Предназначение и принцип на действие на варистора. Варистор. Принцип на действие и приложение. Оптимален режим на работа

Нито една електрическа мрежа не е имунизирана от скокове на напрежение; има много причини, които причиняват това явление, вариращи от претоварване до дисбаланс на фазите. Такива хвърляния могат да повредят домакинските уреди, поради което почти всички съвременни електронни устройства имат защита. Ако след следващия скок в захранването на което и да е устройство е изгорял предпазител, след като го смените, не бързайте да включвате оборудването. За всеки случай проверете варистора за изправност с тестер или мултицет.

Характеристики

Варисторът е полупроводников резистор с нелинейна характеристика ток-напрежение; неговата графика е показана на фигура 2.

Ориз. 2. Типични вольтамперни характеристики: A – варистор, B – конвенционален резистор

Както може да се види от графиката, когато напрежението в полупроводника достигне прагова стойност, токът рязко се увеличава, което се дължи на намаляване на съпротивлението. Тази характеристика позволява варисторът да се използва като защита срещу краткотрайни пренапрежения на напрежението.

Принцип на работа, обозначение на диаграмата, възможности за приложение

Външно варисторът е много подобен на кондензатор, но вътрешната му структура, както може да се види от фигура 3, е напълно различна.

Фигура 3. Дизайн на варистор (1) и неговото обозначение на диаграмите (2)

Обозначения:

• А – два метални електрода във формата на диск;
• B – включвания на цинков оксид (размерът на кристалите не се наблюдава);
• C – полупроводникова обвивка на базата на синтетични втвърдители (епоксиди);
• D – керамичен изолатор;
• E – заключения.

В допълнение към дизайна, Фигура 3 показва обозначението на елемента на електрическата схема (2).

Този принцип на работа ви позволява да предотвратите повреда на електронни устройства поради краткотраен спад на напрежението. Дългият импулс ще доведе до прегряване и разрушаване на варистора, но този процес отнема време. Въпреки че се измерва в части от секундата, в повечето случаи това е достатъчно, за да задейства предпазителя.

Ето защо след смяна на предпазителя е необходимо да се провери варистора (външен преглед и тестване с мултицет). В противен случай следващият спад на напрежението най-вероятно ще доведе до разрушаване на компонентите на електронното устройство.

Пример за изпълнение на защита

Фигура 4 показва фрагмент от електрическа схема на компютърно захранване, която ясно показва типично свързване на варистор (маркирано в червено).

Фигура 4. Варистор в ATX захранването

Съдейки по фигурата, веригата използва елемента TVR 10471K, ние го използваме като пример за декодиране на маркировките:

• първите три букви показват типа, в нашия случай това е сериалът TVR;
• следващите две цифри показват диаметъра на кутията в милиметри, съответно нашата част има диаметър 10 mm;
• След това има три числа, които показват ефективното напрежение за този елемент. Дешифрира се, както следва: XXY = XX*10 y, в нашия случай е 47*10 1, т.е. 470 волта;
• последната буква показва класа на точност, "K" съответства на 10%.

Можете също така да намерите по-прости маркировки, например K275, в този случай K е класът на точност (10%), следващите три цифри показват големината на ефективното напрежение, т.е. 275 волта.

Сега, след като сме покрили основите, можем да преминем към проверка на варистора

Определете здравето на елемента (инструкции стъпка по стъпка)

За тази операция се нуждаем от следните инструменти:

• Отвертка (обикновено Phillips). За да стигнете до захранващата платка, ще трябва да разглобите корпуса на електронното устройство, отвертката е незаменима.
• Четка, за почистване на печатна платка. Както показва практиката, в PSU се натрупва много прах. Това важи особено за устройства с принудително охлаждане, типичен пример е компютърно захранване.
• Поялник. В захранващата част на захранването на платката има големи писти и няма малки елементи, така че е допустимо да се използват устройства с мощност до 75 W.
• Колофон и спойка.
• Мултиметър или друго устройство, което ви позволява да измервате съпротивлението.

