Varistor v napájecím zdroji – bezpečnost, stabilita a ochrana elektroniky

Tento stručný přehled poskytuje základní informace o konstrukci a principu činnosti metaloxidových varistorů. Jsou uvedeny příklady zapojení varistorů pro ochranu jednofázových a třífázových střídavých obvodů.

<b>úvod</b>

Historie varistorů se začala psát v roce 1975, kdy americký inženýr James D. Trammell získal patent na ochranu elektrických obvodů pohonu před přepětím pomocí varistorů sestávajících z desek z oxidu zinečnatého (ZnO). Od té doby pokročila technologie výroby varistorů kupředu, místo desek se používají granule oxidu zinečnatého a někdy se k nim jako přísada přidávají oxidové granule jiných kovů, odtud název „metal oxide varistory“ nebo v anglické literatuře Metal; Oxidový varistor – MOV .

Ihned je třeba poznamenat, že kromě varistorů se k ochraně obvodů před přepětím používají další komponenty:

• zachycovače plynu;
• TVS diody;
• TSS tyristory;
• kondenzátory pro potlačení šumu.

Uvedené komponenty si navzájem nekonkurují; Například varistory a TVS diody nejsou schopny nahradit lapače plynu. Ty mohou chránit výrobek před přepětím několika kilovoltů a bočníkovými proudy do 100 kA, proto se používají k ochraně před přepětím vznikajícím při výbojích blesku. Zároveň při ochraně obvodů nízkonapěťovými vysokorychlostními signály nemohou plynové bleskojistky konkurovat varistorům a TVS diodám pro svou relativně nízkou rychlost.

Ve složitých systémech s dlouhými přenosovými vedeními umístěnými v blízkosti vedení vysokého napětí a v hlučném prostředí se silným elektromagnetickým rušením se používají všechny výše uvedené ochranné komponenty.

<b>Konstrukce a princip činnosti varistoru</b>

Rýže. 1. Konstrukce varistoru

Provedení varistoru je schematicky znázorněno na Obr. 1. Velikost granulí se pohybuje mezi 20–100 mikrony. Na Obr. Obrázek 2 ukazuje mikrofotografie leštěné a leptané části varistoru. Vlastnosti hranic mezi granulemi jsou částečně podobné polovodičovému pn přechodu, proto lze podle prvního přiblížení varistor považovat za pole diod zapojených sériově a paralelně.

Rýže. 2. Mikrofotografie leštěných a leptaných oblastí varistoru

Mezi základní vlastnosti varistorů patří téměř konstantní úbytek napětí na hranicích granulí, který je 2–3 V a není závislý na velikosti granulí. Maximální napětí varistorů je tedy určeno velikostí a počtem zrn. Pro vysoká napětí se vyrábějí vícevrstvé varistory, jejich konstrukce je v mnohém podobná vícevrstvým keramickým kondenzátorům. Pokud napětí aplikované na varistor překročí maximální napětí varistoru, způsobí poruchu.

Rýže. 3. Proudově-napěťová charakteristika varistoru

Polykrystalickou strukturu varistorů z oxidů kovů je obtížné analyzovat. Experimentální a teoretické studie zaměřené na objasnění fyzikálních procesů probíhajících na hranicích granulí stále probíhají. Ale pro obvodního inženýra jsou údaje uvedené v dokumentaci výrobce a charakteristika proudového napětí varistoru zcela dostačující – je znázorněno na obr. 3. Na obrázku jsou použity následující symboly:

• V_RM – maximální provozní napětí při svodovém proudu normalizované výrobcem;
• I_RM – svodový proud normalizovaný výrobcem;
• I_PP – maximální pulzní proud pro přepěťovou vlnu se specifikovanými parametry;
• V_BR – počáteční napětí průrazu, při kterém svodový proud dosáhne 1 mA;
• V_CL – omezovací napětí.

Kromě výše uvedených parametrů je důležitý také maximální ztrátový výkon. Р _RR a parazitní varistorová kapacita C_V, která se měří při frekvenci 1 MHz a přiloženém napětí 30 mV. Je třeba říci, že varistory se vyznačují dobrou teplotní stabilitou, konstantní hodnota maximálního ztrátového výkonu je udržována až do okolní teploty +125 ° C. Rychlost varistoru, doba jeho odezvy se pohybuje v rozmezí 0,3–0,7 ns.

