Auswahl eines Varistors zur Unterdrückung von transienten Spannungen

Ich bin dankbar, dass ich noch nie in einem Flugzeug oder Auto war, das vom Blitz getroffen wurde. Sollte dies passieren, würden Überspannungsschutzschaltungen in Aktion treten und helfen, schädliche Ströme abzufangen, die empfindliche Elektronik beschädigen könnten. Wenn Sie ein neues Produkt in einer Hochspannungsumgebung, in einem Luft- und Raumfahrtsystem oder in anderen anspruchsvollen Bereichen einsetzen, müssen Sie in Ihr neues Produkt einen Überspannungsschutz integrieren.

Es gibt eine Reihe von Optionen für den Überspannungsschutz in neuen Geräten. Komponenten für den Überspannungsschutz reichen von Dioden bis hin zu Sicherungen und Relais. Eine Komponente, die nicht die Aufmerksamkeit bekommt, die sie verdient, ist ein Varistor. Diese Komponenten haben eine kleine Bauform, niedrige Kosten und einen vergleichbaren Überspannungsschutz im Vergleich zu anderen Komponenten. Hier ist, was Sie über verschiedene Überspannungsschutzkomponenten wissen müssen und wie sie sich im Vergleich zu Varistoren verhalten.

Varistor vs. Andere Überspannungsschutzkomponenten

Ein Varistor zeigt ein nichtlineares Verhalten, das ähnlich dem einer TVS-Diode ist, obwohl er keine Gleichrichtung aufweist. Die Reaktion dieser Komponente, also ihr Gleichstromwiderstand/Wechselstromimpedanz, ist nichtlinear und nimmt monoton ab, wenn die Stärke des Eingangsimpulses zunimmt. Diese Komponenten sind bidirektional, d.h., sie können in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung betrieben werden. Diese Art von Gerät zeigt ähnliche Eigenschaften wie eine Zener-Dioden-Konfiguration in Rückwärtsrichtung.

Varistoren werden am häufigsten aus Zinkoxid hergestellt, obwohl sie auch aus Siliziumkarbid gefertigt werden. Das Material, aus dem ein Varistor hergestellt wird, bestimmt den Schwellenwert, die Klemmspannung und die Haltbarkeit des Geräts. Zinkoxid hat einen viel höheren Widerstand als Siliziumkarbid, daher hat es einen niedrigeren Leckstrom bei niedriger Spannung. Diese Geräte sind normalerweise als Durchsteckkomponenten verfügbar, obwohl auch SMD-Komponenten erhältlich sind.

Ein anderer Typ von Zinkoxid-Varistor ist ein Mehrlagen-Varistor (MLV). Diese Varistoren sind darauf ausgelegt, mit Wechselstromsignalen zu arbeiten, die typischerweise in Leiterplatten für Leistungselektroniksysteme zu finden sind (moderate Spannung, relativ niedrige Frequenz). Wenn sie als Shunt-Elemente in geschützten Schaltkreisen platziert werden, sind sie ideal, um Transienten von induktiven Lastschaltungen, ESD und Blitzüberspannungsresten zu unterdrücken, die ICs beschädigen können.

Wichtige Varistor-Spezifikationen

Die breite Palette von Varistoren auf dem Markt macht es schwierig, die beste Option für Ihr nächstes System zu bestimmen. Die Schwellenspannung für transiente Spannungen und die Spitzenwerte für Spannung/Strom sind wichtig zu berücksichtigen, aber es gibt mehr bei der Auswahl eines Varistors als diese Werte. Hier sind einige wichtige Spezifikationen, die in den Datenblättern von Varistoren zu berücksichtigen sind:

• Klemmspannung: Dies ist die Spannung, die über den Varistor abfällt, wenn er mit einer spezifischen transienten Impulsform und Spitzenstrom belastet wird.

• Maximale Energie: Dies ist die maximale Energie, die der MOV für eine spezifische transiente Impulsform dissipieren kann. Das Unterdrücken dieser Energiemenge wird den Varistor degradieren, und er funktioniert möglicherweise bei nachfolgenden transienten Spannungsunterdrückungsereignissen nicht ordnungsgemäß.

• Maximale Gleichspannung vs. Wechselspannung: Der Überlastschutzwert für Wechselspannung unterscheidet sich vom Gleichspannungswert. Überlastungen bei Wechselspannung werden normalerweise als RMS-Werte angegeben, und diese Werte sind geringer als die bewerteten Gleichspannungswerte. Diese Werte können leicht über der gewünschten Leitungsspannung gewählt werden, da der Varistor große Transienten unterdrücken muss.