Когато всички инструменти са готови, можете да продължите към процедурата. Продължаваме по следния алгоритъм:

Важен момент! Преди да измерите съпротивлението, уверете се, че пръстите ви не докосват стоманените върхове на сондите; в този случай устройството ще покаже съпротивлението на кожата.

1. След смяната (ако е необходимо) сглобяваме устройството.

Какво е варистор и за какво се използва, принципът на работа на варисторите, техните характеристики на тока и напрежението, дадени са основните параметри на произведените в страната варистори, както и параметрите на дисковите варистори от серията TVR. Как изглежда варисторът, който се използва в домашното радио оборудване, както и появата на мощни варистори.

Принципът на работа на варистора

Варистори, Варистори (името произлиза от две думи Variable Resistors - променящи се съпротивления) - това са полупроводникови (метален оксид или цинков оксид) резистори, които имат свойството рязко да намаляват съпротивлението си от 1000 MΩ до десетки ома, когато напрежението върху тях се увеличи над праговата стойност.

В този случай съпротивлението става по-малко, колкото повече действа напрежението. Типичната характеристика на ток-напрежение на варистора има ясно изразена нелинейна симетрична форма (Фигура 1), т.е. може да работи и при променливо напрежение.

Ориз. 1. Волт-амперна характеристика на варистора.

Варисторите са свързани паралелно с товара и по време на скок на входното напрежение основният шумов ток протича през тях, а не през оборудването.

Така варисторите разсейват енергията на смущението под формата на топлина. Точно като газоразрядника, варисторът е елемент с многократно действие, но възстановява високото си съпротивление много по-бързо след отстраняване на напрежението.

Предимствата на варисторите в сравнение с газоразрядниците са:

• по-голяма скорост;
• безинерционно наблюдение на спадове на напрежението;
• предлага се за по-широк диапазон от работни напрежения (от 12 до 1800 V); o дълъг експлоатационен живот;
• имат по-ниска цена.

Варисторите се използват широко в промишлено оборудване и домакински уреди:

• за защита на полупроводникови устройства: тиристори, триаци, транзистори, диоди, ценерови диоди;
• за електростатична защита на входове на радио оборудване;
• за защита срещу електромагнитни пренапрежения в мощни индуктивни елементи;
• като искрогасителен елемент в електродвигатели и ключове.

Видове варистори

Типичното време за реакция на варисторите, когато са изложени на пренапрежение, е не повече от 25 наносекунди (ns), но това може да не е достатъчно за защита на някои видове оборудване (за електростатична защита е необходим не повече от 1 ns).

Следователно подобряването на технологията за производство на варистори по света е насочено към повишаване на тяхната производителност.

Например, компанията “S+M Epcos”, благодарение на използването при производството на варистори с многослойна структура SIOV-CN и техния SMD дизайн (безводен дизайн за повърхностен монтаж), е в състояние да постигне време за реакция по-малко от 0,5 ns (когато такива елементи са разположени на За да се получи определената скорост, печатната платка вече трябва да минимизира индуктивността на външните свързващи проводници).

При дисковата конструкция на варисторите, поради индуктивността на проводниците, времето за реакция се увеличава до няколко наносекунди.

Краткото време за реакция, високата надеждност, отличните пикови електрически характеристики в широк диапазон на работна температура с малки размери правят многослойните варистори първият избор при избора на елементи за защита от статичен заряд.

Ориз. 2. Външен вид на варисторите.

Ориз. 3. Поява на мощни варистори.

Например в областта на производството на мобилни телефони многослойните варистори вече могат да се считат за стандарт в защитата срещу статично електричество.

CN варисторите могат надеждно да предпазват от статични разряди: клавиатури, конектори за факс и модем, конектори за зарядно устройство, входове на интегрирани аналогови микросхеми, изходи на микропроцесори.