Rýže. 4. Náhradní obvod varistoru

Ekvivalentní zapojení varistoru je na Obr. 4. V tomto schématu rezistor R_X odráží nelineární odpor varistoru: v závislosti na stavu varistoru může jeho hodnota ležet v rozmezí 0– ∞ při malých proudech lze tento odpor zanedbat. Rezistory R_OFF odráží odpor varistoru při nízkých proudech, jeho hodnota dosahuje 1 GOhm. Rezistor R_ON odráží odpor varistoru při maximálním proudu, jeho hodnota je nepřímo úměrná maximálnímu výkonu Р _RR .

Rýže. 5. Odezva varistoru na impuls s vysokou rychlostí přeběhu

Výkon varistoru je částečně znázorněn na Obr. 5. Je vidět, že odezva varistoru na impuls s rychlostí náběhu cca 700 V/ns nepřesahuje 0,5 ns. Kolísání napětí omezujícího varistor vzniká v důsledku parazitních kapacit a indukčností varistoru a vodičů. Při takto vysoké rychlosti nárůstu pulzu zkušebního napětí ovlivní mezní napětí i malé parazitní kapacity a indukčnosti vodičů, takže bez připojení vodičů není možné izolovat efekt „čistého“ varistoru.

<b>Testování bezpečnostních komponent</b>

Rýže. 6. Vyzkoušejte proudový impuls

Testování ochranných komponent, včetně varistorů, je regulováno řadou norem v závislosti na odvětví. Všechny však používají stejné testovací impulsy napětí a proudu. Na Obr. Obrázek 6 ukazuje tvar pulzu testovacího proudu použitého k testování odolnosti vůči vnějším elektrostatickým výbojům. Doba náběhu proudu by měla být 0,8 ns a hodnota špičkového proudu se bude lišit v závislosti na testované součásti a její aplikaci.

Rýže. 7. Napěťový testovací impuls

Na Obr. Obrázek 7 ukazuje testovací napěťový impuls. Výkon pulzu se vypočítá ve stínované oblasti a samotný pulz je popsán poměrem t1/t2, například 8/20 μs, 5/50 ns, 10/100 ns. Jiné formy impulsu jsou také možné. Výkon a typ impulsu závisí na typu testované součásti a její aplikaci. Typické nastavení testu je znázorněno na obr. 8.

Rýže. 8. Typické nastavení testu

Výše bylo uvedeno, že odezva varistoru na napěťový impuls s rychle rostoucí hranou pouze částečně popisuje výkon varistoru. Proto je spíše orientační odezva varistoru na maximální proud zkušebního impulsu: tato reakce je znázorněna na Obr. 9. Jak je z obrázku patrné, čím větší je amplituda proudu a čím rychlejší je čelo jeho náběhu, tím vyšší je omezovací napětí varistoru. Tento výsledek není překvapivý: výkon varistoru, stejně jako jakýkoli jiný prvek elektrického obvodu, je omezený, takže jeho reakce na vnější vlivy je zpožděná.

Rýže. 9. Reakce varistoru na maximální proud testovacího impulsu

<b>Aplikace varistorů</b>

Upínací napětí varistorů leží v širokém rozmezí, přibližně 10–1000 V, maximální energie jimi rozptýlená se také pohybuje ve velmi širokém rozmezí – od zlomků joulů až po několik tisíc joulů. Proto je jejich rozsah použití extrémně široký: od nízkonapěťových signálových obvodů až po vysokonapěťové výkonové obvody.

Při použití varistorů v nízkonapěťových obvodech je třeba mít na paměti, že kromě vnějších ochranných prvků mají obvodové prvky také zabudovanou ochranu. Paměťové čipy EEPROM například vydrží krátkodobá přepětí až 100 V a přibližně stejnou zabudovanou ochranu mají čipy CMOS.

Rýže. 10. Příklad použití varistoru k ochraně tranzistoru

Rýže. 11. Příklad použití varistoru k ochraně mechanického spínacího kontaktu

Na Obr. Obrázek 10 ukazuje příklad použití varistoru k ochraně tranzistoru před přepětím, ke kterému dochází, když je vypnut v důsledku indukční zátěže. Na Obr. 11 Varistor chrání mechanický spínací kontakt před přepětím. Na Obr. Obrázek 12 ukazuje zapojení varistoru pro ochranu jednofázového elektrického vedení bez uzemnění a s uzemněním.

