Варистора характеристики: принцип работы, типы и применение

Содержание

варисторы параметры

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ВАРИСТОРОВ

Варистор[англ. varistor, от vari (able) — переменный и (resi) stor — резистор], полупроводниковый резистор, отличительной особенностью которых является резко выраженная зависимость электрического сопротивления(проводимости) от приложенного к ним напряжения. Сопротивлене иизменяется нелинейно и одинаково под действием как положительного, так и отрицательного напряжения. Варисторы используются для стабилизации и защиты от перенапряжения, преобразования частоты и напряжения, а также для регулирования усиления в системах автоматики, различных измерительных устройствах, источниках вторичного питания, в телевизионных приемниках для подстройки частоты гетеродинов, в генераторах переменного и импульсного пилообразного напряжения, в схемах размагничивания цветных кинескопов и др.

  • Номинальное напряжение, (Nominal Varistor Voltage), Vn — условный параметр, напряжение на варисторе,
    при котором через него течет некий ток, называемый классификационным.
    Для варисторов, применяемых в радиоэлектронике, классификационный ток обычно принимается равным 1 mA.
    Иногда этот параметр называют классификационным напряжением Uкл. Классификационное напряжение не является рабочим эксплуатационным напряжением варистора. Рабочее напряжение выбирается исходя из допустимой мощности рассеяния и предельного значения амплитуды напряжения.
  • Максимальное непрерывное напряжение длительно подаваемое на варистор при температуре 25°С. Рабочее напряжение (Operating Voltage), В (Vdc — для постоянного тока и Vrms — для переменного) — данное напряжение должно быть превышено только при перенапряжениях.
  • Максимальное напряжение (Maximum Operating Voltage), Vm — напряжение, которое может
    быть приложено к варистору на неопределенно длительное время.
    Указывается среднеквадратическое значение.
  • Максимальное напряжение отсечки (Maximum Clamping Voltage), Vc
    — максимальное напряжение,
    измеренное на клеммах варистора при воздействии испытательного импульса 8/20 мкс
    стандарта ITU 1Vc-Per IEC 61000-4-2 Level 4, .
  • Рабочий ток (Operating Current), А — диапазон — от 0,1 мА до 1 А
  • Максимальный импульсный ток, (Peak Current или Peak Surge Current) ITM — максимальный импульсный ток,
    не вызывающий повреждения варистора. Измеряется при помощи импульса 8/20 мкс.
  • Максимальная энергия импульса (Max. Energy Capability), WTM — максимальное количество
    энергии, поглощаемое варистором без деградации параметров, выражается в джоулях (Ватт-секундах)
    и может быть выражена следующим образом:
    WTM=VCIT где T время действия импульса.
  • Собственная емкость в неактивном режиме CV — Емкость между выводами варистора,
    измеряется на частоте 1 КГц или 1МГц. Емкостной фактор существенен только в отсутствии тока, проходящего через варистор, т.к. с увеличением приложенного напряжения емкость варистора падает (по нелинейному закону). При максимально допустимом падении напряжения на варисторе, его емкость близка к нулю.
  • Быстродействие (Response Time) — время перехода из непроводящего состояния в проводящее.
  • Поглощаемая энергия (Absorption energy), Дж
  • Коэффициент нелинейности — отношение статического сопротивления в данной точке вольтамперной характеристики к динамическому сопротивлению в той же точке.
  • Температурные коэффициенты (статич. сопротивления, напряжения, тока) — для всех типов варисторов не превышают 0,1% на градус

Варистор. Свойства, применение и характеристики варистора.

Варисторы – полупроводниковые резисторы с симметричной и резко выраженной нелинейной
вольт-амперной харктеристикой. За счет этого варисторы позволяют просто и эффективно решать задачи защиты различных устройств от импульсных напряжений.

Основное свойство которых заключается в способности значительно изменять свое электрическое сопротивление при изменении подаваемого на него напряжения. Варисторы включаются параллельно защи щаемому оборудованию (реле), т.е. при нормальной эксплуатации он находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. В рабочем режиме (при отсутствии импульсных напряжений) ток через варистор пренебрежимо мал, и поэтому варистор в этих условиях представляет собой изолятор.

При возникновении импульса напряжения варистор в силу нелинейности своей характеристики резко уменьшает свое сопротивление до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее, и рассеивая поглащенную энергию в виде тепла. В этом случае через варистор кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер.

При неизменном значении напряжения, приложенного к варистору, изменение полярности не приводит к изменению протекающего тока, т.е. вольт-амперная характеристика варистора – симметричная. Варисторы практически безинерционны, вслед за увеличением напряженности электрического поля у них сразу же уменьшается сопротивление.

Варисторы типа ВР-1 негерметизированные неизолированные предназначены для защиты элементов и узлов аппаратуры от перенапряжений в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Варисторы типа ВР-2 негерметизированные неизолированные предназначены для стабилизации напряжения и защиты элементов и узлов аппаратуры от перенапряжений в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Варисторы серии СН также предназначены для защиты от перенапряжений в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Одной из характеристик варистора является классификационное напряжение (Uкл) – это напряжение на варисторе при определенном токе. Как правило, изготовители варисторов в качестве классификационного напряжения указывют напряжение на варисторе при токе 1мА.

Важной характеристикой варистора является допускаемая мощность рассеивания – она характеризует возможность рассеивать поглащаемую электрическую энергию в виде тепла. Этот показатель в основном определяется геометрическими размерами варистора и конструкцией выводов. Для увеличения мощности рассеивания часто применяют массивные выводы, которые играют роль своеобразного радиатора.

Варисторы могут работать при последовательном включении – при этом в них протекает одинаковый ток, общее напряжение разделится пропорцирнально сопротивлениям ( в первом приближении – пропорционально классифицированным напряжениям), в этих же пропорциях разделится поглащаемая энергия. Сложнее обеспечить параллельную работу варисторов – необходимо строгое совпадение ВАХ. Эта задача вполне разрешима при последовательно-параллельной схеме включения – т.е. варисторы последовательно собираются в столбы, а столбы соединяются параллельно. При этом путем подбора варисторов обеспечивают совпадение ВАХ столбов варисторов. Так поступают при создании высоковольтных, мощных ограничителей перенапряжений (ОПН)

1.4.2. Варисторы | Электротехника

Варистором называется непроволочный резистор объемного типа, электрическое сопротивление которого быстро уменьшается при увеличении приложенного к нему напряжения.

Для изготовления варисторов используется конгломерат зерен кар­бида кремния. Структура варистора пока­зана на рис. 1.5. (1 – диск из зерен карбида кремния, скрепленных неорганическим связующим, 2 – электроды).

Электропроводность варистора определятся многими параллель­ными цепочками контактирующих зерен, причем пробивное напря­жение контактов в различных цепочках имеет большой разброс. Так, до значения приложенного напряжения U1 (рис. 1.6) ток идет только через сопротивление R, после чего при напряжениях U1, U2, U3 и последующих включаются друг за другом остальные параллельные цепочки зерен, и вольт-амперная характеристика представляет собой ломаную линию.

В реальном варисторе таких цепочек может быть очень много, поэтому вольт-амперная характеристика (рис. 1.7) представляет собой плавную кривую. Варисторы, изготовленные из несвязанных зерен карбида кремния, являются нестабильными, боятся тряски, ударов и легко из­меняют свои характеристики. Поэтому зерна SiC надо скреплять связующим веществом. В качестве связующих веществ используются глина, ультрафарфоровая масса, жидкое стекло, легкоплавкие стекла, кремнийорганические лаки и т.д. Материал с глинистой связкой называют тиритом, со связкой из жидкого стекла – вилитом.

Область применения варисторов

Варисторы применяются в стабилизаторах и ограничителях напряжения, в частности, в устройствах стабилизации высоковольтных источников напряжения телевизоров, для стабилизации токов в отклоняющих катушках кинескопов, в системах размагничивания цветных кинескопов и в системах автоматического регулирования.

Основными характеристиками варисторов являются: номинальное напряжение, коэффициент нелинейности, номинальная мощность рассеяния.

Коэффициент нелинейности варисторов на основе карбида кремния составляет от 5 до 25. Для повышения этого коэффициента варисторы изготавливают из оксида цинка, легированного примесями висмута, кобальта и других элементов. Такие варисторы (их называют также варисторами из оксидных полупроводников) имеют коэффициент нелинейности до нескольких десятков. Однако отрицательной особенностью варисторов из оксидных полупроводников является их меньшая стабильность как при работе, так и при хранении.

Замена и проверка варистора на плате + видео

Если при ремонте кондиционера вы обнаружили на плате сгоревший предохранитель не спешите его тут же менять, вначале выясните причину по которой он сгорел.

Скорее всего это произошло из-за скачков напряжения в сети.

При измерении в сети напряжение питания оно постоянно колеблется,причём не всегда в пределах безопасных для кондиционеров.

Плюс к этому в сети всегда присутствуют короткие импульсы напряжением в несколько киловольт. Происходит это из-за постоянного отключения и включения индуктивной и ёмкостной нагрузки (электродвигатели,трансформаторы и т. д.), а также из-за атмосферного электричества.

Кондиционеры, как и любую другую электронную технику защищают на этот случай варисторами. Точнее электронную начинку кондиционера-плату управления.