Характеристики на варисторите

Основни параметрикоито се използват за описание характеристики на варисторите, са:

• Некласифициращото напрежение, обикновено измерено при ток от 1 mA, е условен параметър, който се посочва при маркиране на елементи;
• Um - максимално допустимо ефективно променливо напрежение (rms);
• Um= - максимално допустимо постоянно напрежение;
• P е номиналната средна разсейвана мощност, това е тази, която варисторът може да разсее през целия си експлоатационен живот, като същевременно поддържа параметрите в установените граници;
• W е максимално допустимата абсорбирана енергия в джаули (J), когато е изложена на единичен импулс.
• Ipp - максимален импулсен ток, за който време на нарастване/продължителност на импулса: 8/20 µs;
• Co е капацитетът, измерен в затворено състояние; по време на работа стойността му зависи от приложеното напрежение и когато варисторът пропуска голям ток през себе си, той пада до нула.

Стойността на W определя колко дълго може да продължи претоварването (с максимална мощност Рт) без опасност от повреда на варистора, т.е.:

За приложение работното напрежение на варисторите се избира въз основа на допустимата енергия на разсейване и максимално допустимата амплитуда на напрежението. Ограничителното напрежение е приблизително равно на квалификационното напрежение (Un) на варистора.

За мрежа с ефективно напрежение 220 V (50 Hz) обикновено се инсталират варистори с класификационно напрежение най-малко 380...430 V. За варистор с класификационно напрежение 430 V, с токов импулс 100 A, напрежението ще бъде ограничено до около 600 V.

В Русия най-големият производител на варистори (CH2-1, BP-1, CH2-2) е заводът Progress (Ukhta). Параметрите на някои от тези варистори са дадени в табл. 1.

Таблица 1. Основни параметри на произведените в страната варистори.

Тип варистор

Забележка. Капацитетът за битови варистори не е посочен.

От разнообразието от варистори, произведени в чужбина, параметрите на един тип, който има дисков дизайн, са дадени в таблица 2 (други типове имат подобни параметри).

Те се произвеждат за работни напрежения от 4 до 1500 V на малки стъпки, но е малко вероятно да намерите всички рейтинги от серията в продажба (ако е необходимо, можете да поръчате производството им за всяко напрежение за доставка на големи количества), но обикновено можете да използвате най-близките рейтинги от серията към увеличаване на напрежението.

Таблица 2. Основни параметри на дискови варистори от серия TVR.

варистор

За да се увеличи разсейването на мощността, варисторите могат да бъдат свързани последователно (или паралелно, ако са избрани според идентични параметри). Размерите на варисторите зависят от мощността, но тъй като такива елементи работят при импулсно претоварване, те често показват разсеяната енергия в джаули:

което е свързано с мощността чрез отношението:

За да изберете варистор с необходимата енергия на разсейване за защита на товари, консумиращи мощност над 1...2 kW, при практически изчисления можете да използвате следната формула:

• W е максималната моментна енергия в джаули;
• P - номинална мощност на натоварване на фаза, W;
• a е коефициентът на нелинейност на варистора;
• f - честота на променливо напрежение, Hz;
• n е ефективността на защитения товар.

Максимално допустимата стойност на разсейване на енергията на използвания варистор трябва да надвишава тази стойност.

Тъй като прегряването на варистора води до неговата повреда, такива елементи се произвеждат и с уникални свойства, например, имащи температурна защита - прекъсващ механичен контакт в защитената верига, което значително повишава надеждността на устройството.

Сравнение на основните характеристики на различните видове варистори можете да намерите в интернет. Същността му се състои в това, че местните производители произвеждат компоненти с технически параметри, не по-лоши от тези, произведени в чужбина (обаче за радиолюбител е много по-трудно да ги закупи - вносните често могат да бъдат намерени в продажба).

Като основен недостатък на варистора може да се отбележи неговият голям собствен капацитет, който се въвежда във веригата. В зависимост от дизайна, типа и напрежението, този капацитет може да варира от 80 до 30 000 pF.

Въпреки това, за някои приложения големият капацитет може да бъде предимство, например във филтър, който комбинира функцията за ограничаване на напрежението (за такива приложения можете да поръчате производството на варистори с повишен капацитет).

Вторият недостатък е по-ниската максимална допустима разсейвана мощност в сравнение с отводителите (за да се увеличи разсейването на мощността, производителите увеличават размера на корпуса на варистора).

