Sélection d'un Varistor pour la suppression des tensions transitoires

Je suis reconnaissant de n'avoir jamais été dans un avion ou dans une voiture frappée par la foudre. Si cela devait arriver, les circuits de protection contre les surtensions se mettraient en marche et aideraient à supprimer les courants nuisibles pour éviter d'endommager l'électronique sensible. Si vous déployez un nouveau produit dans un environnement à haute tension, dans un système aérospatial ou dans d'autres domaines exigeants, vous devrez concevoir une protection contre les surtensions dans votre nouveau produit.

Il existe une gamme d'options pour la protection contre les surtensions dans les nouveaux appareils. Des composants sont disponibles pour la protection contre les surtensions allant des diodes aux fusibles et relais. Un composant qui ne reçoit pas l'attention qu'il mérite est un varistor. Ces composants ont un petit facteur de forme, un coût faible et une protection contre les surtensions comparable à celle d'autres composants. Voici ce que vous devez savoir sur les différents composants de protection contre les surtensions et comment ils se comparent aux varistors.

Varistor vs. Autres composants de protection contre les surtensions

Un varistor présente un comportement non linéaire similaire à celui observé dans une diode TVS, bien qu'il ne présente pas de rectification. La réponse de ce composant, c'est-à-dire sa résistance DC/impédance AC, est non linéaire et diminue de manière monotone à mesure que la force de la surtension d'entrée augmente. Ces composants sont bidirectionnels, c'est-à-dire qu'ils peuvent être pilotés en avant ou en arrière. Ce type de dispositif présente des caractéristiques similaires à une configuration de diodes Zener montées dos à dos.

Les varistors sont le plus souvent fabriqués à partir d'oxyde de zinc, bien qu'ils soient également fabriqués à partir de carbure de silicium. Le matériel utilisé pour construire un varistor déterminera le swing de sous-seuil, la tension de serrage et la durabilité du dispositif. L'oxyde de zinc a une résistance beaucoup plus élevée que le carbure de silicium, donc il a un courant de fuite plus faible à basse tension. Ces dispositifs sont normalement disponibles en tant que composants traversants, bien que des composants SMD soient également disponibles.

Un autre type de varistor en oxyde de zinc est un varistor multicouche (MLV). Ces varistors sont conçus pour fonctionner avec des signaux AC typiquement trouvés dans les PCBs pour les systèmes d'électronique de puissance (tension modérément élevée, fréquence relativement basse). Lorsqu'ils sont placés comme éléments shunt dans des circuits protégés, ils sont idéaux pour supprimer les transitoires provenant de la commutation de charges inductives, de l'ESD et des restes de surtensions causées par la foudre qui peuvent endommager les CI.

Spécifications importantes des varistors

La large gamme de varistors sur le marché rend difficile la détermination de la meilleure option pour votre prochain système. Le seuil de tension transitoire et les valeurs de tension/courant de pointe sont importants à considérer, mais il y a plus à choisir un varistor que ces valeurs. Voici quelques spécifications importantes à considérer dans les fiches techniques des varistors:

• Tension de serrage : Il s'agit de la tension qui sera déposée à travers le varistor lorsqu'il est soumis à une forme d'impulsion transitoire spécifique et à un courant de crête.

• Énergie maximale : C'est l'énergie maximale que le MOV peut dissiper pour une forme d'impulsion transitoire spécifique. Supprimer cette quantité d'énergie dégradera le varistor et il se peut qu'il ne fonctionne pas correctement lors d'événements ultérieurs de suppression de tension transitoire.

• Tension maximale DC vs. AC : La valeur de protection contre les surtensions AC est différente de la valeur DC. Les surtensions AC sont normalement spécifiées en valeurs RMS, et ces valeurs sont inférieures aux valeurs nominales DC. Ces valeurs peuvent être choisies légèrement au-dessus de la tension de ligne souhaitée car le varistor doit supprimer de grands transitoires.

• Courbe de courant de crête vs. tension de crête : Ces deux valeurs de tension dépendent de la tension de serrage. En général, la tension de serrage augmente à mesure que les valeurs de protection de tension et de courant de crête augmentent.

• Temps de réponse : Un varistor idéal a un temps de réponse nul, mais les vrais varistors ont des temps de réponse de l'ordre des microsecondes ou des nanosecondes. Le temps de réponse est lié à la capacité de charge et à la résistance, qui à leur tour sont liés à la géométrie du boîtier et à la composition du matériel. Les varistors en oxyde de zinc offrent un temps de réponse plus court lors du serrage des transitoires.

• Stabilité de la température : Au-dessus d'une certaine température, les notations de suppression de puissance de crête d'un varistor tendront à diminuer assez rapidement. Cette notation est assez importante si votre varistor sera déployé dans un environnement chaud.

• Courant maximal vs. temps d'impulsion transitoire : Le courant maximal nominal qu'un varistor peut supporter diminuera à mesure que le temps d'impulsion transitoire augmente.

Les varistors présentés ci-dessous incluent des composants CMS et à travers-trou sur une gamme de tension, de courant et de puissance. Les dispositifs à travers-trou sont idéaux pour les systèmes industriels ou les avions légers, tandis que les composants CMS peuvent être mieux adaptés pour les dispositifs embarqués qui doivent être déployés dans un environnement à haute tension.

Littelfuse, V10E275P

Le V10E275P de Littelfuse fait partie de la ligne UltraMOV de varistors. Ce composant fournit un serrage jusqu'à 350 V avec jusqu'à 3,5 kA de courant de crête avec des transitoires 8/20. Ce composant à travers-trou a une sensibilité à la température faible jusqu'à ~85 °C. Les autres composants de cette ligne de varistors ont des spécifications reproductibles pour une variété de tailles de modèles, permettant aux concepteurs de remplacer par un varistor plus petit sans compromettre la protection contre les surtensions. Les emballages plus grands ont des valeurs de suppression de courant de crête plus élevées à divers temps de surtension transitoire, comme indiqué aux pages 42 et 43 de la fiche technique.

EPCOS, B72220S151K101

Le varistor B72220S151K101 d'EPCOS fournit une protection de tension de ligne dans un système AC avec un temps de réponse rapide évalué à ~25 ns. La tension de serrage est évaluée à 395 V avec des valeurs de courant de surtension maximales de 8 kA. Le courant nominal maximal a un déclin lent à mesure que le temps transitoire augmente, comme le montre le graphique ci-dessous.

Eaton, MLVB06V18C003

Le varistor MLVB06V18C003 d'Eaton est un varistor de tension plus basse, mais il présente une très faible capacité de 3 pF, offrant un temps de réponse court de 1 ns. Ce varistor est seulement évalué jusqu'à 18 V, donc il n'est pas idéal pour une utilisation dans des environnements à haute tension. C'est un composant monté en surface, le rendant idéal pour la suppression des tensions transitoires dans les systèmes à haute densité. Ce varistor est disponible en boîtiers SMD 0603 ou 0402.

Tout PCB fonctionnant à haute tension nécessite un circuit de suppression transitoire pour protéger les circuits sensibles. Vous pouvez trouver les varistors présentés ici et de nombreux autres composants pour la suppression des tensions transitoires dans notre guide de sélection de pièces.

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