Selezione di un Varistore per la Soppressione di Tensione Transitoria

Sono grato di non essere mai stato su un aereo o in un'auto colpita da un fulmine. Se ciò dovesse accadere, i circuiti di protezione da sovratensione entrerebbero in azione per aiutare a sopprimere le correnti dannose che potrebbero danneggiare l'elettronica sensibile. Se stai implementando un nuovo prodotto in un ambiente ad alta tensione, in un sistema aerospaziale o in altre aree ad alto carico, dovrai progettare una protezione da sovratensione nel tuo nuovo prodotto.

Ci sono diverse opzioni per la protezione da sovratensione nei nuovi dispositivi. Sono disponibili componenti per la protezione da sovratensione che vanno dai diodi ai fusibili e ai relè. Un componente che non riceve l'attenzione che merita è il varistore. Questi componenti hanno un piccolo fattore di forma, un costo basso e una protezione da sovratensione paragonabile ad altri componenti. Ecco cosa devi sapere sui diversi componenti di protezione da sovratensione e come si confrontano con i varistori.

Varistore vs. Altri Componenti di Protezione da Sovratensione

Un varistore ha un comportamento non lineare simile a quello osservato in un diodo TVS, anche se non mostra rettificazione. La risposta di questo componente, ovvero la sua resistenza in DC/impedenza in AC, è non lineare e diminuisce monotonicamente all'aumentare dell'intensità della sovratensione in ingresso. Questi componenti sono bidirezionali, cioè possono essere pilotati in avanti o all'indietro. Questo tipo di dispositivo mostra caratteristiche simili a una configurazione di diodi Zener collegati in serie.

I varistori sono comunemente realizzati in ossido di zinco, anche se sono disponibili anche in carburo di silicio. Il materiale utilizzato per costruire un varistore determinerà la pendenza della soglia subliminare, la tensione di clamp e la durabilità del dispositivo. L'ossido di zinco ha una resistenza molto più alta del carburo di silicio, quindi ha una corrente di perdita più bassa a bassa tensione. Questi dispositivi sono normalmente disponibili come componenti da foro passante, anche se sono disponibili anche componenti SMD.

Un altro tipo di varistore in ossido di zinco è un varistore multistrato (MLV). Questi varistori sono progettati per operare con segnali AC tipicamente trovati nei PCB per sistemi di elettronica di potenza (tensione moderatamente alta, frequenza relativamente bassa). Quando posizionati come elementi shunt nei circuiti protetti, sono ideali per sopprimere i transienti da commutazione di carichi induttivi, ESD e residui di sovratensioni causati da fulmini che possono danneggiare gli IC.

Specifiche Importanti dei Varistori

La vasta gamma di varistori sul mercato rende difficile determinare la migliore opzione per il tuo prossimo sistema. La soglia di tensione transitoria e i valori di picco di tensione/corrente sono importanti da considerare, ma c'è di più nella scelta di un varistore rispetto a questi valori. Ecco alcune specifiche importanti da considerare nei datasheet dei varistori:

• Tensione di serraggio: Questa è la tensione che verrà dissipata attraverso il varistore quando viene sollecitato con una specifica forma d'onda transitoria e corrente di picco.

• Energia massima: Questa è l'energia massima che il MOV può dissipare per una specifica forma d'onda transitoria. Sopprimere questa quantità di energia degraderà il varistore e potrebbe non funzionare correttamente in eventi successivi di soppressione della tensione transitoria.

• Tensione massima DC vs. AC: Il valore di protezione da sovratensioni AC è diverso dal valore DC. Le sovratensioni AC sono normalmente specificate come valori RMS, e questi valori sono inferiori ai valori DC nominati. Questi valori possono essere scelti leggermente sopra la tensione di linea desiderata poiché il varistore deve sopprimere grandi transitori.

• Corrente di picco vs. curva di tensione di picco: Questi due valori di tensione dipendono dalla tensione di serraggio. In generale, la tensione di serraggio aumenta man mano che i valori di protezione della tensione e corrente di picco aumentano.

• Tempo di risposta: Un varistore ideale ha un tempo di risposta pari a zero, ma i varistori reali hanno tempi di risposta dell'ordine di microsecondi o nanosecondi. Il tempo di risposta è correlato alla capacità e resistenza del carico, che a loro volta sono correlati alla geometria del pacchetto e alla composizione del materiale. I varistori in ossido di zinco forniscono un tempo di risposta più breve quando bloccano i transitori.

• Stabilità della temperatura: Al di sopra di una certa temperatura, le valutazioni della potenza di soppressione di picco di un varistore tenderanno a diminuire abbastanza rapidamente. Questa valutazione è molto importante se il tuo varistore sarà impiegato in un ambiente caldo.

• Corrente massima vs. tempo di impulso transitorio: La corrente massima nominale che un varistore può sopportare diminuirà man mano che il tempo dell'impulso transitorio aumenta.

I varistori mostrati di seguito includono componenti SMD e through-hole su una gamma di tensioni, correnti e valutazioni di potenza. I dispositivi through-hole sono ideali per sistemi industriali o aerei leggeri, mentre i componenti SMD possono essere migliori per dispositivi incorporati che devono essere impiegati in un ambiente ad alta tensione.

Littelfuse, V10E275P

Il V10E275P di Littelfuse fa parte della linea UltraMOV di varistori. Questo componente fornisce un serraggio fino a 350 V con fino a 3,5 kA di corrente di picco con transitori 8/20. Questo componente through-hole ha una bassa sensibilità alla temperatura fino a ~85 °C. Gli altri componenti di questa linea di varistori hanno specifiche riproducibili per una varietà di dimensioni di modello, consentendo ai progettisti di sostituire con un varistore più piccolo senza compromettere la protezione della tensione. I pacchetti più grandi hanno valori di soppressione della corrente di picco più elevati a vari tempi di impulso transitorio, come mostrato alle pagine 42 e 43 del datasheet.

EPCOS, B72220S151K101

Il varistore B72220S151K101 di EPCOS fornisce protezione della tensione di linea in un sistema AC con un tempo di risposta valutato veloce di ~25 ns. La tensione di serraggio è valutata a 395 V con valori massimi di corrente di sovraccarico di 8 kA. La corrente nominale massima ha un calo lento man mano che il tempo transitorio aumenta, come mostrato nel grafico di seguito.

Eaton, MLVB06V18C003

Il varistore MLVB06V18C003 di Eaton è un varistore a bassa tensione, ma presenta una capacità molto bassa di 3 pF, garantendo un tempo di risposta breve di 1 ns. Questo varistore è valutato solo fino a 18 V, quindi non è ideale per l'impiego in ambienti ad alta tensione. Si tratta di un componente a montaggio superficiale, rendendolo ideale per la soppressione di tensioni transitorie in sistemi ad alta densità. Questo varistore è disponibile in pacchetti SMD 0603 o 0402.

Qualsiasi PCB che funziona ad alta tensione richiede circuiti di soppressione transitoria per proteggere i circuiti sensibili. Puoi trovare i varistori mostrati qui e molti altri componenti per la soppressione di tensioni transitorie nella nostra guida alla selezione dei componenti.

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