Стандартная схема подключения варистора

параллельно защищаемой нагрузке подключают варистор VA1, а перед ним ставят предохранитель F1:

Принцип действия варистора

По сути варистор представляет собой нелинейный полупроводниковый резистор, проводимость которого зависит от приложенного к нему напряжения. При нормальном напряжении варистор пропускает через себя пренебрежительно малый ток, а при определённом пороговом напряжении он открывается и пропускает через себя весь ток.
Таким образом он фильтрует короткие импульсы, если же импульс будет более длинным, и ток идущий через варистор превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то он попросту сгорит, обесточив и защитив нагрузку.

Маркировка варисторов

Существует огромное количество варисторов разных производителей, с разным пороговым напряжение срабатывания и рассчитанные на разный ток. Узнать какой стоял варистор можно по его маркировке.
Например маркировка варисторов CNR:

CNR-07D390K, где:

  • CNR-серия, полное название CeNtRa металлоксидные варисторы
  • 07- диаметр 7мм
  • D — дисковый
  • 390 — напряжение срабатывания, рассчитываются умножением первых двух цифр на 10 в степени равной третьей цифре, то есть 39 умножаем на 10 в нулевой степени получатся 39 В, 271-270 В и т. д.
  • K — допуск 10 %, то есть разброс напряжения может колебаться от номинального на 10 % в любую сторону.

Как же найти на плате варистор?

По схеме приведённой выше, видно что этот элемент находится рядом с предохранителем в месте прихода на плату проводов питания. Обычно это диск жёлтого или тёмно-зелёного цвета.


На фото варистор указан красной стрелкой. Можно было подумать что варистор это синяя деталь, покрытая чёрной копотью, но на увеличении видно трещины на корпусе варистора, от которого покрылись нагаром расположенные рядом детали.Хорошо это видно и с обратной стороны, где написаны условные обозначения. Даже если их не будет, распознать варистор можно, зная что он подсоединён параллельно нагрузке или по маркировке на его корпусе.

VA1- это варистор, а синяя деталь рядом это конденсатор-С70.

Не путайте их, по форме они одинаковые, так что ориентируйтесь на маркировку и условные обозначения на плате.

После того как вы нашли варистор, его нужно выпаять, чтобы потом на его место установить новый.Для выпаивания варисторов я обычно использую газовый паяльник, потому что не всегда в месте ремонта есть электропитание — на строящемся объекте, на крыше, например.Ещё очень удобно пользоваться оловоотсосом -разогреть место пайки и оловоотсосом удалить расплавившийся припой.

Но для этих целей вполне подойдёт пинцет или обычные плоскогубцы-нужно захватить ножку детали и вытянуть когда припой расплавится.Если у вас плохо плавится припой, то скорее всего он на плате высокотемпературный-так называемый бессвинцовый (может заметили на моей плате надпись PbF — плюмбум фри). В этом случае нужно или увеличить температуру жала паяльника или же капнуть сверху другого более низкотемпературного, место пайки расплавится и можно будет удалить деталь. После этого вставляем новый варистор и припаиваем его.

Для пайки очень удобно пользоваться припоем в виде проволоки у которого внутри уже есть флюс.

Ещё обратите внимание, что большинство плат — двусторонние, поэтому припаивать ножки детали нужно с обеих сторон платы, так как нередко бывает что ножка детали выполняет роль перемычки между дорожками с разных сторон платы.

После замены варистора остаётся только поставить новый предохранитель и установить плату на место.

Обычно в платах кондиционера стоят варисторы на напряжение 470 В, и предохранители номиналом от 0.5 А до 5 А. Поэтому рекомендую всегда иметь при себе небольшой запас этих деталей.

Для тех, кто хочет нагляднее увидеть процесс , выкладываю видео урок:

Для тех кому требуется отремонтировать плату, путём замены варистора, помогут наши сервисные специалисты, цены смотрите здесь.

Варистор Ch2-1-1 1W 560 V — Варисторы — Радиодетали — Каталог

Варистор Ch2-1-1 1W 560 V (+\- 10%)

СН1-1 560В
Варисторы СН1-1 стержневые негерметизированные неизолированные.
Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного токов.
Асимметрия токов ±10 %

Основные технические характеристики варисторов СН1-1:
— Классификационное напряжение: 560; 680; 820; 1000; 1200; 1300; 1500 В
— Допуск по напряжению: ±10; ±20 %
— Классификационный ток: 10 мА
— Диапазон температур: -40… +70 °С

Варисторы серии СН1 и СН2 – защитное устройство, представляющее собой полупроводниковый резистор и обладающее способностью мгновенного изменения собственного сопротивления под воздействием подаваемого напряжения. Нелинейные (коэффициент нелинейности от 3,5 до 4,5) и симметричные вольтамперные характеристики предоставляют возможность эксплуатации варисторов в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Принцип работы варистора заключается в его способности в считанные наносекунды понижать собственное сопротивление до отметки в несколько Ом при воздействии напряжения, превышающего номинальное значение – максимально допустимого переменного импульсного напряжения (до 2кВ). Отсюда и название – varistor (variable resistor). В обычном состоянии сопротивление варистора достигает нескольких сотен МОм, а поскольку подключают варисторы параллельно цепи, то ток через него не проходит и он выступает в роли диэлектрика. Импульсный скачок приводит варистор в действие, понижая его сопротивление – происходит короткое замыкание, перегорает плавкий предохранитель, который должен устанавливаться в обязательном порядке перед варистором, и цепь размыкается. В момент срабатывания происходит шунтирование излишней нагрузки, поглощаемая энергия (до 508 Дж при импульсе тока 2,5 мс) рассеивается в виде теплового излучения.

Габаритные размеры варистора при этом играют значительную роль – общая площадь поверхности варистора имеет пропорциональное влияние на возможность гашения импульса напряжения без разрушения самого устройства.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

Принцип работы варистора в электрической цепи: описание, характеристики

Автор Почемучка На чтение 16 мин. Просмотров 807

В связи с данной потребностью, ведущие мировые производители варисторов направляют свои усилия именно в сторону повышения их быстродействия. Один из путей достижения данной цели — сокращение длины (соответственно индуктивности) выводов многослойных компонентов. Такие CN-варисторы уже заняли достойное место в деле защиты от статики выводов интегральных микросхем.

Варистором называется полупроводниковый компонент, способный нелинейно изменять свое активное сопротивление в зависимости от величины приложенного к нему напряжения. По сути это — резистор с такой вольт-амперной характеристикой, линейный участок которой ограничен узким диапазоном, к которому приходит сопротивление варистора при приложении к нему напряжения выше определенного порогового.

В этот момент сопротивление элемента скачкообразно изменяется на несколько порядков — уменьшается от изначальных десятков МОм до единиц Ом. И чем сильнее повышается приложенное напряжение — тем меньше и меньше становится сопротивление варистора. Данное свойство делает варистор главным элементом современных устройств защиты от импульсных перенапряжений.

Будучи подключен параллельно защищаемой нагрузке, варистор берет на себя ток помехи и рассеивает его в форме тепла. А по окончании данного события, когда приложенное напряжение снижается и возвращается за порог, варистор восстанавливает свое исходное сопротивление, и снова готов выполнять защитную функцию.

Можно сказать, что варистор представляет собой полупроводниковый аналог газового разрядника, только у варистора, в отличие от газового разрядника, первоначальное высокое сопротивление восстанавливается быстрее, практически отсутствует инерционность, да и диапазон номинальных напряжений начинается от 6 и доходит до 1000 и более вольт.

По этой причине варисторы находят широкое применение в защитных цепях полупроводниковых ключей, в схемах с индуктивными элементами (для искрогашения), а также в качестве самостоятельных элементов электростатической защиты входных цепей радиоэлектронных устройств.

Процесс изготовления варистора заключается в спекании порошкообразного полупроводника со связующим компонентом при температуре в районе 1700 °C. Здесь в ход идут такие полупроводники как оксид цинка или карбид кремния. Связующим веществом может служить жидкое стекло, глина, лак или смола. На полученный путем спекания дискообразный элемент металлизацией наносят электроды, к которым и припаивают монтажные выводы компонента.

Кроме традиционной дисковой формы, можно встретить варисторы в форме стержней, бусинок и пленок. Перестраиваемые варисторы изготавливают в форме стержней с подвижным контактом. Традиционные полупроводниковые материалы, применяемые в производстве варисторов на основе карбида кремния с разными связками: тирит, вилит, лэтин, силит.

Внутренний принцип действия варистора заключается в том, что грани маленьких полупроводниковых кристаллов внутри связующей массы соприкасаются друг с другом, образуя проводящие цепочки. При прохождении через них тока определенной величины, наступает местный перегрев кристаллов, и сопротивление цепочек падает. Этим явлением и объясняется нелинейность ВАХ варистора.

Один из главных параметров варистора, наряду со среднеквадратичным напряжением срабатывания, — коэффициент нелинейности, показывающий отношение статического сопротивления к динамическому. Для варисторов на основе оксида цинка данный параметр лежит в диапазоне от 20 до 100. Что касается температурного коэффициента сопротивления варистора (ТКС), то он обычно отрицателен.

Варисторы компактны, надежны, хорошо справляются со своей задачей в широком диапазоне рабочих температур. На печатных платах и в УЗИП можно встретить маленькие дисковые варисторы диаметром от 5 до 20 мм. Для рассеивания более высоких мощностей применяются блочные варисторы с габаритными размерами 50, 120 и более миллиметров, способные рассеивать в импульсе килоджоули энергии и пропускать через себя токи в десятки тысяч ампер, при этом не терять работоспособности.

Один из самых важных параметров любого варистора — время срабатывания. Хотя обычное для варистора время активации не превышает 25 нс, и в некоторых цепях этого достаточно, тем не менее кое-где, например для защиты от электростатики, необходима более быстрая реакция, не более 1 нс.

