Войти
Металлооксидный варистор производства Siemens Halske AG. 
Условное обозначение современной схемы варистора. A Варистор - это электронный компонент с электрическим сопротивлением, которое меняется в зависимости от приложенного напряжения. Также известный как резистор, зависящий от напряжения (VDR), он имеет нелинейную, не омическую вольт-амперную характеристику, т.е. аналогичен диоду . Однако в отличие от диода он имеет одинаковые характеристики для обоих направлений прохождения тока. Традиционно варисторы действительно конструировались путем соединения двух выпрямителей, таких как выпрямитель на основе оксида меди или оксида германия в антипараллельной конфигурации. При низком напряжении варистор имеет высокое электрическое сопротивление, которое уменьшается при повышении напряжения. Современные варисторы в основном основаны на металлооксидных металлооксидных материалах из спеченной керамики, которые демонстрируют направленное поведение только в микроскопическом масштабе. Этот тип широко известен как металлооксидный варистор (MOV ).
Варисторы используются в качестве элементов управления или компенсации в цепях либо для обеспечения оптимальных рабочих условий, либо для защиты от чрезмерных переходных напряжений. При использовании в качестве защитных устройств они шунтируют ток, создаваемый чрезмерным напряжением, от чувствительных компонентов при срабатывании триггера.
Имя варистора - портманто переменного резистора. Этот термин используется только для неомических переменных резисторов. Переменные резисторы, такие как потенциометр и реостат, имеют омические характеристики.
Разработка варистора в виде нового типа выпрямителя на основе слоя оксида меди на меди, начатая в работе LO Грондал и П. Гейгером в 1927 году.
Варистор на основе оксида меди показал различное сопротивление в зависимости от полярности и величины приложенного напряжения. Он был построен из небольшого медного диска, одна сторона которого была образована слоем закиси меди. Такое расположение обеспечивает низкое сопротивление току, протекающему от полупроводникового оксида к стороне меди, но высокое сопротивление току в противоположном направлении, при этом мгновенное сопротивление непрерывно изменяется с приложенным напряжением.
В 1930-х годах небольшие сборки с несколькими варисторами с максимальным размером менее одного дюйма и, очевидно, с неограниченным сроком службы нашли применение в замене громоздких электронных ламповых схем в качестве модуляторов и демодуляторов в системах несущего тока для телефонной передачи.
Другие применения варисторов в телефонной установке включали защиту цепей от скачков напряжения и шума, а также подавление щелчков на элементах приемника (наушников) для защиты ушей пользователей от хлопков при переключении цепей. Эти варисторы были сконструированы путем наслоения четного количества выпрямительных дисков в стек и соединения оконечных концов и центра в антипараллельной конфигурации, как показано на фотографии июньского варистора Western Electric Type 3B. 1952 г. (внизу).
Варистор Western Electric 3B, изготовленный в 1952 году для использования в качестве подавителя щелчков в телефонных аппаратах
Схема традиционной конструкции варисторов, используемых в качестве подавителя щелчков в телефонии
Традиционное схематическое обозначение варистора, используемое сегодня для диак.. Он отражает поведение диода в обоих направлениях тока.
Варистор Western Electric тип 44A, изготовленный в 1958 году, установленный на элементе телефонной трубки U1 для подавления щелчков.
Телефонный аппарат Western Electric типа 500 1949 года представил схему динамического выравнивания контура с использованием варисторов, которые шунтировали относительно высокие уровни тока контура на короткие контуры центрального офиса для автоматической регулировки уровней сигналов передачи и приема. На длинных контурах варисторы сохраняли относительно высокое сопротивление и не меняли существенно сигналы.
Другой тип варистора был изготовлен Р. О. Грисдейлом из карбида кремния в начале 1930-х годов. Он использовался для защиты телефонных линий от молнии.
В начале 1970-х японские исследователи признали полупроводниковые электронные свойства оксида цинка (ZnO) полезными в качестве варистора нового типа в керамике процесс спекания, при котором функция напряжения-тока аналогична функции пары последовательно соединенных стабилитронов. Этот тип устройства стал предпочтительным методом защиты цепей от скачков напряжения и других разрушительных электрических помех и стал известен как металлооксидный варистор (MOV). Случайная ориентация зерен ZnO в объеме этого материала обеспечивала одинаковые вольт-амперные характеристики для обоих направлений протекания тока.
Зависимость тока варистора от напряжения для устройств из оксида цинка (ZnO) и карбида кремния (SiC) Наиболее распространенным современным типом варистора является варистор металлооксидный варистор (MOV). Этот тип содержит керамическую массу зерна оксида цинка в матрице из оксидов других металлов, таких как небольшие количества оксидов висмута, кобальта, марганца, зажатых между двумя металлическими пластинами, которые составляют электроды устройства. Граница между каждым зерном и соседом образует переход диода, который позволяет току течь только в одном направлении. Скопление случайно ориентированных зерен электрически эквивалентно сети пар диодов, соединенных спина к спине, каждая пара параллельна множеству других пар.
