Выбор варистора для подавления переходных напряжений

Я благодарен, что никогда не был в самолете или в машине, которые были поражены молнией. Если бы это произошло, схемы защиты от перенапряжения вступили бы в действие и помогли бы подавить вредные токи, предотвращая повреждение чувствительной электроники. Если вы запускаете новый продукт в условиях высокого напряжения, в аэрокосмической системе или в других тяжелых условиях, вам нужно будет спроектировать защиту от перенапряжения в ваш новый продукт.

Существует множество вариантов защиты от перенапряжения в новых устройствах. Компоненты для защиты от перенапряжения доступны в диапазоне от диодов до предохранителей и реле. Один из компонентов, который не получает должного внимания, - это варистор. Эти компоненты имеют малый форм-фактор, низкую стоимость и сопоставимую защиту от перенапряжения по сравнению с другими компонентами. Вот что вам нужно знать о различных компонентах защиты от перенапряжения и как они сравниваются с варисторами.

Варистор против других компонентов защиты от перенапряжения

Варистор имеет нелинейное поведение, похожее на то, что наблюдается у диода TVS, хотя он не проявляет выпрямления. Отклик этого компонента, то есть его постоянное сопротивление/переменное сопротивление, нелинейно и уменьшается монотонно по мере увеличения силы входного импульса. Эти компоненты являются двунаправленными, то есть их можно использовать как в прямом, так и в обратном направлении. Этот тип устройства проявляет характеристики, аналогичные конфигурации диодов Зенера, соединенных навстречу друг другу.

Варисторы чаще всего изготавливаются из оксида цинка, хотя они также изготавливаются из карбида кремния. Материал, используемый для изготовления варистора, определяет подпороговое колебание, напряжение зажима и долговечность устройства. Оксид цинка имеет гораздо более высокое сопротивление, чем карбид кремния, следовательно, он имеет более низкий ток утечки при низком напряжении. Эти устройства обычно доступны как компоненты с отверстиями, хотя также доступны и SMD-компоненты.

Другой тип варистора из оксида цинка - это многослойный варистор (MLV). Эти варисторы разработаны для работы с переменными сигналами, обычно встречающимися на печатных платах для систем силовой электроники (умеренное напряжение, относительно низкая частота). При размещении в качестве шунтирующих элементов в защищаемых цепях они идеально подходят для подавления переходных процессов от коммутации индуктивных нагрузок, электростатических разрядов и остаточных импульсов от молний, которые могут повредить интегральные схемы.

Важные характеристики варистора

Широкий ассортимент варисторов на рынке затрудняет определение лучшего варианта для вашей следующей системы. Пороговое напряжение переходных процессов и пиковые значения напряжения/тока важны для учета, но есть и другие аспекты выбора варистора, кроме этих значений. Вот некоторые важные характеристики, которые следует учитывать в технических описаниях варисторов:

• Напряжение зажима: Это напряжение, которое будет падать на варисторе при его воздействии определенной формой импульса переходного процесса и пиковым током.

• Максимальная энергия: Это максимальная энергия, которую MOV может рассеять для определенной формы импульса переходного процесса. Подавление такого количества энергии приведет к деградации варистора, и он может не функционировать должным образом при последующих событиях подавления переходных напряжений.

• Максимальное постоянное напряжение против переменного напряжения: Значение защиты от перенапряжения переменного тока отличается от значения постоянного тока. Перенапряжения переменного тока обычно указываются как значения RMS, и эти значения меньше номинальных значений постоянного тока. Эти значения можно выбирать немного выше желаемого линейного напряжения, поскольку варистор должен подавлять большие переходные процессы.

• Кривая пикового тока против пикового напряжения: Эти два значения напряжения зависят от напряжения зажима. В общем, напряжение зажима увеличивается по мере увеличения значений защиты от пикового напряжения и тока.

• Время отклика: Идеальный варистор имеет нулевое время отклика, но реальные варисторы имеют время отклика порядка микросекунд или наносекунд. Время отклика связано с емкостной и резистивной нагрузкой, которые, в свою очередь, связаны с геометрией корпуса и составом материала. Варисторы на основе оксида цинка обеспечивают более короткое время отклика при подавлении переходных процессов.

• Температурная стабильность: Выше определенной температуры пиковые значения подавления мощности варистора будут довольно быстро уменьшаться. Этот показатель очень важен, если ваш варистор будет использоваться в теплой среде.

• Максимальный ток против времени переходного импульса: Номинальный максимальный ток, который может выдержать варистор, будет уменьшаться по мере увеличения времени переходного импульса.

Ниже показаны варисторы, включая SMD и сквозные компоненты в диапазоне напряжений, токов и мощностей. Сквозные устройства идеально подходят для промышленных систем или легких самолетов, в то время как SMD компоненты могут быть лучше для встроенных устройств, которые должны быть развернуты в среде с высоким напряжением.

Littelfuse, V10E275P

V10E275P от Littelfuse является частью линейки варисторов UltraMOV. Этот компонент обеспечивает зажим до 350 В с пиковым током до 3,5 кА при 8/20 переходных процессах. Этот сквозной компонент имеет низкую чувствительность к температуре до ~85 °C. Другие компоненты в этой линейке варисторов имеют воспроизводимые характеристики для различных размеров моделей, позволяя конструкторам заменять на меньший варистор без ущерба для защиты от напряжения. Большие корпуса имеют более высокие значения подавления пикового тока при различных временах переходного скачка напряжения, как показано на страницах 42 и 43 технического описания.

EPCOS, B72220S151K101

Варистор B72220S151K101 от EPCOS обеспечивает защиту линейного напряжения в системе переменного тока с быстрым временем отклика ~25 нс. Напряжение зажима оценено в 395 В с максимальными значениями тока скачка 8 кА. Максимальный номинальный ток имеет медленное уменьшение по мере увеличения времени переходного процесса, как показано на графике ниже.

Eaton, MLVB06V18C003

Варистор MLVB06V18C003 от Eaton является варистором низкого напряжения, но обладает очень низкой ёмкостью 3 пФ, что обеспечивает короткое время отклика 1 нс. Этот варистор рассчитан только на напряжение до 18 В, поэтому он не идеален для использования в средах с высоким напряжением. Это компонент для поверхностного монтажа, что делает его идеальным для подавления переходных напряжений в системах с высокой плотностью. Этот варистор поставляется в корпусах для поверхностного монтажа 0603 или 0402.

Любая печатная плата, работающая при высоком напряжении, требует схемы подавления переходных процессов для защиты чувствительных цепей. Варисторы, показанные здесь, и многие другие компоненты для подавления переходных напряжений вы можете найти в нашем руководстве по выбору компонентов.

Оставайтесь на связи с нашими последними статьями, подписавшись на нашу рассылку.