Литература: Полезни схеми за радиолюбители, книга 5. Шелестов И.П.

Варистор (буквален превод от английски - резистор с променливо съпротивление) - полупроводник с нелинейна характеристика ток-напрежение (Vah).

всичко електроуредите се изчисляваткъм вашето работно напрежение (в къщи 220 V или 380 V). Ако възникне пренапрежение (вместо 220 V се прилага 380 V) - устройствата могат да изгорят. Тогава варисторът ще дойде на помощ.

Принцип на действие на варисторите

В нормално състояние варисторът има много високо съпротивление (според различни източници, от стотици милиони ома до милиарди ома). Почти не пропуска ток през себе си. Веднага щом напрежението надвиши допустимата стойност, устройството губи съпротивлението си хиляди или дори милиони пъти. След като напрежението се нормализира, съпротивлението му се възстановява.

Ако варисторът е свързан паралелно с електрически уред, тогава по време на скок на напрежението цялото натоварване ще падне върху него и устройствата ще останат в безопасност.

Принципът на работа на варистора, ако се обясни с прости думи, се свежда до следното. Когато има пренапрежение в електрическата мрежа, тя действа като клапан, пропускайки през себе си електрически ток в такъв обем, че да намали потенциала до необходимото ниво. След като напрежението се стабилизира, този „клапан“ се затваря и нашата електрическа верига продължава да работи нормално. Това е целта на варистора.

Основни характеристики и параметри

Трябва да се отбележи, че това е универсално устройство. Той може да работи с всички видове ток наведнъж: постоянен, импулсен и променлив. Това се дължи на факта, че самият той няма полярност. По време на производството се използват високи температури за запояване на силиций или цинков прах.

Параметри, които трябва да се имат предвид:

За да изберете правилния варистор, понякога е необходимо да вземете предвид капацитета. До голяма степен зависи от размера на устройството. И така, tvr10431 има 160nF, tvr 14431 370nF. Но дори части с еднакъв диаметър могат да имат различен капацитет, така че S14K275 има 440nF.

Видове варистори

На външен вид има:

• филм;
• под формата на таблетки;
• сърцевина;
• диск.

Пръчковите могат да бъдат оборудвани с подвижен контакт. Те ще приличат на името си. Освен това има ниско напрежение, 3-200 V и високо напрежение 20 kV. За първите токът варира между 0,0001-1 A. Това не влияе на обозначението според схемата. В радиооборудването, разбира се, се използва ниско напрежение.

Да се проверете функционалността на варисторатрябва да обърнете внимание на външния вид. Може да се намери на входа на веригата (където се подава захранване). Тъй като през него преминава много голям ток - в сравнение със защитената верига - това, като правило, засяга неговия случай (чипове, изгорели места, потъмняване на лаковото покритие). А също и на самата платка: на мястото на запояване проводниците могат да се отлепят, което води до потъмняване на платката. В този случай трябва да се смени.

Но дори и да няма видими признаци, варисторът може да е повреден. За да проверим изправността му ще трябва да разпоим един от изводите му, в противен случай ще проверим самата схема. За тестване на непрекъснатост обикновено се използва мултиметър (въпреки че можете, разбира се, да опитате мегер, просто трябва да вземете предвид напрежението, което създава, за да не изгорите варистора). Не е трудно да се прозвъни, свързва се с контактите и се измерва съпротивлението му. Настройваме тестера на най-високата възможна граница и се уверяваме, че стойността е поне няколкостотин мегаома, при условие че напрежението на мултиметъра не надвишава напрежението на реакция на варистора.

Въпреки това, безкрайно голямо съпротивление, при условие че омметърът е доста мощен (ако можете да използвате тази дума), това също показва неизправност. При проверка на полупроводник е необходимо да се помни, че той все още е проводник и трябва да показва съпротивление, в противен случай имаме напълно изгоряла част.

Указател и маркировка на варистори

Ако е необходима подмяна, директорията на варистора ще дойде на помощ. Първо се нуждаем от маркировката на варистора, тя се намира на самия корпус под формата на латински букви и цифри. Въпреки че този елемент се произвежда в много страни, маркировките не са фундаментално различни.