Когда на электроды подается небольшое напряжение, возникает только крошечный ток потоки, вызванные обратной утечкой через диодные переходы. При приложении большого напряжения диодный переход выходит из строя из-за комбинации термоэлектронной эмиссии и туннелирования электронов, что приводит к протеканию большого тока. Результатом такого поведения является нелинейная вольт-амперная характеристика, при которой MOV имеет высокое сопротивление при низких напряжениях и низкое сопротивление при высоких напряжениях.
Варистор остается непроводящим в качестве устройства шунтирующего -режима во время нормальной работы, когда напряжение на нем остается значительно ниже его «напряжения ограничения», таким образом варисторы обычно используются для подавления скачков напряжения в сети. Варисторы могут выйти из строя по одной из двух причин.
Катастрофический отказ происходит из-за того, что не удалось успешно ограничить очень большой выброс от такого события, как удар молнии, когда задействованная энергия на много порядков больше, чем может выдержать варистор. Проходящий ток в результате удара может расплавить, сжечь или даже испарить варистор. Этот тепловой разгон происходит из-за несоответствия в отдельных межзеренных переходах, что приводит к выходу из строя основных путей тока при тепловом напряжении, когда энергия в импульсе переходного процесса (обычно измеряется в джоулях ) является слишком высоким (т. е. значительно превышает «абсолютные максимальные значения» производителя). Вероятность катастрофического отказа может быть уменьшена путем увеличения рейтинга или параллельного использования специально выбранных MOV.
Кумулятивная деградация происходит по мере увеличения скачков. По историческим причинам многие MOV были указаны неправильно, что позволяет частым выбросам также снижать пропускную способность. В этом состоянии варистор не имеет видимых повреждений и внешне выглядит исправным (без катастрофического отказа), но он больше не обеспечивает защиты. В конце концов, он переходит в состояние короткого замыкания, поскольку разряды энергии создают проводящий канал через оксиды.
Основным параметром, влияющим на ожидаемый срок службы варистора, является его номинальная энергия (Джоуль). Увеличение номинальной мощности увеличивает количество (определенный максимальный размер) переходных импульсов, которые он может выдержать, экспоненциально, а также совокупную сумму энергии от ограничения меньших импульсов. Когда возникают эти импульсы, «напряжение ограничения», которое он обеспечивает во время каждого события, уменьшается, и обычно считается, что характеристики варистора ухудшаются функционально, когда его «напряжение ограничения» изменяется на 10%. Таблицы ожидаемого срока службы производителя включают ток, серьезность и количество переходных процессов для прогнозирования отказов на основе общей энергии, рассеиваемой в течение срока службы детали.
В бытовой электронике, в частности устройствах защиты от перенапряжения, размер используемого варистора MOV достаточно мал, что в конечном итоге ожидается отказ. В других приложениях, таких как передача энергии, используются VDR различной конструкции в нескольких конфигурациях, рассчитанных на длительный срок службы.
Варистор высокого напряжения MOV указываются в соответствии с диапазоном напряжения, в котором они могут терпеть без повреждений. Другими важными параметрами являются номинальная энергия варистора в джоулях, рабочее напряжение, время отклика, максимальный ток и напряжение пробоя (фиксации). Энергетический рейтинг часто определяется с использованием стандартизированных переходных процессов, таких как 8/20 микросекунд или 10/1000 микросекунд, где 8 микросекунд - это время фронта переходного процесса, а 20 микросекунд - время до половины значения.
Типичная емкость для варисторов потребительского размера (диаметром 7–20 мм) находится в диапазоне 100–2 500 пФ. Доступны варисторы меньшей емкости с емкостью ~ 1 пФ для защиты микроэлектроники, например, в сотовых телефонах. Однако эти варисторы с малой емкостью не способны выдерживать большие импульсные токи просто из-за их компактных размеров для монтажа на печатной плате.
Время отклика MOV не стандартизировано. Заявление о субнаносекундном отклике MOV основано на собственном времени отклика материала, но оно будет замедлено другими факторами, такими как индуктивность выводов компонентов и метод монтажа. Это время отклика также квалифицируется как незначительное по сравнению с переходным процессом, имеющим время нарастания 8 мкс, что дает устройству достаточно времени для медленного включения. При воздействии очень быстрых, <1 ns rise-time transient, response times for the MOV are in the 40–60 ns range.
Для защиты телекоммуникационных линий используются устройства подавления переходных процессов, такие как угольные блоки толщиной 3 мил (IEEE C62.32), сверхнизкие используются емкостные варисторы и лавинные диоды. Для более высоких частот, например, оборудования радиосвязи, может использоваться газоразрядная трубка (GDT). Типичный сетевой фильтр удлинитель построен с использованием MOV. В недорогих версиях может использоваться только один варистор, от горячего (активного, активного) до нейтрального. Лучший протектор содержит как минимум три варистора; по одному на каждой из трех пар проводников. В США защитный удлинитель должен иметь одобрение 3-го издания Underwriters Laboratories (UL) 1449, чтобы катастрофический отказ MOV не создавал опасности возгорания.