В связи с данной потребностью, ведущие мировые производители варисторов направляют свои усилия именно в сторону повышения их быстродействия. Один из путей достижения данной цели — сокращение длины (соответственно индуктивности) выводов многослойных компонентов. Такие CN-варисторы уже заняли достойное место в деле защиты от статики выводов интегральных микросхем.

Классификационное напряжение варистора DC (1mA) — является условным параметром, при данном напряжении ток через варистор не превышает 1 мА. Именно классификационное напряжение указывается в маркировке варистора.

ACrms — среднеквадратичное переменное напряжение срабатывания варистора. DC – напряжение срабатывания на постоянном напряжении.

Для получения большей рассеиваемой мощности допускается параллельное и последовательное включение варисторов. При параллельном включении важно подобрать варисторы максимально близкие по параметрам.

Варистор является пассивным двухвыводным, твердотельным полупроводниковым прибором, который используется для обеспечения защиты электрических и электронных схем. В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, которые обеспечивают защиту по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения с помощью стабилизации напряжения подобно стабилитрону.

Форма волны переменного тока в переходном процессе

Варисторы подключаются непосредственно к цепям электропитания (фаза — нейтраль, фаза-фаза) при работе на переменном токе, либо плюс и минус питания при работе на постоянном токе и должны быть рассчитаны на соответствующее напряжение. Варисторы также могут быть использованы для стабилизации постоянного напряжения и главным образом для защиты электронной схемы от высоких импульсов напряжения.

Существуют различные типы исполнения, однако варистор на основе окиси металла является наиболее часто используемым в электронных устройствах. Как было сказано выше, основное назначение варистора в электронных схемах — защита цепи от чрезмерного всплеска напряжения переходных процессов. Эти переходные процессы обычно происходят из-за разряда статического электричества и грозовых перенапряжений.

Принцип работы варистора

В обычном рабочем состоянии варистор имеет высокое сопротивление. Всякий раз, когда переходное напряжение резко возрастает, сопротивление варистора тут же уменьшаться. Таким образом, он начитает проводить через себя ток, снижая тем самым напряжение до безопасного уровня.

Существуют различные типы исполнения, однако варистор на основе окиси металла является наиболее часто используемым в электронных устройствах. Как было сказано выше, основное назначение варистора в электронных схемах — защита цепи от чрезмерного всплеска напряжения переходных процессов. Эти переходные процессы обычно происходят из-за разряда статического электричества и грозовых перенапряжений.

Принцип работы варистора можно легко понять, взглянув на кривую зависимости сопротивления от приложенного напряжения.

На графике выше видно, что во время нормального рабочего напряжения (скажем низкого напряжения) сопротивление его очень высоко и если напряжение превышает номинальное значение варистора, то его сопротивление начинает уменьшаться.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) варистора показанная на рисунке выше. Из рисунка видно, небольшое изменение напряжения вызывает значительное изменение тока.

Уровень напряжения (классификационное напряжение), при котором ток, протекающий через варистор составляет 1 мА, является уровнем, при котором варистор переходит из непроводящего состояния в проводящее. Это происходит потому, что, всякий раз, когда приложенное напряжение превышает или равно номинальному напряжению, происходит лавинный эффект, переводящий варистор в состояние электропроводности в результате снижения сопротивления.

Таким образом, даже, несмотря на быстрый рост малого тока утечки, напряжение будет чуть выше номинального значения. Следовательно, варистор будет регулировать напряжение переходных процессов относительно приложенного напряжения.

Измерять сопротивление нужно два раза, меняя полярность подключения тестера.

Как работает варистор?

На схеме варистор обозначается значком резистора, перечеркнутого по диагонали, что указывает на его нелинейность.

Когда нелинейный резистор функционирует в обычном режиме, его сопротивление велико. Однако оно сильно снижается при возрастании напряжения выше номинальной величины, что приводит к значительному повышению тока. Таким образом, разность потенциалов удерживается на уровне, несколько превышающем номинал. Варистор, работающий в этом режиме, выполняет функцию стабилизации напряжения.

Нелинейный резистор, будучи подключенным на входе электроцепи, добавляет к ее емкости собственную. Для устойчивой работы защищаемых приборов это необходимо учесть при проектировании линии.

На рисунке представлена стандартная схема подключения варистора.

Для правильного подбора защитного элемента важно знать мощность импульсов, имеющих место при переходных процессах, а также величину выходного сопротивления источника.

От максимальной силы тока, которую нелинейный резистор способен пропустить через себя, зависит частота повторений выбросов напряжения, а также их длительность. Если она слишком мала для конкретной цепи, защитный элемент быстро придет в негодность из-за перегрева. Поэтому, чтобы варистор работал безотказно в течение длительного времени, он должен обеспечивать эффективное рассеивание импульсной энергии при переходном процессе. Затем деталь должна быстро возвращаться в исходное состояние.

Рис. 3. Внешний вид мощных варисторов.

Виды варисторов

Типовое значение времени срабатывания варисторов при воздействии перенапряжения составляет не более 25 наносекунд (нс), но для защиты некоторых видов оборудования его может оказаться недостаточно (для электростатической защиты необходимо не более 1 нс).

Поэтому совершенствование технологии изготовления варисторов во всем мире направлено на повышение их быстродействия.

Так, например, фирме “S+M Epcos”, благодаря применению при изготовлении варисторов многослойной структуры SIOV-CN и их SMD-исполнения (безвыводная конструкция для поверхностного монтажа), удается добиться времени срабатывания менее 0,5 нс (при расположении таких элементов на печатной плате для получения указанного быстродействия уже необходимо минимизировать индуктивности внешних соединительных проводников).

В дисковой конструкции варисторов за счет индуктивности выводов время срабатывания увеличивается до нескольких наносекунд.

Малое время срабатывания, высокая надежность, отличные пиковые электрические характеристики в широком диапазоне рабочей температуры при малых размерах ставят многослойные варисторы на первое место при выборе элементов защиты от статических зарядов.

Рис. 2. Внешний вид варисторов.

Рис. 3. Внешний вид мощных варисторов.

Например, в области производства сотовых телефонов многослойные варисторы можно считать уже стандартом в защите от статического электричества.

CN-варисторы могут надежно защищать от статических разрядов: клавиатуры, разъемы для подключения факса и модема, соединители зарядных устройств, входы интегральных аналоговых микросхем, выводы микропроцессоров.

На практике, например, при ремонте электронного устройства приходится работать с маркировкой варистора, обычно она выполнена в виде:

Устройство

Варисторы устроены достаточно просто — внутри есть кристалл полупроводникового материала, чаще всего это Оксид Цинка (ZiO) или Карбид Кремния (SiC). Прессованный порошок этих материалов подвергают высокотемпературной обработке (запекают) и покрывают диэлектрической оболочкой. Встречаются либо в исполнении с аксиальными выводами, для монтажа в отверстия на печатной плате, а также в SMD-корпусе.

На рисунке ниже наглядно изображено внутреннее устройство варистора:

Варисторы «образуются», когда кристаллы карбида кремния или оксидов металлов вдавливаются в керамический материал.

Устройство варистора

Варисторы «образуются», когда кристаллы карбида кремния или оксидов металлов вдавливаются в керамический материал.

Затем спекание материала проводится при высокой температуре после его высыхания. Электрические характеристики устройства зависят от температуры и атмосферных условий.

Чтобы иметь хорошо проводимые электрические контакты, контакты материала металлизированы серебром или медью. Затем провода припаиваются к контактам.

На рисунке ниже показан дисковый варистор:

В настоящее время это наиболее распространенные ограничители напряжения, которые можно использовать для широкого диапазона напряжений. Это нелинейное устройство, которое поглощает разрушающую энергию и рассеивает ее в виде тепла, чтобы предотвратить повреждение системы.

Обычно при его изготовлении используется оксид цинка, поэтому его также называют варистором на основе оксида металла.

На рисунке ниже показана структура металлооксидного варистора:

Здесь полупроводниковый элемент на 90% состоит из оксида цинка, а остальное — наполнитель, который образует соединение. Стандартный карбид кремния отличается от металлооксидного варистора тем, что MOV демонстрирует меньший ток утечки и его рабочая скорость выше.

Давайте рассмотрим работу варистора при нормальном рабочем напряжении имеем следующие протекания токов:

Давайте рассмотрим работу варистора при нормальном рабочем напряжении имеем следующие протекания токов:

Предположим, что в схеме установлен варистор, срабатывающий от 250 вольт. Пока уровень ниже данного значения, сопротивление варистора огромно, и сетевое питание 220 В питает схему, минуя варистор.

При подаче на варистор допустим 300 вольт в аварийной ситуации, сопротивление варистора резко падает, и он начинает принимать всю нагрузку только на себя. Благодаря этому, завышенный потенциал не пройдет на схему, тем самым, защищая ее.

Когда варистор срабатывает, то вся нагрузка идет на предохранитель, и он перегорает, тем самым спасая электронное устройство от перегрузки.

Все варисторы подсоединяются параллельно нагрузке, правильнее всего их будет включать между фазовым проводом и проводом заземления или нейтралью.

В трехфазной сети переменного тока, при подсоединение нагрузки «звездой», варисторы подключаются между каждой фазой и проводом заземления. А при соединении нагрузки «треугольником», варисторы подключены между фазами.

Чаще всего на корпусе варистора указана достаточно длинная маркировка, на примере 20D471K расшифруем ее и узнаем основные технические характеристики варистора.