Rýže. 12. Zapnutí varistoru k ochraně jednofázového elektrického vedení bez uzemnění (a) a s uzemněním (b)

Na Obr. 13 a 14 znázorňují možnosti správné a nesprávné aktivace varistorů při ochraně třífázových obvodů před souběžným a diferenciálním přepětím. Připomeňme, že souosé přepětí je ve všech fázích třífázového obvodu stejné a působí mezi fázemi a zemí, proto je vhodné zahrnutí varistorů, které omezují souosé přepětí mezi fázemi (obr. 13a). ) nedává smysl, musí být zapojeny mezi fázemi a zemí, jak je znázorněno na obr. . 13b. Mezi fázemi je aplikováno rozdílové přepětí, proto musí být varistory, které omezují přepětí, zapojeny mezi fázemi (14b), nikoli mezi fázemi a zemí (14a).

Rýže. 13.Ochrana třífázových obvodů před souosým přepětím. Nesprávná aktivace varistorů (a), správná aktivace (b)

Rýže. 14. Ochrana třífázových obvodů před rozdílovým přepětím. Nesprávná aktivace varistorů (a), správná aktivace (b)

S nabídkou varistorů se můžete seznámit pomocí odkazu.

Varistor – je zařízení, které se používá v napájecím zdroji k ochraně před přepětím a přepětím v elektrické síti. Funguje jako tlumič a má schopnost měnit svůj elektrický odpor v závislosti na použitém napětí. Jak se napětí zvyšuje, varistor začne vést proud, čímž se zabrání selhání elektronických součástek a vzniku zkratu.

Proč je v napájecím zdroji tak nezbytný varistor? Faktem je, že elektřina v síti může být nestabilní. To má za následek riziko poškození elektronických zařízení, jako jsou počítače, televize, mobilní zařízení a další elektronická zařízení. Varistor chrání zdroj a zařízení k němu připojená před přepětím, zabraňuje zkratům a spálení důležité elektroniky.

Přidáním varistoru k napájecímu zdroji je spolehlivější a odolnější. To je zvláště důležité v podmínkách, kdy napětí v síti může kolísat kvůli bouřkám nebo jiným faktorům. Varistor chrání napájecí zdroj a pomáhá udržovat stabilní napětí, čímž zabraňuje možnému poškození a poruchám. Proto je jeho použití důležitým prvkem při budování spolehlivého napájecího systému.

Varistor v napájecím zdroji: přepěťová ochrana

Varistor je polovodičové zařízení, které má symetricky nelineární voltampérovou charakteristiku, což znamená, že jeho odpor se velmi mění v závislosti na hodnotě napětí. V běžném rozsahu napětí v síti má varistor vysoký odpor a nemá prakticky žádný vliv na činnost napájecího zdroje. Když však napětí v síti překročí normu, odpor varistoru prudce klesne, což mu umožňuje absorbovat přebytečnou energii a zabránit přepětí.

Pro ochranu zdroje před přepětím se varistory obvykle zapojují paralelně se vstupním napětím. Díky tomu dokáže varistor vyhladit krátkodobé pulsace napětí a chránit tak elektronické součástky zdroje před selháním. Kromě toho jsou varistory obvykle připojeny k pojistkám, což jim umožňuje rychle reagovat na napěťové rázy a přerušit napájení dříve, než může poškodit zařízení.

Výhody varistorů v napájecím zdroji:	Nevýhody varistorů v napájecím zdroji:
1. Velmi rychlá odezva na přepětí;	1. Varistory mají omezený počet pracovních cyklů a mohou časem selhat;
2. Vysoká spolehlivost a dlouhá životnost;	2. Varistory mohou být citlivé na vysoké teploty a vlhkost;
3. Jednoduchý design a nízké náklady;	3. Varistory mohou vnášet určité rušení a šum do provozu jiných součástí napájecího zdroje.

Elektronická zařízení: Škody způsobené přepětím

Přepětí je dočasné zvýšení napětí v elektrické síti, ke kterému může dojít v důsledku různých faktorů, jako je vadné elektrické vedení nebo blesk. Toto krátké přepětí může vážně poškodit elektronická zařízení, včetně napájecích zdrojů.

Napájecí zdroj je elektronické zařízení, které přeměňuje elektrickou energii ze střídavého zdroje na stejnosměrnou energii pro napájení dalších komponent. Přepětí může přetížit napájecí zdroj a způsobit jeho poruchu nebo přerušení.