Вилка в сборе со схемой защиты от перенапряжения Несмотря на то, что MOV спроектирован так, чтобы проводить значительную мощность в течение очень коротких промежутков времени (от 8 до 20 микросекунд), например, вызванных ударами молнии, он обычно не способен проводить устойчивую энергию. При нормальном напряжении электросети это не проблема. Однако определенные типы неисправностей в энергосистеме общего пользования могут привести к устойчивому перенапряжению. Примеры включают потерю нейтрального проводника или короткое замыкание линий в системе высокого напряжения. Приложение длительного перенапряжения к MOV может вызвать сильное рассеивание, что потенциально может привести к возгоранию устройства MOV. Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) задокументировала множество случаев катастрофических пожаров, вызванных устройствами MOV в ограничителях перенапряжения, и выпустила бюллетени по этой проблеме.
A 130 вольт, 150 Дж MOV который претерпел катастрофическое повреждение, по всей видимости, в результате удара молнии, на котором видны следы тепла и дыма. Быстродействующий предохранитель на 3 ампера непосредственно перед варистором перегорел во время того же события. Последовательно подключенный плавкий предохранитель - одно из решений катастрофического отказа MOV. Также доступны варисторы с внутренней тепловой защитой.
Следует отметить несколько проблем, касающихся поведения ограничителей перенапряжения (TVSS), включающих MOV, в условиях перенапряжения. В зависимости от уровня проводимого тока рассеиваемого тепла может быть недостаточно, чтобы вызвать отказ, но он может вывести устройство MOV из строя и сократить его ожидаемый срок службы. Если MOV проводит чрезмерный ток, он может катастрофически выйти из строя, при этом нагрузка останется подключенной, но теперь без защиты от перенапряжения. У пользователя может не быть индикации отказа ограничителя перенапряжения. При правильных условиях перенапряжения и импеданса линии может оказаться возможным вызвать возгорание MOV, что является основной причиной многих пожаров и основной причиной беспокойства NFPA, которое привело к принятию UL1449 в 1986 году и последующим пересмотрам в 1998 и 2009 годах. • Правильно спроектированные устройства TVSS не должны выходить из строя катастрофически, что может привести к срабатыванию плавкого предохранителя или аналогичного устройства, которое отключает только устройства MOV.
MOV внутри ограничителя скачков напряжения ограничителя перенапряжения (TVSS) не обеспечивает полную защиту электрического оборудования. В частности, он не обеспечивает защиты от длительных перенапряжений, которые могут привести к повреждению этого оборудования, а также устройства защиты. Другие устойчивые и опасные перенапряжения могут быть ниже и, следовательно, игнорироваться устройством MOV.
Варистор не обеспечивает защиты оборудования от бросков пускового тока (при запуске оборудования), от перегрузки по току (вызванной коротким замыканием) или от напряжения. проседания (провалы ); он не ощущает и не влияет на такие события. Восприимчивость электронного оборудования к этим другим сбоям в электроснабжении определяется другими аспектами конструкции системы, как внутри самого оборудования, так и снаружи с помощью таких средств, как ИБП, регулятор напряжения или устройство защиты от перенапряжения со встроенным- в защите от перенапряжения (которая обычно состоит из цепи измерения напряжения и реле для отключения входа переменного тока, когда напряжение достигает опасного порога).
Другим методом подавления скачков напряжения является диод подавления переходных процессов (TVS). Хотя диоды не обладают такой большой способностью проводить большие выбросы, как MOV, характеристики диодов не ухудшаются из-за меньших выбросов и могут быть реализованы с более низким «ограничивающим напряжением». MOV ухудшаются из-за многократного воздействия скачков и обычно имеют более высокое «напряжение ограничения», так что утечка не ухудшает MOV. Оба типа доступны в широком диапазоне напряжений. MOV, как правило, более подходят для более высоких напряжений, потому что они могут проводить более высокие связанные энергии при меньших затратах.
Другой тип подавителя переходных процессов - это подавитель газовой трубки. Это тип искрового разрядника, в котором может использоваться воздух или смесь инертного газа и часто небольшое количество радиоактивного материала, такого как Ni- 63, чтобы обеспечить более стабильное напряжение пробоя и сократить время отклика. К сожалению, эти устройства могут иметь более высокое напряжение пробоя и более длительное время отклика, чем варисторы. Однако они могут выдерживать значительно более высокие токи короткого замыкания и выдерживать множественные удары высокого напряжения (например, от молнии ) без значительного ухудшения характеристик.
Многослойный варистор (MLV) устройства обеспечивают защиту от электростатического разряда для электронных схем от низкого до среднего энергетические переходные процессы в чувствительном оборудовании, работающем при напряжении 0–120 вольт постоянного тока. Они имеют пиковый ток номиналы от 20 до 500 ампер и пиковую мощность от 0,05 до 2,5 джоулей.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Варисторами. |