Итак, разложим все по полочкам:

У некоторых производителей варисторов, маркировки отличаются друг от друга, но не существенно. Примеры маркировки этого варистора, но от разных фирм: Epcos — S20K300, TVR -TVR20D471, Fenghua — FNR-20K471, JVR — JVR-20N471K, CNR — CNR20D471.

Как проверить варистор

Первым делом необходимо выполнить внешний осмотр варистора на схеме, пытаемся обнаружить на нем сколы и трещины, почернения и следы нагара. При выявлении таких проблем варистор нужно обязательно заменить, даже если он и пока исправный. Если нет нового можно на непродолжительное время даже выпаять его из схемы, она будет работать и без него. Но при всплеске напряжения выйдут из строя уже другие компоненты устройства и потребуется более дорогой ремонт электронного оборудования.

Если внешний осмотр дефектов не выявил, на всякий случай прозвоните варистор мультиметром, его сопротивление должно быть гораздо больше измерительного диапазана на вашем приборе.

При проверки варистора омметром прибор покажет величину статического сопротивления представляющего собой отношение постоянного напряжения, приложенного к варистору, к постоянному току, протекающему через варистор.

Изготавливают варисторы технологическим способом методом спекания полупроводника при температуре около 1700 °C, обычно для этих целий используют порошкообразный карбид кремния или оксида цинка, и какого либо связующего вещества, например глина, жидкое стекло,и т.п. В завершающей стадии поверхность элемента металлизируют и припаивают к ней металлические выводы. Конструктивно варисторы изготавливаются в виде дисков, таблеток и стержней.

Источником подобных импульсов является индуктивный выброс, происходящий из-за переключения катушек индуктивности, выпрямительных трансформаторов, двигателей, скачки от включения высоковольтных схем запуска люминесцентных ламп и т.п.

В нормальном режиме работы, варистор облодает очень высоким сопротивлением, поэтому его ВАХ (вольт-амперная характеристика) напоминает ВАХ стабилитрона. Но в тот момент, когда на варисторе напряжение превысит номинальный уровень, его эффективное сопротивление сильно снижается.

Как мы видим из графика варистор обладает симметричной двунаправленной характеристикой, то есть он работает в обоих направлениях, подобно стабилитрону

Из-за огромного внутреннего сопротивления, варистор не оказывает заметного влияние на схему питания, пока напряжение не привысило номинального уровня. При превышении уровня происходит переход из изолирующего состояния в электропроводящее состояние за счет лавинного эффекта в полупроводнике. При этом ток утечки, протекающий через него,скачкообразно возрастает, но напряжение на нем остается практически на том-же уровне.

Так как варистор, посоединяется к обоим выводам питания, то при нормальном уровни напряжения он обладает определенным значением емкости которая прямо пропорциональна площади и обратно пропорциональна толщине. В случае применения в цепях постоянного напряжения, емкость варистора остается более-менее постоянной.

Выпускаемые электронной промышленностью варисторы имеют широкий диапазон от 10 вольт и до нескольких тысяч, но их лучше выбирать с небольшим запасом, так для стандартных 230 вольт необходимо выбрать варистор на 250-260 вольт.

Принцип работы варистора прост. При наличии в электрической цепи нормального уровня напряжения варистор пропускает через себя малый ток. В случае достижения в системе, в силу обстоятельств, предельных значений напряжения, варистор открывается и пропускает все токовые силы . Таким образом, осуществляется регулировка работы электрической цепи.

Маркировка варисторов

В настоящее время каждый производитель устанавливает свою маркировку на эти типы приборов. Это объясняется тем, что производимые приборы имеют разные технические характеристики. Например, предельно допустимое напряжение или необходимый для функционирования уровень тока.

Наиболее распространенными маркировками является обозначение вида CNR, которая дополняется такими элементами, как 07D390K. Обозначения имеют следующее значение:

  1. CNR – серия варистора. Приборы с данным обозначением являются металлооксидными.
  2. 07 – величина устройства в диаметре (7 миллиметров).
  3. D – дисковый прибор.
  4. 390 – предельно допустимый показатель уровня напряжения.

Варисторы – надежное средство для подавления скачков напряжения в первичных электрических цепях. Компания Littelfuse выпускает широкую линейку этих изделий, состоящую из нескольких серий, в числе которых – лидеры отрасли по рассеиваемой энергии, индустриальные варисторы серии C-III.

Характеристики варистора

Тело варистора представляет собой изотропную гранулярную структуру оксида цинка ZnO (рисунок 1). Гранулы отделены друг от друга, и их граница разделения имеет ВАХ, схожую с p-n-переходом в полупроводниках. Эти границы при низких напряжениях имеют очень низкую проводимость, которая нелинейно увеличивается с увеличением напряжения на варисторе.

Рис. 1. Фотография гранулярной структуры варистора, сделанная с помощью электронного микроскопа

Симметричная ВАХ показана на рисунке 2. Благодаря ей варистор отлично справляется с подавлением скачков напряжения. Когда они появляются в цепи, сопротивление варистора уменьшается во множество раз: от почти непроводящего состояния до высокопроводящего, уменьшая импульс напряжения до безопасного для цепи значения. Таким образом, потенциально опасная для элементов цепи энергия входного импульса напряжения абсорбируется варистором и защищает компоненты, чувствительные к скачкам напряжения.

Рис. 2. Симметричная ВАХ варистора

Рассмотрим подробнее принцип работы варистора.

В его корпусе между металлическими контактами находятся гранулы со средним размером d (рисунок 3).

Рис. 3. Схематическое изображение микроструктуры металл-оксидного варистора

Токопроводящие гранулы оксида цинка со средним размером гранулы d разделены между собой межгранулярными границами.

, (1)

где d – средний размер гранулы.

,

получаем данные, представленные в таблице 1.

Таблица 1. Зависимость структурных параметров варистора от напряжения

Напряжение варистора Vn – это напряжение на вольт-амперной характеристике, где происходит переход из слабопроводящего состояния на линейном участке графика в нелинейный режим высокопроводящего состояния. По общей договоренности для стандартизации измерений был выбран ток 1 мА.

Рис. 4. Результат увеличения напряжения в сети на продолжительное время

Проведем сравнительный анализ наиболее популярных варисторов производства компаний Littelfuse, Epcos и Fenghua с рабочим напряжением 250 и 275 В (АС rms) и диаметром диска 10, 14 и 20 мм.

Таблица 2. Сравнительный анализ наиболее популярных варисторов производства компаний Littelfuse, Epcos и Fenghua

Обзор варисторов производства компании Littelfuse c разбивкой на серии и области применения представлен в таблице 3.

Таблица 3. Области применения варисторов Littelfuse

Область применения варисторов:

Применение варистора играет важную роль в системе защиты чувствительных электронных схем от скачков напряжения и высоковольтных переходных процессов. Принцип работы этих элементов основан на изменении сопротивления полупроводниковой структуры под воздействием высокого напряжения.

Серия VDR имеет стандартное значение времени срабатывания варисторов при воздействии перенапряжения, которое составляет не более 25 нc. Диапазон напряжения срабатывания от 12 В до 1800 В. Диапазон рабочей температуры -40°С

Область применения варисторов:

  • промышленное оборудование;
  • источники питания;
  • фотоэлектрические приборы;
  • бытовая электроника;
  • телекоммуникации;
  • инверторы.

Источники

Источник — http://electricalschool.info/electronica/2077-varistory-princip-deystviya-tipy-i-primenenie.html
Источник — http://www.joyta.ru/7117-varistor-princip-raboty-i-primenenie/
Источник — http://fornk.ru/1998-varistor-chto-eto-takoe-princip-raboty/
Источник — http://dip8.ru/articles/varistory-kak-rabotayut-osnovnye-kharakteristiki-i-parametry-skhema-podklyucheniya/
Источник — http://radiostorage.net/1419-varistory-princip-raboty-tipy-i-primenenie.html
Источник — http://samelectrik.ru/chto-takoe-varistor.html
Источник — http://elenergi.ru/varistor-naznachenie-ustrojstvo-i-princip-raboty.html
Источник — http://www.texnic.ru/books/electronika/003.html
Источник — http://elektro.guru/osnovy-elektrotehniki/rabota-varistora-princip-ekspluatacii-i-markirovka.html
Источник — http://www.compel.ru/lib/76838
Источник — http://www.chipdip.ru/news/vdr-series-kls-varistors

Характеристика — варистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Характеристика — варистор

Cтраница 1


Характеристика варистора показана на рис. 12.1. В приборе с симметричными характеристиками при изменении полярности напряжения величина тока не меняется.  [2]

Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным ( местным) разогревом на контактах между многочисленными кристаллами карбида кремния. Сопротивление контактов при этом существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов.  [4]

Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным ( местным) нагревом соприкасающихся граней многочисленных кристаллов карбида кремния. При локальном повышении температуры на границах кристаллов сопротивление последних существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов.  [5]

Влияние частоты приложенного напряжения на характеристики варисторов показано на рис. 9.7. При низких частотах, когда емкостное сопротивление велико, через варистор идет практически только активный ток. При повышенных частотах емкостное сопротивление становится сравнимым с активным сопротивлением при малых напряжениях и появляется емкостная составляющая тока. С увеличением напряжения активное сопротивление уменьшается и преобладает активный ток.  [7]

Задаваясь значением тока базы, находим на характеристике варистора соответствующую точку и проводим через нее прямую, параллельную оси абсцисс.  [8]

