Selección de un Varistor para la Supresión de Voltaje Transitorio

Estoy agradecido de nunca haber estado en un avión o en un coche que haya sido golpeado por un rayo. Si esto sucediera, los circuitos de protección contra sobrevoltaje entrarían en acción y ayudarían a suprimir las corrientes dañinas para evitar daños en la electrónica sensible. Si estás desplegando un nuevo producto en un ambiente de alto voltaje, en un sistema aeroespacial o en otras áreas de gran exigencia, necesitarás diseñar protección contra sobrevoltaje en tu nuevo producto.

Hay una gama de opciones para la protección contra sobrevoltaje en dispositivos nuevos. Los componentes disponibles para la protección contra sobrevoltaje van desde diodos hasta fusibles y relevadores. Un componente que no recibe la atención que merece es un varistor. Estos componentes tienen un factor de forma pequeño, bajo costo y una protección contra sobrevoltaje comparable con otros componentes. Aquí está lo que necesitas saber sobre los diferentes componentes de protección contra sobrevoltaje y cómo se comparan con los varistores.

Varistor vs. Otros Componentes de Protección Contra Sobrevoltaje

Un varistor tiene un comportamiento no lineal que es similar al que se ve en un diodo TVS, aunque no exhibe rectificación. La respuesta de este componente, es decir, su resistencia DC/impedancia AC, es no lineal y disminuye monótonamente a medida que aumenta la fuerza del impulso de entrada. Estos componentes son bidireccionales, es decir, pueden ser conducidos hacia adelante o hacia atrás. Este tipo de dispositivo exhibe características similares a una configuración de diodo Zener conectado en contrafase.

Los varistores se fabrican más comúnmente de óxido de zinc, aunque también se hacen de carburo de silicio. El material utilizado para construir un varistor determinará el balance subumbral, el voltaje de sujeción y la durabilidad del dispositivo. El óxido de zinc tiene una resistencia mucho mayor que el carburo de silicio, por lo tanto, tiene una corriente de fuga más baja a bajo voltaje. Estos dispositivos normalmente están disponibles como componentes de montaje en orificio pasante, aunque también hay componentes SMD disponibles.

Otro tipo de varistor de óxido de zinc es un varistor multicapa (MLV). Estos varistores están diseñados para operar con señales de CA típicamente encontradas en PCBs para sistemas de electrónica de potencia (voltaje moderado, frecuencia relativamente baja). Cuando se colocan como elementos de derivación en circuitos protegidos, son ideales para suprimir transitorios de conmutación de cargas inductivas, ESD y restos de sobretensiones por rayos que pueden dañar los ICs.

Especificaciones Importantes de Varistores

La amplia gama de varistores en el mercado hace difícil determinar la mejor opción para tu próximo sistema. El umbral de voltaje transitorio y los valores de voltaje/corriente pico son importantes de considerar, pero hay más en la elección de un varistor que estos valores. Aquí hay algunas especificaciones importantes a considerar en las hojas de datos de varistores:

• Tensión de sujeción: Esta es la tensión que se disipará a través del varistor cuando se le aplique un pulso transitorio específico con una forma de onda y corriente pico.

• Energía máxima: Esta es la máxima energía que el MOV puede disipar para una forma de pulso transitorio específico. Suprimir esta cantidad de energía degradará el varistor y puede que no funcione correctamente en eventos subsiguientes de supresión de voltaje transitorio.

• Tensión máxima DC vs. AC: El valor de protección contra sobretensiones AC es diferente del valor DC. Las sobretensiones AC normalmente se especifican como valores RMS, y estos valores son menores que los valores DC nominales. Estos valores pueden elegirse ligeramente por encima del voltaje de línea deseado ya que el varistor necesita suprimir transitorios grandes.

• Curva de corriente pico vs. voltaje pico: Estos dos valores de voltaje dependen de la tensión de sujeción. En general, la tensión de sujeción aumenta a medida que los valores de protección de voltaje y corriente pico aumentan.

• Tiempo de respuesta: Un varistor ideal tiene un tiempo de respuesta cero, pero los varistores reales tienen tiempos de respuesta del orden de microsegundos o nanosegundos. El tiempo de respuesta está relacionado con la capacitancia y resistencia de carga, que a su vez están relacionados con la geometría del paquete y la composición del material. Los varistores de óxido de zinc proporcionan un tiempo de respuesta más corto al sujetar transitorios.

• Estabilidad de temperatura: Por encima de cierta temperatura, las calificaciones de supresión de potencia pico de un varistor tenderán a disminuir bastante rápidamente. Esta calificación es bastante importante si su varistor se va a desplegar en un ambiente cálido.

• Corriente máxima vs. tiempo de pulso transitorio: La corriente máxima nominal que un varistor puede soportar disminuirá a medida que aumenta el tiempo del pulso transitorio.

Los varistores mostrados a continuación incluyen componentes SMD y de orificio pasante en una gama de voltajes, corrientes y calificaciones de potencia. Los dispositivos de orificio pasante son ideales para sistemas industriales o aeronaves ligeras, mientras que los componentes SMD pueden ser mejores para dispositivos embebidos que deben desplegarse en un ambiente de alto voltaje.

Littelfuse, V10E275P

El V10E275P de Littelfuse es parte de la línea UltraMOV de varistores. Este componente proporciona sujeción hasta 350 V con hasta 3.5 kA de corriente pico con transitorios 8/20. Este componente de orificio pasante tiene baja sensibilidad a la temperatura hasta ~85 °C. Los otros componentes en esta línea de varistores tienen especificaciones reproducibles para una variedad de tamaños de modelo, permitiendo a los diseñadores cambiar por un varistor más pequeño sin comprometer la protección contra voltajes. Los paquetes más grandes tienen valores de supresión de corriente pico más altos en varios tiempos de sobretensión transitoria, como se muestra en las páginas 42 y 43 de la hoja de datos.

EPCOS, B72220S151K101

El varistor B72220S151K101 de EPCOS proporciona protección de voltaje de línea en un sistema AC con un tiempo de respuesta nominal rápido de ~25 ns. La tensión de sujeción está calificada en 395 V con valores máximos de corriente de sobretensión de 8 kA. La corriente nominal máxima tiene una disminución lenta a medida que aumenta el tiempo transitorio, como se muestra en el gráfico a continuación.

Eaton, MLVB06V18C003

El varistor MLVB06V18C003 de Eaton es un varistor de voltaje más bajo, pero tiene una capacitancia muy baja de 3 pF, lo que le otorga un tiempo de respuesta corto de 1 ns. Este varistor solo está calificado hasta 18 V, por lo que no es ideal para su implementación en entornos de alto voltaje. Este es un componente de montaje superficial, lo que lo hace ideal para la supresión de voltaje transitorio en sistemas de alta densidad. Este varistor viene en paquetes SMD 0603 o 0402.

Cualquier PCB que funcione a alto voltaje requiere circuitos de supresión transitoria para proteger la circuitería sensible. Puedes encontrar los varistores mostrados aquí y muchos otros componentes para la supresión de voltaje transitorio en nuestra guía de Selector de Partes.

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