Transient Voltage Suppression을 위한 바리스터 선택

비행기나 차량이 번개에 맞는 일이 없어서 정말 다행이라고 생각합니다. 만약 이런 일이 발생한다면, 과전압 보호 회로가 작동하여 민감한 전자 장치가 손상되는 것을 방지하는 데 도움이 될 것입니다. 고전압 환경, 항공우주 시스템 또는 기타 중공업 분야에서 새로운 제품을 출시하는 경우, 새 제품에 과전압 보호를 설계해야 합니다.

새로운 장치에서 과전압 보호를 위한 옵션은 다양합니다. 다이오드부터 퓨즈, 릴레이에 이르기까지 과전압 보호를 위한 구성 요소가 준비되어 있습니다. 주목받지 못하지만 중요한 구성 요소 중 하나는 바리스터입니다. 이 구성 요소들은 작은 형태, 저렴한 비용, 그리고 다른 구성 요소들에 비교할 수 있는 과전압 보호 기능을 가지고 있습니다. 다양한 과전압 보호 구성 요소에 대해 알아야 할 사항과 바리스터와의 비교에 대해 알아보겠습니다.

바리스터 대 다른 과전압 보호 구성 요소

바리스터는 TVS 다이오드에서 볼 수 있는 것과 유사한 비선형 행동을 보이지만, 정류 현상은 나타나지 않습니다. 이 구성 요소의 반응, 즉 DC 저항/AC 임피던스는 비선형이며 입력 서지 강도가 증가함에 따라 단조롭게 감소합니다. 이 구성 요소들은 양방향, 즉 전방향 또는 역방향으로 구동될 수 있습니다. 이러한 유형의 장치는 백투백 젠너 다이오드 구성과 유사한 특성을 나타냅니다.

바리스터는 주로 산화아연으로 만들어지지만, 실리콘 카바이드로도 만들어집니다. 바리스터를 구성하는 데 사용되는 재료는 장치의 하부 임계 스윙, 클램핑 전압, 그리고 내구성을 결정합니다. 산화아연은 실리콘 카바이드보다 훨씬 높은 저항을 가지므로, 저전압에서 더 낮은 누설 전류를 가집니다. 이 장치들은 일반적으로 스루홀 구성 요소로 제공되지만, SMD 구성 요소도 사용 가능합니다.

산화아연 바리스터의 또 다른 유형은 멀티레이어 바리스터(MLV)입니다. 이 바리스터는 전력 전자 시스템의 PCB에서 일반적으로 발견되는 AC 신호(중간 전압, 상대적으로 낮은 주파수)로 작동하도록 설계되었습니다. 보호 회로에서 션트 요소로 배치될 때, 인덕티브 부하 스위칭, ESD, 번개 서지 잔류물로부터 IC를 손상시킬 수 있는 과도 현상을 억제하는 데 이상적입니다.

중요한 바리스터 사양

시장에 나와 있는 다양한 바리스터로 인해 다음 시스템에 가장 적합한 옵션을 결정하기 어려울 수 있습니다. 과도 전압 임계값과 피크 전압/전류 값은 중요하지만, 이러한 값들만으로 바리스터를 선택하는 것은 아닙니다. 바리스터 데이터시트에서 고려해야 할 몇 가지 중요한 사양은 다음과 같습니다:

• 클램핑 전압: 특정한 과도 펄스 형태와 최대 전류로 펄스가 가해졌을 때 바리스터에 걸리는 전압입니다.

• 최대 에너지: 특정한 과도 펄스 형태에 대해 MOV가 소산할 수 있는 최대 에너지입니다. 이만큼의 에너지를 억제하는 것은 바리스터를 저하시키며, 이후의 과도 전압 억제 이벤트에서 제대로 기능하지 않을 수 있습니다.