В предлагаемой для использования в телевизорах УНТ-35 схеме положение импульсов обратного хода на характеристике варистора R % изменяется при помощи переменного резистора R3, который включен последовательно с варистором. Изменяя сопротивление резистора Яз, можно менять амплитуду импульсного напряжения, приложенного к варистору, а также выпрямленное им напряжение и устанавливать, таким образом, требуемый размер изображения по горизонтали. Такая схема обеспечивает высокую степень стабилизации без использования второго дополнительного варистора.  [9]

В предлагаемой для использования в телевизорах УНТ-35 цепи стабилизации положение импульсов обратного хода на характеристике варистора R2 изменяется с помощью переменного резистора R3, который включен последовательно с варистором. Изменяя сопротивление резистора R3, можно менять амплитуду импульсного напряжения, приложенного к варистору, а также выпрямленное им напряжение, и устанавливать, таким образом, требуемый размер изображения по горизонтали. Такая цепь обеспечивает высокую степень стабилизации без использования второго дополнительного варистора.  [10]

Необходимо различать статический ( рст) и динамический ( ( Зд) коэффициенты нелинейности вольт — ампер ной характеристики варистора. Динамический коэффициент нелинейности получится, если в выражении ( 1) под dUn dl понимать малые переменные напряжения и токи, измеренные тем или иным способом.  [11]

Считая разогрев активных областей под точечными контактами одним из основных процессов, приводящих к нелинейности ВАХ в рабочем диапазоне напряжений и токов для варистора, можно получить ряд важных зависимостей и характеристик варисторов.  [13]

Считая разогрев активных областей под точечными контактами одним из основных процессов, приводящих к нелинейности вольт-амперной характеристики в рабочем диапазоне напряжений и токов для варистора, можно получить ряд важных зависимостей и характеристик варисторов.  [14]

Считая, что одним из основных процессов, приводящих к нелинейности вольт-амперной характеристики варисторов в рабочем диапазоне изменения напряжений и токов, является нагрев точечных контактов между отдельными кристаллами карбида кремния, можно получить ряд важных зависимостей и характеристик варисторов.  [15]

Страницы:      1    2

Устройство, принцип действия и конструкция варисторов

Источник: EPCI ABC статьи

CLR.

Как указывает символ, варистор является резистором, зависящим от напряжения. В первую очередь он используется для устранения переходных процессов напряжения различной формы. В отличие от термисторов, он не имеет практической задержки срабатывания.

R 5.3.1 Принцип работы и конструкция

Как и термисторы, варистор изготавливается из прессованного и спеченного порошкового компаунда, состоящего из карбида кремния (SiC) или оксида цинка (ZnO).Варистор ZnO имеет превосходные характеристики и сегодня преобладает во всем производстве. В этом разделе рассматриваются только варисторы из ZnO. Если мы спекаем оксид цинка вместе с другими добавками оксидов металлов, образуется поликристаллическая керамика. В межзеренных границах зерен оксида цинка образуются P-N переходы с полупроводниковыми характеристиками — так называемые двойные барьеры Шоттки — с выпрямляющими характеристиками. Каждое зерно ZnO ​​с прилегающими границами действует как миниатюрный варистор с симметричной ВАХ.Зерновой состав можно рассматривать как конгломерат «микроваристоров», соединенных последовательно и параллельно. Таким образом, нагрузка и способность поглощать энергию будут полностью выше, чем у обычных полупроводниковых элементов. Там выработка энергии будет происходить исключительно на тонкой границе P-N, в то время как в варисторе она происходит во всех микроваристорах, равномерно распределенных по всему телу.

Рисунок R5-24. Пример ВАХ одиночного варисторного элемента.

ВАХ элементарного варистора может выглядеть так, как показано на рисунке R5-24. Другие производители могут иметь несколько измененные значения напряжения. Количество микроваристоров, включенных последовательно и параллельно, определяет электрические характеристики варистора. Если мы соединим 10 гранул последовательно, с характеристикой согласно рисунку, мы получим варистор с толщиной 10 гран и напряжением варистора 30 В. Варисторы имеют форму и заключены в капсулу примерно как термисторы.

Из различных конструкций преобладают диски, с радиальными выводами и различными оболочками, или с цельными металлизированными поверхностями, предназначенными для последовательного соединения путем наложения отдельных варисторов. Инкапсуляции, например лак и т.п., требуют высокой стабильности при растяжении и устойчивости к воздействию моющих средств. Из непокрытых типов следует также упомянуть определенную трубчатую конструкцию, предназначенную для разъемов. При производстве целью является зернистый состав с регулярной структурой, особенно в варисторах высокого напряжения / большой энергии.

Неправильная структура препятствует теплопроводности и может привести к неравномерному распределению тока и возникновению горячих точек и локальной деградации материала. В приложениях с низким напряжением однородность имеет жизненно важное значение. Комбинация многоэлектродной конструкции и мелких однородных зерен создала многослойный варистор (MLV), предпочтительно используемый как SMD, предназначенный для низковольтных приложений.

Эти MLV производятся аналогично многослойной керамике (MLC).Электроды печатаются методом трафаретной печати толстой пленкой на слоях оксида цинка, слои укладываются в стопку с желаемым количеством слоев. Затем пакет спекается до монолитного тела и, наконец, снабжен заделками, которые насаживаются на торцы корпуса. Серебро или серебро / палладий используются в качестве завершающего металла (рис. R5-25). Покрытие никелевого барьера требует из-за проводящего оксида цинка специальных процессов, которые отличаются от обычного гальванического покрытия.

Многослойные SMD-конструкции производятся с размерами EIA от 0603 до 2220.

Рисунок R5-25. Схема чип-варистора в многослойной технике.

R 5.3.2 Некоторые определения

Максимальное рабочее напряжение
Максимальное рабочее напряжение = максимальное напряжение, которое может постоянно подаваться на варистор.

Напряжение варистора

Напряжение варистора = напряжение на варисторе, когда через корпус проходит ток 1 мА.

Максимальное напряжение зажима

Под максимальным ограничивающим напряжением мы понимаем пиковое напряжение на варисторе, когда он подвергается определенному пиковому импульсному току с заданной формой волны.Обычным испытательным импульсом является так называемый импульс 8/20 с заданной силой тока согласно IEC.

Рисунок R5-26. Стандартный импульс тока согласно IEC 60 с t 1 = 8 мкс и t 2 = 20 мкс.

Максимальный переходный пиковый ток

Максимальный ток, который может пропускаться через варистор, зависит от формы и ширины импульса, частоты повторения и количества циклов. Отправной точкой для импульсной способности является максимальный пиковый ток формы 8/20, который изменяет напряжение варистора максимум на 10%.R

5.3.3 В / I характеристика

Кривая V / I элементарного варистора на рисунке R724 немного отличается от кривой практического варистора, которая в нормальном рабочем диапазоне может быть приближена к

.

где:

C = напряжение варистора при 1 А.

I = фактический рабочий ток.

β ≈ 0,03.

Типичная вольт-амперная характеристика показана на рисунке R5-27.

Рисунок R5-27.Типовая кривая V / I варистора

Кривая V / I варистора имеет допуски. Когда указан ток утечки, предполагается максимально возможный ток при определенном напряжении. Ограничивающее напряжение, возникающее на варисторе при переходных процессах, указано как максимально возможное при определенном токе. Таким образом, спецификации контролируются сплошной линией на рисунке R5-28.

Рисунок R5-28. Указанные области и ограничения для варистора.

Практические стандартные ограничения для варистора показаны на рисунке R5-29.

Рисунок R5-29. Определения варисторной кривой.

R 5.3.4 Принципы ограничения напряжения

Если варистор должен работать как ограничитель напряжения, в цепи требуется последовательный импеданс. Обычные прямые проводники имеют как сопротивление, так и индуктивность (≈ 1 нГн / мм) и сами по себе обеспечивают определенную защиту. Однако на практике проблема решается с помощью последовательного резистора в несколько сотен Ом (Рисунок R5-30).

Рисунок R5-30. Пример ограничения напряжения комбинацией варистор + последовательный резистор.

R 5.3.5 Время отклика

Когда на варистор воздействует переходное напряжение, напряжение на компоненте возрастает до тех пор, пока не начнутся характеристики резания. Однако существует небольшая задержка, динамический эффект, который приводит к некоторому выбросу, как показано на рисунке R5-31. В качестве примера показан входящий импульс со временем нарастания 10 кВ / мкс.Время отклика варистора указано на рисунке как время нарастания t 2 — t 1 . Время отклика редко превышает 20 нс; Время отклика многослойных варисторных SMD обычно составляет менее 1 нс. Время отклика иногда называют временем включения.

Рисунок R5-31. Время отклика t 2 -t 1 варистора.

R 5.3.6 Выбор типа

Выбор правильного варистора предполагает тщательное определение рабочего напряжения, включая допуски, ожидаемые переходные процессы, их продолжительность, энергию импульса и частоту повторения.Кроме того, мы должны учитывать экологические требования и условия монтажа. Соединение двух варисторов параллельно для увеличения допустимой нагрузки по току должно выполняться только в том случае, если напряжения варисторов (при 1 мА) отличаются друг от друга менее чем на 1%. В противном случае неуравновешенность нагрузки может быть значительной и в самых неудачных случаях составит 1000: 1.