Различни производители и различни маркировки 14d471k и znr v14471u. Параметрите обаче са същите. Първите числа “14” са диаметърът в mm, второто число 471 е напрежението, при което се извършва операцията (отварянето). Отделно за етикетирането. Първите две цифри (47) са напрежението, следващата е коефициентът (1). Той показва колко нули трябва да бъдат поставени след числото 47, в този случай 1. Оказва се, че тестваното устройство ще работи при 470 V, плюс или минус грешката, която е поставена до това число. В нашия случай буквата "k" се намира след и означава 10%, т.е. 47 V.

Други маркировки s10k275. Индикатор за грешкастои пред напрежението, самото напрежение е показано без коефициент - 275 V. От разгледаните примери виждаме как може да се определи маркировката: измерваме диаметъра на устройството, намираме тези размери на варистора, други числа ще покажат напрежението. Ако не можете да определите маркировката, например kl472m, ще трябва да потърсите в Интернет.

Диаметър. Импортираният tvr 10471 може да бъде заменен с 10d471k, но внимавайте с 7d471k, последният има по-малък размер. Колкото по-висока е стойността, толкова повече мощност се разсейва, грубо казано. Инсталирайки устройство с по-малък диаметър, рискуваме да го изгорим. Например, серията 10d има работен ток от 25A, а k1472m 50A.

За да изберете правилно правилния елемент, е необходимо да вземете предвид не само захранващото напрежение. Правят се много изчисления, например въз основа на желаната скорост (работа) или ниско работно напрежение. В този случай се използват така наречените защитни диоди. Те включват bzw04. Когато го използвате, е важно да спазвате полярността.

Устойчивост на шум. Един от недостатъците е смущението, което създава. За борба с тях се използват кондензатори, например ac472m , Те са свързани паралелно с варистора.

На диаграмата варисторът е обозначен като резистор, празен правоъгълник с линия, пресичаща го под 45 градуса и има буквата u.

Резисторът може да се опише като пасивен елемент на електрическа верига. Резисторите се използват предимно за контролиране на електрически параметри (напрежение и ток) в електрическа верига, като се използва физическото свойство на резистора, наречено съпротивление.

Има различни видове резистори:

• резистори с постоянно съпротивление (въглерод, филм, метален филм, тел)
• резистори с променливо съпротивление (жични променливи резистори, потенциометри, металокерамични променливи резистори, реостати)
• специален тип резистор, например фоторезистор, варистор и т.н.

В тази статия ще разгледаме подробно принципа на работа на варистора, схемата на свързване и използването на варистор на практика. Но преди всичко трябва да знаем какво е варистор.

Варистор. Какво е?

Варистор- това е специален тип, чието съпротивление се променя под въздействието на приложеното към него напрежение. Следователно той се нарича още резистор, зависим от напрежението (VDR). Този нелинеен полупроводников елемент получава името си от думата променлив резистор (VARiable resistor).

Тези варистори се използват като защитно устройство за предотвратяване на преходни скокове на напрежение в електрическа верига. Варисторът е подобен на външен вид и размер на кондензатор, така че често се бърка с него.

Принципът на работа на варистора

В нормално работно състояние варисторът има високо съпротивление. Всеки път, когато преходното напрежение се увеличи рязко, съпротивлението на варистора веднага намалява. Така той започва да провежда ток през себе си, като по този начин намалява напрежението до безопасно ниво.

Има различни видове, но варисторите от метален оксид са най-често използвани в електронните устройства. Както бе споменато по-горе, основната цел на варистора в електронните схеми е да предпазва веригата от прекомерни преходни пикове на напрежението. Тези преходни процеси обикновено се дължат на разряд на статично електричество и гръмотевични удари.

Принципът на работа на варистора може лесно да бъде разбран, като се погледне кривата на съпротивлението спрямо приложеното напрежение.

