Selecionando um Varistor para Supressão de Tensão Transitória

Estou grato por nunca ter estado em um avião ou em um carro que foi atingido por um raio. Se isso acontecesse, circuitos de proteção contra sobretensão entrariam em ação para ajudar a suprimir correntes prejudiciais de danificar eletrônicos sensíveis. Se você está implementando um novo produto em um ambiente de alta tensão, em um sistema aeroespacial ou em outras áreas de grande responsabilidade, você precisará projetar proteção contra sobretensão em seu novo produto.

Existe uma gama de opções para proteção contra sobretensão em novos dispositivos. Componentes estão disponíveis para proteção contra sobretensão variando de diodos a fusíveis e relés. Um componente que não recebe a atenção que merece é um varistor. Esses componentes têm um pequeno fator de forma, baixo custo e proteção contra sobretensão comparável a outros componentes. Aqui está o que você precisa saber sobre diferentes componentes de proteção contra sobretensão e como eles se comparam aos varistores.

Varistor vs. Outros Componentes de Proteção Contra Sobretensão

Um varistor tem um comportamento não linear que é semelhante ao visto em um diodo TVS, embora não exiba retificação. A resposta deste componente, ou seja, sua resistência DC/impedância AC, é não linear e diminui monotonicamente à medida que a força do surto de entrada aumenta. Esses componentes são bidirecionais, ou seja, podem ser conduzidos para frente ou para trás. Esse tipo de dispositivo exibe características semelhantes a uma configuração de diodo Zener conectado de costas para costas.

Varistores são mais comumente feitos de óxido de zinco, embora também sejam feitos de carbeto de silício. O material usado para construir um varistor determinará o balanço sublimiar, a tensão de fixação e a durabilidade do dispositivo. O óxido de zinco tem muito mais resistência do que o carbeto de silício, portanto, tem uma corrente de fuga menor em baixa tensão. Esses dispositivos normalmente estão disponíveis como componentes de furo passante, embora componentes SMD também estejam disponíveis.

Outro tipo de varistor de óxido de zinco é um varistor multicamada (MLV). Esses varistores são projetados para operar com sinais AC tipicamente encontrados em PCBs para sistemas de eletrônica de potência (tensão moderadamente, frequência relativamente baixa). Quando colocados como elementos shunt em circuitos protegidos, eles são ideais para suprimir transientes de comutação de carga indutiva, ESD e remanescentes de surtos de raios que podem danificar ICs.

Especificações Importantes de Varistores

A ampla gama de varistores no mercado torna difícil determinar a melhor opção para o seu próximo sistema. O limiar de tensão transitória e os valores de pico de tensão/corrente são importantes a considerar, mas há mais na escolha de um varistor do que esses valores. Aqui estão algumas especificações importantes a considerar nas folhas de dados de varistores:

• Tensão de fixação: Esta é a tensão que será dissipada através do varistor quando pulsado com uma forma de pulso transitório específico e corrente de pico.

• Energia máxima: Esta é a energia máxima que o MOV pode dissipar para uma forma de pulso transitório específica. Suprimir essa quantidade de energia degradará o varistor e ele pode não funcionar adequadamente em eventos subsequentes de supressão de tensão transitória.

• Tensão máxima DC vs. AC: O valor de proteção contra sobretensão AC é diferente do valor DC. Sobretensões AC são normalmente especificadas como valores RMS, e esses valores são menores que os valores DC nominal. Esses valores podem ser escolhidos um pouco acima da tensão de linha desejada, pois o varistor precisa suprimir grandes transientes.

• Curva de corrente de pico vs. tensão de pico: Esses dois valores de tensão dependem da tensão de fixação. Em geral, a tensão de fixação aumenta à medida que os valores de proteção de tensão e corrente de pico aumentam. 

• Tempo de resposta: Um varistor ideal tem tempo de resposta zero, mas varistores reais têm tempos de resposta na ordem de microssegundos ou nanossegundos. O tempo de resposta está relacionado à capacitância e resistência de carga, que por sua vez estão relacionadas à geometria do pacote e composição do material. Varistores de óxido de zinco proporcionam um tempo de resposta mais curto ao fixar transientes.

• Estabilidade de temperatura: Acima de uma certa temperatura, as classificações de supressão de potência de pico de um varistor tendem a diminuir bastante rapidamente. Esta classificação é bastante importante se o seu varistor for implantado em um ambiente quente.

• Corrente máxima vs. tempo de pulso transitório: A corrente máxima nominal que um varistor pode suportar diminuirá à medida que o tempo de pulso transitório aumenta.

Os varistores mostrados abaixo incluem componentes SMD e through-hole em uma gama de tensões, correntes e classificações de potência. Dispositivos through-hole são ideais para sistemas industriais ou aeronaves leves, enquanto componentes SMD podem ser melhores para dispositivos embutidos que devem ser implantados em um ambiente de alta tensão.

Littelfuse, V10E275P

O V10E275P da Littelfuse faz parte da linha UltraMOV de varistores. Este componente proporciona fixação até 350 V com até 3.5 kA de corrente de pico com transientes 8/20. Este componente through-hole tem baixa sensibilidade à temperatura até ~85 °C. Os outros componentes desta linha de varistores têm especificações reprodutíveis para uma variedade de tamanhos de modelo, permitindo que os designers troquem por um varistor menor sem comprometer a proteção contra tensão. Pacotes maiores têm valores mais altos de supressão de corrente de pico em vários tempos de surto transitório, conforme mostrado nas páginas 42 e 43 da ficha técnica.

EPCOS, B72220S151K101

O varistor B72220S151K101 da EPCOS proporciona proteção de tensão de linha em um sistema AC com um tempo de resposta rápido de ~25 ns. A tensão de fixação é classificada em 395 V com valores máximos de corrente de surto de 8 kA. A corrente nominal máxima tem uma diminuição lenta à medida que o tempo de transiente aumenta, conforme mostrado no gráfico abaixo.

Eaton, MLVB06V18C003

O varistor MLVB06V18C003 da Eaton é um varistor de baixa tensão, mas possui uma capacitância muito baixa de 3 pF, proporcionando um tempo de resposta curto de 1 ns. Este varistor é classificado apenas para até 18 V, portanto, não é ideal para uso em ambientes de alta tensão. Este é um componente de montagem em superfície, tornando-o ideal para supressão de tensão transitória em sistemas de alta densidade. Este varistor está disponível em embalagens SMD 0603 ou 0402.

Qualquer PCB que opere em alta tensão requer circuitos de supressão transitória para proteger circuitos sensíveis. Você pode encontrar os varistores mostrados aqui e muitos outros componentes para supressão de tensão transitória em nosso guia Seletor de Peças.

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