R 5.3.7 Виды отказов

Наиболее распространенным видом отказа является короткое замыкание, которое может возникнуть после недопустимо высоких и богатых энергией импульсов напряжения или после работы при установившемся напряжении, превышающем номинальное напряжение.В последнем случае режим отказа может измениться на разомкнутую цепь из-за эффектов плавления в оконечных соединениях или разрыва упаковки, когда большое количество генерируемой энергии вызывает выталкивание материала упаковки.

R 5.3.8 Надежность

Надежность нелинейных резисторов, в том числе варисторов, сегодня считается относительно хорошей. Не в последнюю очередь это зависит от серьезных производителей, использующих производственные программы на основе SPC и имеющих подтвержденные сертификаты типа.Примеры продуктов, отнесенных к климатической категории 40/125/56, являются еще одним показателем хорошего качества. Кроме того, если мы выберем стеклянную / металлическую упаковку, качество будет еще лучше.

Ядерная радиация

Испытания с радиоактивным излучением в виде нейтронного, β- и γ-излучения показывают, что варисторы способны выдерживать высокие интенсивности без какого-либо влияния на характеристики.

Таблица R5-3. ВАРИСТОРЫ

* Возникающая емкость приводит к емкостному шунтированию, которое делает варистор непригодным для использования на более высоких частотах.


ABC CLR: Глава R Резисторы

Варисторы

Лицензионный контент EPCI:

[1] EPCI Эксперты Европейского института пассивных компонентов оригинальные статьи
[2] CLR Passive Components Handbook by P-O.Fagerholt *

[one_third]
см. Предыдущую страницу:

Резисторы нелинейные

[/ one_third] [one_third]

[/ one_third] [one_third_last]

см. Следующую страницу:

[/ one_third_last]

* используется под авторским правом EPCI от CTI Corporation, США


Содержание этой страницы находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 Международная лицензия.

Строительство, работа и применение

Резистор — это электрический компонент, который используется для ограничения протекания тока в электрической цепи. Это в основном резистивный компонент. Он имеет два вывода и используется практически во всех электрических цепях. Его также можно подать в суд для регулировки уровней сигнала и завершения линий передачи. Доступны разные типы резисторов, каждый из которых предназначен для определенной цели. Варистор — один из таких резисторов, которые используются для изменения сопротивления в цепи путем изменения напряжения.Его конструкция почти аналогична конструкции конденсатора. Обычно они бывают двух типов: оксид металла и карбид кремния.

Что такое варистор?

Варистор — это тип резистора, в котором мы можем изменять сопротивление, изменяя приложенное напряжение. Его еще называют резистором, зависящим от напряжения. Это нелинейный полупроводниковый прибор. Слово происходит от слова переменный резистор. Обычно они используются в качестве предохранительных устройств для предотвращения превышения переходного напряжения в цепи, чтобы компоненты цепей оставались защищенными.Он даже контролирует условия работы схемы. Конструкция этого компонента такая же, как и у обычного конденсатора.

Символ IEEE показан ниже.

IEEE-symbol

Этот символ ICE показан ниже.

ice-symbol

Принцип работы варистора

Варистор не подчиняется закону Ома и, следовательно, не похож на омический резистор. По сути, это неомический резистор, который не подчиняется закону Ома, поэтому его также называют нелинейным резистором или резистором, зависящим от напряжения.Основное различие между обычным резистором и резистором, зависящим от напряжения, заключается в том, что сопротивление резистора можно изменить только вручную, но мы можем изменить сопротивление, изменив напряжение. Принцип его работы аналогичен принципу работы диода с PN переходом во время работы с обратным смещением.

Конструкция варистора

В основном они бывают двух типов: оксид металла и карбид кремния. Тип металлического оксида является наиболее распространенным типом варистора. Это устройство состоит из матрицы из оксида металла, содержащей керамическую массу из оксида цинка.Некоторые из обычно используемых металлов — висмут, кобальт и марганец.

конструкция варистора

Слой оксида металла в основном содержит 90% оксида цинка и 10% других металлов. Слой оксида металла зажат между двумя металлическими электродами. Матрица действует как связующий агент, так что гранулы оксида цинка могут оставаться неповрежденными между двумя металлическими электродами. Граничная поверхность ведет себя как переход полупроводникового диода.

Работа и характеристики варистора

В нормальных условиях он не проводит ток.Но когда приложенное напряжение пересекает обратное напряжение пробоя, диод начинает проводить электрический ток.

В нормальных условиях у адвоката очень высокое напряжение. Однако, когда переходное напряжение в цепи начинает увеличиваться, тогда сопротивление начинает уменьшаться, так что переходное напряжение остается фиксированным на определенном уровне.

Сопротивление варистора

Работу варистора можно объяснить с помощью графика сопротивления.Это график между сопротивлением резистора и приложенным напряжением. График показывает, что в нормальных условиях сопротивление очень высокое. Однако, если приложенное напряжение превышает номинальное значение резистора, его сопротивление начнет уменьшаться.

варистор сопротивления

ВАХ

Из графика ВАХ видно, что даже небольшое изменение величины приложенного напряжения может привести к огромному изменению величины тока в цепи.На графике V-I характеристик мы видим, что варистор действует так, как если бы два стабилитрона были соединены друг с другом. Уровень напряжения, при котором начинает течь ток, составляет 1 мА.

В этом состоянии варистор переключается с изолятора на проводник. Это происходит из-за того, что приложенное напряжение становится больше или равно номинальному напряжению устройства. Это приводит к лавинообразному эффекту полупроводникового материала, превращая варистор из изолятора в проводник.

v-i-характеристики

Применения варистора

Применения

1). Их можно использовать для защиты электрических цепей от чрезмерно высокого напряжения. Следующая схема показывает, как металл оксидного типа можно подключить к цепи для защиты от высокого напряжения.

металлооксид

2). Устройства, включенные в электронную схему, чрезвычайно чувствительны к изменению напряжения. Таким образом, мы используем этот компонент в цепи для защиты различных компонентов электрической цепи.Здесь мы можем увидеть, как это можно использовать для защиты транзистора в схеме.

варистор для защиты транзистора

3). Его также можно использовать для защиты от перенапряжения в двигателях переменного и постоянного тока.

варисторы в переменном и постоянном токе

Преимущества

Преимущества варисторов:

  • Его можно использовать для защиты электрических компонентов электрической цепи.
  • Обеспечивает защиту от перенапряжения для двигателей переменного и постоянного тока.

Недостатки

Недостатки варисторов

  • Не может обеспечить защиту от тока при коротком замыкании.
  • Не может обеспечить защиту от скачков тока при запуске устройства.
  • Не может обеспечить защиту от провалов напряжения.

Часто задаваемые вопросы

1). Есть ли у варистора полярность?

В случае варистора на основе оксида металла слой оксида цинка в основном расположен между двумя металлическими электродами. В итоге полярности нет.

2). Что происходит при выходе из строя варистора?

Это может произойти по двум причинам: деградация и катастрофический отказ.Катастрофический отказ в основном происходит, когда мы не ограничиваем большой выброс и величина энергии выше, чем значение, с которым может справиться конденсатор. В результате выхода из строя в цепи может возникнуть неравномерный джоулевый нагрев.

3). Какое напряжение варистора?

Напряжение, генерируемое на выводах варистора, когда через него проходит ток 1 мА, называется напряжением варистора. Это в основном номинальное напряжение.

4).Как проверить металлооксидный варистор?

Металлооксидный тип можно проверить с помощью мультиметра. Один его щуп должен касаться свободного вывода варистора, а другой щуп должен касаться подсоединенного провода.

5). В чем разница между варистором и термистором?

Варистор — это электрический элемент с переменным сопротивлением, который может защитить электрическую цепь от скачков напряжения. Термистор, с другой стороны, представляет собой резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от изменения температуры.

Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о сетевом фильтре.

Итак, это все о варисторе, который может служить очень важным устройством в электрической цепи. Его основное применение заключается в том, что его можно использовать для защиты электрических цепей. Он также имеет множество других применений. Как вы думаете, можно ли использовать варистор в реальных проектах?

Варисторы: определение, применение, виды, работа, схема

Являясь формой резистора, варисторы представляют собой двухконтактные полупроводниковые компоненты, которые защищают электрические и электронные устройства от переходных процессов перенапряжения.Фактически, это слово образовано от терминов «переменный» и «резистор», поэтому оно также известно как резистор, зависящий от напряжения, VDR. Варисторы имеют нелинейно изменяющееся сопротивление, зависящее от приложенного напряжения. Их основные функции — защита переходного напряжения в цепи.

Сегодня вы познакомитесь с определением, применением, функциями, схемой, символом, спецификациями, характеристиками, типами и работой варисторов.

Подробнее: Что такое резисторы

Что такое варистор?

Варисторы рассматриваются как форма резистора, в котором сопротивление значительно изменяется в результате приложенного напряжения.Они представляют собой резисторы VDR, зависящие от напряжения, и их сопротивление является переменным и зависит от приложенного напряжения, поэтому их название — «Переменный резистор». При увеличении напряжения их сопротивление уменьшается, а в случае чрезмерного увеличения напряжения их сопротивление резко падает. Следовательно, варисторы являются защитными электрическими устройствами, поскольку они подходят для защиты цепей во время скачков напряжения.

Итак, варистор можно определить как нелинейный двухэлементный полупроводник, сопротивление которого падает при увеличении напряжения.Их часто используют в качестве ограничителей перенапряжения для чувствительных цепей. Скачки часто вызываются ударами молнии и электростатическими разрядами.