Графиката по-горе показва, че при нормално работно напрежение (да речем ниско напрежение) съпротивлението му е много високо и ако напрежението надвиши номиналната стойност на варистора, тогава съпротивлението му започва да намалява.

Характеристиката ток-напрежение (волт-амперна характеристика) на варистора е показана на фигурата по-горе. От фигурата може да се види, че малка промяна в напрежението причинява голяма промяна в тока.

Нивото на напрежение (класификационно напрежение), при което токът, протичащ през варистора, е 1 mA, е нивото, при което варисторът преминава от непроводим в проводящ. Това е така, защото всеки път, когато приложеното напрежение е по-голямо или равно на номиналното напрежение, възниква лавинообразен ефект, който кара варистора да провежда в резултат на намаляването на съпротивлението.

По този начин, въпреки че малкият ток на утечка нараства бързо, напрежението ще бъде малко по-високо от номиналната стойност. Следователно варисторът ще регулира напрежението на преходните процеси спрямо приложеното напрежение.

Приложение на варистор

Фигурата по-горе показва примери за използване на варистор в различни системи за защита на захранването. Нека разгледаме всеки случай поотделно.

Тази схема представлява защитата на еднофазен електропровод. Ако преходното напрежение идва от мрежата към захранващите клеми на устройството, тогава този скок ще намали съпротивлението на варистора и по този начин ще защити електрическата верига.

Варисторни серии 07K, 10K, 14K, 20K- защитен елемент от цинков оксид, който има способността незабавно да променя собственото си съпротивление под въздействието на приложеното напрежение. Характерно изразено нелинейни и симетрични характеристики ток-напрежениеосигуряват възможност за работа с варистори в вериги с постоянен, променлив ток и импулсен ток.

Принцип на действиеваристорът се крие в способността му за няколко наносекунди (до 25 ns) намалява собственото си съпротивление до знак от няколко ома, когато е изложено на напрежение, надвишаващо номиналната стойност - напрежението на реакция, работен токможе да достигне 100А.

В нормално състояние съпротивлението на варистора достига няколкостотин MΩ и тъй като варисторите са свързани успоредно на веригата, тогава през него не преминава ток и той действа като диелектрик. Импулсният скок задвижва варистора в действие, намалявайки неговото съпротивление - възниква късо съединение и предпазителят избухва, който трябва да бъде монтиран непременно пред варистора, и веригата се отваря.

В момента на работа излишният товар се шунтира, абсорбирана енергия(преди 282 Джс токов импулс 2,5 мс) се разсейва под формата на топлинно излъчване. В този случай общите размери на варистора играят важна роля - общата повърхност на варистора има пропорционален ефект върху възможността за затихване на импулса на напрежението, без да се разрушава самото устройство.

Варистори серия 07K, 10K, 14K, 20K имат формата на диск(дискови варистори) с различни дебелини с еднопосочни проводници от радиален тип. Представените варистори се произвеждат по метода на пресоване прахообразен цинков оксид(ZnO).

Корпусът на варистора е маркиран с номиналното класификационно напрежение и съответния толеранс на напрежението ( ±10%). При проби от внесени варистори при маркиране на допустимото отклонение се използва символично обозначение, например буквата K показва допустимо отклонение от ± 10%, буквата M показва допустимо отклонение от ± 20%.

Варисторите са инсталирани успоредно на защитеното устройствочрез запояване на проводници. За постигане на максимално ниво на защита се препоръчва използването на два еднакви варистора, свързани паралелно един на друг и допълнителен предпазител, монтиран последователно преди варисторите.

Приложиосигурени варистори 07K, 10K, 14K, 20K за защита на елементи от пренапрежения в захранвания и системи, битова и военна техника, телекомуникационна и измервателна техника.

Подробни характеристики, идентификация на маркировки, габаритни размери, общ дизайн на варистори 07K, 10K, 14K, 20Kса изброени по-долу. Нашата компания гарантира качеството и производителността на варисторите в продължение на 2 години от датата на закупуване; Осигурени са сертификати за качество.

Крайната цена за варистори цинков оксид 07K, 10K, 14K, 20K зависи от количеството, срока на доставка и начина на плащане.