• 최대 DC 대 AC 전압: AC 과전압 보호 값은 DC 값과 다릅니다. AC 과전압은 일반적으로 RMS 값으로 지정되며, 이러한 값은 정격 DC 값보다 작습니다. 바리스터가 큰 과도를 억제해야 하므로 이러한 값은 원하는 라인 전압보다 약간 높게 선택할 수 있습니다.

• 최대 전류 대 최대 전압 곡선: 이 두 전압 값은 클램핑 전압에 따라 달라집니다. 일반적으로, 클램핑 전압은 최대 전압 및 전류 보호 값이 증가함에 따라 증가합니다.

• 응답 시간: 이상적인 바리스터는 응답 시간이 제로이지만, 실제 바리스터는 마이크로초 또는 나노초의 응답 시간을 가집니다. 응답 시간은 부하 용량과 저항과 관련이 있으며, 이는 차례로 패키지 기하학과 재료 구성과 관련이 있습니다. 산화아연 바리스터는 과도를 클램핑할 때 더 짧은 응답 시간을 제공합니다.

• 온도 안정성: 특정 온도 이상에서 바리스터의 최대 전력 억제 등급은 상당히 빠르게 감소하는 경향이 있습니다. 바리스터가 따뜻한 환경에서 배치될 경우 이 등급은 매우 중요합니다.

• 최대 전류 대 과도 펄스 시간: 바리스터가 견딜 수 있는 정격 최대 전류는 과도 펄스 시간이 증가함에 따라 감소합니다.

아래에 표시된 바리스터는 전압, 전류 및 전력 등급의 범위에 걸쳐 SMD 및 스루홀 구성요소를 포함합니다. 스루홀 장치는 산업 시스템이나 경량 항공기에 이상적이며, SMD 구성요소는 고전압 환경에서 배치해야 하는 임베디드 장치에 더 적합할 수 있습니다.

Littelfuse, V10E275P

Littelfuse의 V10E275P는 UltraMOV 바리스터 라인의 일부입니다. 이 구성요소는 8/20 과도에서 최대 3.5 kA의 피크 전류로 최대 350 V까지 클램핑을 제공합니다. 이 스루홀 구성요소는 ~85°C까지 낮은 온도 민감도를 가집니다. 이 바리스터 라인의 다른 구성요소는 다양한 모델 크기에 대해 재현 가능한 사양을 가지고 있어, 디자이너가 전압 보호를 저하시키지 않고 더 작은 바리스터로 교체할 수 있게 합니다. 더 큰 패키지는 데이터시트의 42 및 43 페이지에 표시된 바와 같이 다양한 과도 서지 시간에서 더 높은 피크 전류 억제 값을 가집니다.

EPCOS, B72220S151K101

EPCOS의 B72220S151K101 바리스터는 AC 시스템에서 라인 전압 보호를 제공하며, ~25 ns의 빠른 정격 응답 시간을 가집니다. 클램핑 전압은 8 kA의 최대 서지 전류 값으로 395 V로 정격되어 있습니다. 최대 정격 전류는 아래 그래프에서 보여주듯이 과도 시간이 증가함에 따라 천천히 감소합니다.

Eaton, MLVB06V18C003

Eaton의 MLVB06V18C003 바리스터는 낮은 전압 바리스터이지만, 매우 낮은 정전 용량인 3 pF를 가지고 있어 응답 시간이 1 ns로 짧습니다. 이 바리스터는 18 V까지만 평가되어 있어 고전압 환경에서의 배치에는 적합하지 않습니다. 이는 표면 실장 구성 요소로, 고밀도 시스템에서의 과도 전압 억제에 이상적입니다. 이 바리스터는 0603 또는 0402 SMD 패키지로 제공됩니다.

고전압에서 작동하는 모든 PCB는 민감한 회로를 보호하기 위해 과도 억제 회로가 필요합니다. 여기에 표시된 바리스터와 과도 전압 억제를 위한 다른 많은 구성 요소를 우리의 부품 선택 가이드에서 찾을 수 있습니다.

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