Подробнее: Общие сведения о резисторах SMD (резисторы для поверхностного монтажа)

Применение варисторов

Как указывалось ранее, варисторы используются в качестве устройств защиты от перенапряжения из-за их нелинейных характеристик. Они также используются в удлинителях для защиты от перенапряжений для защиты от переходных процессов высокого напряжения, таких как удары молнии, электростатический разряд (ESD) или индукционный разряд двигателя или трансформаторов.Некоторые типы VDR предназначены для защиты линий связи с малой емкостью. Ниже приведены некоторые распространенные применения варистора:

  • Оборудование радиосвязи для подавления переходных процессов.
  • Сетевые фильтры для систем кабельного телевидения.
  • Сетевые фильтры для защиты от перенапряжения.
  • Защита телефонных и других линий связи.
  • Защита микропроцессора.
  • Защита электронного оборудования.
  • Промышленная защита переменного тока высокой энергии.
  • Защита автомобильной электроники.
  • Низковольтная защита на уровне платы.

Кроме того, в варисторах они могут обеспечивать защиту электронных схем, которые могут подвергаться импульсам и скачкам напряжения. Кроме того, они могут отводить энергию на землю и таким образом защищать оборудование. VDR используется во многих изделиях, таких как розетки с защитой от перенапряжения и связанные с ними изделия. Наконец, в некоторых случаях они используются в качестве микроволновых смесителей для модуляции, обнаружения, а также преобразования частоты.

Подробнее: Металлопленочный резистор

Обозначение варистора

Обозначение варисторной схемы очень похоже на обозначение термистора. Он состоит из основного символа резистора в виде прямоугольника с диагональной линией, проходящей через него, которая имеет небольшой дополнительный участок, параллельный корпусу символа резистора, который указывает на нелинейный характер варистора. Хотя могут использоваться и другие символы, приведенный ниже является общепринятым. Он изображен как переменный резистор, который зависит от напряжения U.

См. Обозначение варистора ниже:

Характеристики

Ниже приведены основные характеристики варистора:

  • Нелинейное переменное сопротивление
  • Высокое сопротивление при номинальной нагрузке
  • Низкое сопротивление при превышении порогового значения напряжения или напряжения пробоя.
  • Защита цепи от чрезмерных переходных напряжений.
  • Варисторы проводят и ограничивают переходное напряжение до безопасного уровня при возникновении переходного процесса высокого напряжения.
  • Входящая энергия скачка частично отводится и поглощается.
  • Спеченная матрица из зерна оксида цинка ZnO в конструкции варистора из оксида металла обеспечивает полупроводниковые характеристики P-N перехода.
  • Небольшой ток при подаче низкого напряжения
  • Варисторы обеспечивают длительную защиту от короткого замыкания.
  • Они не могут справиться с устойчивыми скачками напряжения.
  • Если энергия переходного процесса измеряется в джоулях-Дж, абсолютные максимальные значения превышаются, поэтому устройство может расплавиться, загореться или взорваться.
  • Некоторые параметры выбора включают фиксацию, напряжение, пиковый ток, максимальную энергию импульса, номинальное напряжение переменного / постоянного тока и ток в режиме ожидания.
  • При использовании на линиях связи следует учитывать паразитную емкость.
  • Высокая емкость действует как фильтр для высокочастотных сигналов или вызывает перекрестные помехи. Это ограничивает доступную полосу пропускания линии связи.
  • Варисторы деградируют под воздействием повторяющихся скачков напряжения, и их напряжение ограничения уменьшается после каждого скачка напряжения.

Подробнее: Резистор из углеродного состава

Технические характеристики

При выборе варистора для применения необходимо учитывать несколько моментов. Ниже приведены некоторые характеристики варисторов и их функции:

Напряжение зажима — напряжение, при котором варистор начинает показывать значительную проводимость.

Номинальное напряжение — указывается как переменный или постоянный ток и представляет собой максимальное напряжение, при котором может использоваться устройство.Обычно важно иметь хороший запас между номинальным и рабочим напряжением.

Пиковый ток — это максимальный ток, который может выдержать варистор. Он может быть выражен как ток в течение определенного времени.

Максимальная энергия импульса — максимальная энергия импульса. Рассеиваемая мощность устройства выражается в Джоулях.

Время отклика — это время, когда варистор начинает проводить после подачи импульса.Хотя во многих ситуациях это не проблема.

Capacitance — металлооксидный варистор имеет относительно высокую емкость устройства. Это не проблема для низкочастотных приложений, но могут возникнуть проблемы при использовании линий, передающих данные и т. Д.

Ток в режиме ожидания — это уровень тока, потребляемого варистором, когда он работает ниже напряжения ограничения. хотя ток будет указан при заданном рабочем напряжении на устройстве.

Подробнее: Что такое углеродный пленочный резистор

Виды варисторов

Различные типы варисторов зависят от материала, из которого они изготовлены. Двумя наиболее распространенными типами варисторов являются варистор из карбида кремния и варистор на основе оксида металла (MOV)

.

Варистор из карбида кремния:

Как видно из названия, карбид кремния, корпус варистора изготовлен из карбида кремния (SIC). Это один из наиболее часто используемых в период до того, как MOV захватил рынок.Однако они интенсивно используются в приложениях с большой мощностью и высоким напряжением. Одним из недостатков этих типов варисторов является значительный ток в режиме ожидания, который они потребляют, поэтому для ограничения энергопотребления в режиме ожидания требуется последовательный разрыв.

Металлооксидные варисторы (MOV):

Металлооксидные варисторы имеют преимущества перед карбидом кремния, поскольку они обеспечивают очень хорошую защиту от переходных процессов напряжения. Они довольно популярны, и их корпус состоит из оксида металла, часто из зерен оксида цинка.Материал прессуется в виде керамической массы с 90% зерен оксида цинка и 10% оксидов других металлов, таких как кобальт, висмут и марганец.

Затем он помещается между двумя металлическими пластинами. 10% оксидов металлов кобальта, висмута и марганца действуют как связующий агент для зерен оксида цинка, так что они остаются неповрежденными между двумя металлическими пластинами. Соединительные клеммы или выводы подключаются к двум металлическим пластинам.

Подробнее: Понятие о суперконденсаторах

Принцип работы

Работа варистора менее сложна и понятна.Как упоминалось ранее, они используются для защиты от перенапряжения во многих областях, где они размещаются поперек защищаемых линий или опускаются на землю от линии. Обычно устройство потребляет небольшой ток, но когда происходит скачок напряжения, его напряжение поднимается до уровня выше колена или напряжения ограничения, и они потребляют ток, таким образом рассеивая скачок и защищая оборудование. Фактический выброс частично поглощается варистором, а частично отводится.

Варисторы из оксида металла и карбида кремния действуют на границах зерен между зернами материала и действуют как PN-переходы.Компоненты действуют как большое количество маленьких диодов, включенных последовательно и параллельно. Когда подается низкое напряжение, протекает очень небольшой ток, потому что переходы имеют обратное смещение, и единственный ток — это ток утечки. Когда на устройстве происходит скачок напряжения, превышающий напряжение ограничения, диоды испытывают лавинный пробой, и через устройство может протекать большой ток.

Кроме того, варисторы подходят для коротких импульсов и не могут использоваться для выдерживания длительных скачков.Размер устройства определяет количество рассеиваемой мощности. Превышение номинального периода или напряжения может привести к возгоранию устройств или даже к взрыву. Вот почему они должны работать в рамках своих рейтингов.

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о работе варисторов:

Подробнее: Что такое конденсатор

Заключение

Варисторы рассматриваются как форма резистора, в котором сопротивление значительно изменяется в результате приложенного напряжения.Они представляют собой резисторы VDR, зависящие от напряжения, и их сопротивление является переменным и зависит от приложенного напряжения, поэтому их название — «Переменный резистор». Являясь формой резистора, они представляют собой полупроводниковые компоненты с двумя выводами, которые защищают электрические и электронные устройства от переходных процессов перенапряжения. Это все для этой статьи, где обсуждаются определение, применение, функции, схема, символ, спецификации, характеристики, типы и работа варисторов.

Я надеюсь, что вы многое узнали из чтения, если да, пожалуйста, поделитесь с другими студентами.Спасибо за чтение, до встречи!

Варистор | Принцип работы | Типы | Металлооксидный варистор

Варистор:

Варистор используется для защиты полупроводника от перенапряжения. В то же время он играет важную роль в передаче высокого напряжения в электрических сетях, он защищает высоковольтное оборудование от перенапряжения и перенапряжения. Это два вывода, твердотельный полупроводниковый прибор.

Что такое варистор (принцип работы варистора):

Варистор — это не что иное, как переменный резистор.Из переменной => вари + резистор => стор = варистор. Они не похожи на омический резистор, такой как переменный резистор или потенциометр; они представляют собой неомический резистор. Омический резистор => резистор должен подчиняться закону Ома, Неомический резистор => резистор не подчиняется закону Ома. Другими словами, они называются нелинейным резистором или резистором, зависящим от напряжения VDR.

Основное различие между резистором и VDR заключается в том, что сопротивление резистора можно изменять только вручную, а сопротивление варистора можно изменять, изменяя приложенное напряжение.Варистор работает аналогично PN-диоду при обратном смещении.

Типы варистора:

  • Металлооксидный варистор
  • Варистор из карбида кремния

Для этого мы возьмем металлооксидный варистор MOV, который является наиболее распространенным типом варисторов. Этот тип содержит керамическую массу зерен оксида цинка в матрице из оксидов других металлов (таких как небольшое количество висмута, кобальта, марганца), зажатую между двумя металлическими пластинами (электродами).Граница между каждым зерном и его соседом образует диодный переход, как и последовательно соединенные диоды. В нормальных условиях переход варистора не проводит ток, но когда мы увеличиваем напряжение выше напряжения обратного пробоя, диодный переход начинает проводить ток.