Varistor je elektronická součástka používaná v napájecích zdrojích a dalších elektronických zařízeních k zajištění ochrany proti přepětí. Varistor má proměnný odpor, který klesá, když napětí překročí určitou prahovou hodnotu. To umožňuje varistoru absorbovat nebo odmítat nadměrné napětí, čímž se zabrání jeho vstupu do napájecího zdroje a chrání jej před poškozením.

Instalace varistoru do napájecího zdroje umožňuje chránit elektronické součástky před přepětím a zachovat jejich funkčnost v případě nepředvídaných situací. Varistory mají různé charakteristiky jako je maximální napětí, maximální proud a doba odezvy a jejich výběr by měl vycházet z požadavků konkrétního zdroje a jeho zatížení.

Nedílnou součástí napájecích zdrojů jsou tak varistory, které zajišťují ochranu elektronických zařízení před přepětím elektrické sítě. Bez řádné ochrany může dojít k poškození nebo úplnému selhání napájecího zdroje a dalších elektronických součástí, což má za následek ztrátu funkčnosti a dodatečné náklady na opravu nebo výměnu.

Role varistoru: stabilizace napětí

Jedním z hlavních úkolů varistoru je ochrana elektrických zařízení před přepětím. V případě, že napětí překročí normu, varistor okamžitě zareaguje a změní svůj odpor, absorbuje a omezí přepětí. Zařízení připojená ke zdroji jsou tak díky varistoru chráněna před poškozením napěťovými rázy.

Varistor navíc stabilizuje napětí přiváděné do zařízení, což zajišťuje jeho spolehlivý provoz. Varistor kompenzuje malé kolísání napětí v síti, ke kterému může dojít v důsledku zatížení jiných elektrických zařízení nebo vnějších faktorů. To umožňuje zařízení pracovat stabilně a zabraňuje možnému poškození v důsledku nesprávného nebo nekonzistentního napájení.

Varistor v napájecím zdroji tedy hraje důležitou roli při poskytování stabilního a bezpečného napájení připojených zařízení. Chrání je před přepětím a stabilizuje napětí, což výrazně zvyšuje životnost a účinnost elektronických zařízení.

Ochrana proti přetížení: Význam varistoru

Hlavním úkolem varistoru je poskytovat stabilní a spolehlivé napájení elektrických zařízení, zabraňující poškození přetížením a přepětím. To je důležité zejména pro napájení, které je jednou z hlavních součástí elektrických systémů.

V případě přetížení nebo rázového napětí varistor okamžitě reaguje změnou odporu a absorbováním přebytečné energie. Zabraňuje tak poškození napájecího zdroje a dalších systémových komponentů při zachování jejich funkčnosti.

Varistory jsou díky svému výkonu a spolehlivosti široce používány v různých elektronických zařízeních včetně napájecích zdrojů. Poskytují účinnou ochranu proti přetížení a přepětí a zaručují dlouhý a stabilní provoz systému.

Použití varistoru v napájecím zdroji je tedy nedílnou součástí zajištění spolehlivosti a bezpečnosti elektrických systémů. Umožňuje vyhnout se mnoha problémům spojeným s přetížením a přepětím a prodloužit životnost napájecího zdroje a dalších součástí systému.

Výhody použití varistoru

Jednou z hlavních výhod použití varistoru je jeho vysoká účinnost při prevenci poškození zařízení přepětím. Varistor poskytuje ochranu před vysokým napětím tím, že snímá úroveň napětí a snižuje ji na bezpečnou úroveň pro připojená zařízení.

Varistor si také účinně poradí s impulsním rušením, které může být způsobeno napěťovými rázy nebo jinými vnějšími faktory. Je schopen absorbovat a odrážet tato rušení, zabránit jim v ovlivnění provozu zařízení a zajistit stabilní provoz systému.

Další výhodou použití varistoru je jeho nízká cena a snadná instalace. Varistory jsou k dispozici v široké škále a lze je snadno integrovat do různých typů napájecích zdrojů. Také jejich nízká cena činí z použití varistorů ekonomicky výhodné řešení ochrany zařízení.

A konečně, varistory mají dlouhou životnost a vysokou spolehlivost. Jsou schopny odolat velkému zatížení a pracovat v různých podmínkách. Díky těmto vlastnostem jsou varistory jedním z nejspolehlivějších a nejefektivnějších prostředků ochrany proti přepětí v napájecích zdrojích.