• Spitzenstrom vs. Spitzenspannungskurve: Diese beiden Spannungswerte hängen von der Klemmspannung ab. Im Allgemeinen steigt die Klemmspannung, wenn die Schutzwerter für Spitzenstrom und -spannung zunehmen.

• Reaktionszeit: Ein idealer Varistor hat eine Reaktionszeit von null, aber reale Varistoren haben Reaktionszeiten in der Größenordnung von Mikrosekunden oder Nanosekunden. Die Reaktionszeit hängt von der Lastkapazität und dem Widerstand ab, die wiederum mit der Gehäusegeometrie und der Materialzusammensetzung zusammenhängen. Zinkoxid-Varistoren bieten eine kürzere Reaktionszeit beim Klemmen von Transienten.

• Temperaturstabilität: Oberhalb einer bestimmten Temperatur neigen die Spitzenleistungsunterdrückungsbewertungen eines Varistors dazu, recht schnell abzunehmen. Diese Bewertung ist sehr wichtig, wenn Ihr Varistor in einer warmen Umgebung eingesetzt wird.

• Maximalstrom vs. transiente Impulszeit: Der bewertete Maximalstrom, den ein Varistor aushalten kann, nimmt ab, wenn die transiente Impulszeit zunimmt.

Die unten gezeigten Varistoren umfassen SMD- und Durchsteckkomponenten über eine Reihe von Spannungs-, Strom- und Leistungsbewertungen. Durchsteckgeräte eignen sich ideal für industrielle Systeme oder Leichtflugzeuge, während SMD-Komponenten besser für eingebettete Geräte geeignet sein können, die in einer Hochspannungsumgebung eingesetzt werden müssen.

Littelfuse, V10E275P

Der V10E275P von Littelfuse ist Teil der UltraMOV-Reihe von Varistoren. Diese Komponente bietet eine Klemmung bis zu 350 V mit bis zu 3,5 kA Spitzenstrom bei 8/20 Transienten. Diese Durchsteckkomponente hat eine geringe Temperaturempfindlichkeit bis zu ~85 °C. Die anderen Komponenten in dieser Varistorreihe haben reproduzierbare Spezifikationen für eine Vielzahl von Modellgrößen, was es Designern ermöglicht, für einen kleineren Varistor zu wechseln, ohne den Spannungsschutz zu beeinträchtigen. Größere Gehäuse haben höhere Spitzenstromunterdrückungswerte bei verschiedenen transienten Überspannungszeiten, wie auf Seiten 42 und 43 des Datenblatts gezeigt.

EPCOS, B72220S151K101

Der B72220S151K101 Varistor von EPCOS bietet Leitungsspannungsschutz in einem Wechselstromsystem mit einer schnell bewerteten Reaktionszeit von ~25 ns. Die Klemmspannung ist mit 395 V bewertet, mit 8 kA maximalen Überspannungsstromwerten. Der maximale bewertete Strom hat einen langsamen Abfall, wenn die transiente Zeit zunimmt, wie im untenstehenden Diagramm gezeigt.

Eaton, MLVB06V18C003

Der MLVB06V18C003 Varistor von Eaton ist ein Varistor für niedrigere Spannungen, aber er hat eine sehr niedrige Kapazität von 3 pF, was eine kurze Ansprechzeit von 1 ns ermöglicht. Dieser Varistor ist nur bis zu 18 V bewertet, daher ist er nicht ideal für den Einsatz in Hochspannungsumgebungen geeignet. Es handelt sich um eine Oberflächenmontage-Komponente, was sie ideal für die transiente Spannungsunterdrückung in Systemen mit hoher Dichte macht. Dieser Varistor ist in 0603 oder 0402 SMD-Paketen erhältlich.

Jede Leiterplatte, die mit hoher Spannung betrieben wird, benötigt eine Schaltung zur transienten Unterdrückung, um empfindliche Schaltkreise zu schützen. Die hier gezeigten Varistoren und viele andere Komponenten für die transiente Spannungsunterdrückung finden Sie in unserem Teileauswahl-Leitfaden.

Bleiben Sie auf dem Laufenden mit unseren neuesten Artikeln, indem Sie sich für unseren Newsletter anmelden.