность, Вт	1,4	1,6	2,0	2,0	–	0,03
Время срабатывания, нс
Рабочая температура °С	-40…85	-40…85	-40…85	-40…85	-25…60	-40…85

В заключение следует отметить, что для эффективной защиты аппаратуры от воздействия различных сетевых помех необходимо использовать сетевые фильтры с многоступенчатой защитой. Например, в сетевом фильтре «АРС PowerManager» (рис.

7) массивные стержневые индукторы 1 обеспечивают фильтрацию электромагнитных помех, оксидно-цинковые варисторы 2 обеспечивают общий и нормальный режимы защиты от высоковольтных импульсов, а конденсаторы 3 фильтруют радиочастотные помехи и выравнивают слабые и средние колебания напряжения.

Источник: http://www.radioradar.net/hand_book/documentation/varistor.html