[wp_ad_camp_2]

Внешний вид варистора:

На самом деле варистор и керамический конденсатор выглядят одинаково в электронной схеме. Но функционально конденсатор не защищает схему от переходных скачков напряжения, а варистор защищает.Одним из наиболее распространенных источников переходных процессов напряжения являются индуктивные нагрузки, такие как асинхронные двигатели, токи намагничивания трансформаторов, переключение двигателей постоянного тока и скачки напряжения при включении цепей люминесцентного освещения или другие скачки напряжения питания; они производят переходное напряжение V, равное L (di / dt).

Электрические характеристики варистора:

Возьмем статическое сопротивление варистора:

См. График варистора, сопротивление которого уменьшается с увеличением напряжения, но в соответствии с законом омов характеристика V-I постоянного резистора всегда прямолинейна.Следовательно, ток прямо пропорционален разности потенциалов между резисторами.

Но что касается варистора, ВАХ не является прямолинейным. В некоторых случаях (0-200 Вольт) варистор предлагает высокое сопротивление, как правило, разомкнутую цепь, поскольку чистый ток, протекающий через варистор, равен нулю. Далее, когда мы увеличиваем напряжение на варисторе (от 200 до 250 вольт), он начинает проводить очень мало микроампер, это незначительно.

При напряжении 250 В варистор допускает 1 мА. Это также называется номинальным напряжением или напряжением ограничения варистора. Производители обычно оценивают варистор по этому значению. Если приложенное напряжение больше номинального, варистор пропускает большой ток для увеличения небольшого напряжения. В то же время переходное напряжение снижается ниже номинального напряжения, затем варистор увеличивает сопротивление.

[wp_ad_camp_2]

Влияние емкости варистора:

Как мы знаем, варистор обычно подключается между более высоким потенциалом и более низким потенциалом, а проводящая область действует как диэлектрическая среда.В этом устройстве действует параллельная емкость. Каждый полупроводниковый варистор имеет значение емкости, которое напрямую зависит от его площади и обратно пропорционально его толщине.

В постоянном токе варистор не влияет на емкость. Поскольку конденсатор действует как чистая разомкнутая цепь (Xc = максимум) для источника постоянного тока. В то же время, когда мы увеличиваем приложенное напряжение больше, чем напряжение ограничения, варистор работает нормально.

В цепи переменного тока емкостное сопротивление зависит от частоты применяемого источника (Xc = 1 / 2πfC).Емкостной ток Ic = Vapplied / Xc. Поскольку увеличение частоты источника вызывает увеличение тока утечки. Следовательно, при разработке варистора для цепей переменного тока необходимо учитывать влияние частоты.

Применение варистора:

  • Защита источника питания
  • VFD
  • Ограничитель перенапряжения при переходных процессах TVSS
  • Защита электронного оборудования
  • Линия передачи

Кредиты изображений:

Металлооксидный варистор Каталог

% PDF-1.5 % 2 0 obj > эндобдж 5 0 объект > ручей 2019-01-17T09: 43: 27 + 08: 002019-01-17T10: 40: 39 + 08: 00Microsoft® Office Word 2007Microsoft® Office Word 2007application / pdf

  • Каталог варисторов на основе оксида металла
  • ДУМАЯ Отдел маркетинга электроники
  • конечный поток эндобдж 9 0 объект > ручей xksgQxċ; mg $: {i̓ $ G>

    Варисторы для микросхем предотвращают повреждение электроники электростатическим разрядом | Примечание по применению

    Они могут служить заменой для таких компонентов, как стабилитроны в электромагнитных клапанах и шаговых двигателях

    В этой статье описываются особенности варисторов для микросхем TDK в серии AVR, которые превосходно сопротивляются повторяющимся скачкам напряжения, а также преимущества их использования в качестве заменителей.

    Рисунок 1 Генерация скачков напряжения из-за противодействия электродвижущей силе в индуктивной нагрузке и роль устройств защиты от перенапряжения

    Большое количество противодействующей электродвижущей силы генерируется при отключении питания в устройствах с индуктивной нагрузкой с использованием катушек, таких как двигатели, трансформаторы и соленоидные клапаны, из-за функции самоиндукции катушек, и это приводит к импульсным скачкам с высокой пики в диапазоне от нескольких до десяти раз превышающего подаваемое напряжение.Используются различные устройства защиты от перенапряжения, такие как поглотители перенапряжения и устройства защиты от перенапряжения, поскольку эти перенапряжения могут вызвать сбои в работе схем или повреждение периферийных компонентов, таких как полупроводниковые устройства.
    Такие устройства, как чип-варисторы, стабилитроны и TVS-диоды, используются в системах с относительно низкими напряжениями в цепях. В любом случае цепи защищены путем подавления перенапряжения, вызывающего скачки напряжения (рисунок 1).

    Чип-варисторы, изготовленные по многослойному процессу, используются во многих электронных устройствах для защиты от перенапряжения и защиты от электростатического разряда, поскольку они компактны, но демонстрируют отличные характеристики поглощения перенапряжения и имеют преимущества с точки зрения монтажного пространства, а также с точки зрения Стоимость.Однако диоды, такие как стабилитроны и TVS-диоды, традиционно выбирались для таких устройств, как соленоидные клапаны и шаговый двигатель (рис. 2) с высокой индуктивной нагрузкой, используемой при частом включении и выключении. Это связано с тем, что варисторы микросхемы создавали впечатление, что они уязвимы для повторяющихся скачков напряжения, возникающих при частом включении и выключении питания.
    Варисторы для микросхем TDK серии AVR, изготовленные из наших собственных материалов, обладают высокой устойчивостью к повторяющимся скачкам напряжения.Также доступны продукты, заменяющие стабилитроны в компактных устройствах, таких как электромагнитные клапаны и шаговые двигатели, которые быстро и часто включаются и выключаются. Замена стабилитронов также имеет ряд преимуществ.

    Рисунок 2. Структурный пример электромагнитных клапанов и базовая конфигурация системы привода шагового двигателя

    Ссылки по теме

    Обзор продукта

    Свойства границ зерен, которые окружают кристаллические зерна ZnO (оксид цинка), выражают характеристики варистора

    «Варистор» — это составное слово и сокращение от «Переменный резистор», относящееся к резисторам.Это нелинейный резистивный элемент с вольт-амперными характеристиками, не подчиняющимися закону Ома. На рисунке 3 показана внутренняя конструкция варистора микросхемы.

    Варисторы для микросхем — это компоненты SMD, в которых внутренние электроды распечатаны на листе варисторного материала с различными добавками, добавленными к основному сырью ZnO (оксид цинка) и нанесенными слоями с последующей резкой для соответствия указанному размеру кристалла и их оконечным электродам. формируется с гальваническим покрытием после спекания в обжиговой печи.Спеченные варисторные элементы представляют собой полупроводниковую керамику, представляющую собой поликристаллические тела, состоящие из мелких зерен ZnO. В процессе спекания добавки расслаиваются вокруг кристаллических зерен и образуют границы зерен с высоким сопротивлением. По этой причине варисторы для микросхем демонстрируют высокое сопротивление низким напряжениям, таким как напряжения в цепи и напряжения сигналов, но значения сопротивления внезапно падают, когда возникает перенапряжение, превышающее определенное значение, и перенапряжение протекает как импульсные токи. Эти напряжения известны как напряжения варистора и обозначаются как V1mA, потому что напряжения между клеммами, когда между ними протекают токи DC1mA, обычно заранее определены.Такие выражения характеристик варистора основаны на свойствах границ кристаллов, которые окружают множество кристаллических зерен.

    Рис. 3. Внутренняя конструкция варистора микросхемы, структура поликристаллического тела и границы зерен частиц ZnO
    (структурная диаграмма)

    Величина тока, при которой характеристики варистора могут быть обработаны без ухудшения, называется стойкостью к импульсному току, а величина энергии, при которой характеристики могут быть поглощены без ухудшения, называется стойкостью к импульсной энергии.
    Напряжение варистора имеет тенденцию постепенно уменьшаться, когда варисторы многократно поглощают импульсные токи, превышающие номинальные. Объясняется, что это происходит из-за того, что пограничные слои зерен частично повреждаются из-за джоулева тепла, которое возникает каждый раз, когда повторно протекают импульсные токи.

    На рисунке 4 показан общий пример того, как изнашиваются варисторы микросхемы. Растворение внутренних электродов и плавление варисторных элементов могут происходить из-за нагрева, если износ будет прогрессировать.
    Это может привести к короткому замыканию в варисторах микросхемы.

    Рисунок 4 Примеры выхода из строя варисторов на микросхеме из-за повторяющихся скачков напряжения

    Варисторы для микросхем TDK, отличающиеся устойчивостью к повторяющимся скачкам напряжения, благодаря применению наших собственных материалов

    Устойчивость к повторяющимся скачкам напряжения в варисторах сильно зависит от системы материалов с точки зрения таких факторов, как типы и состав добавок, добавляемых к основному компоненту ZnO.Варисторы для микросхем
    TDK, которые изготовлены из наших собственных материалов, разработанных с использованием технологий материалов, обладают отличной устойчивостью к повторяющимся скачкам напряжения, и продукты, которые заменяют стабилитроны в устройствах, таких как электромагнитные клапаны и шаговые двигатели, которые быстро и часто отключаются, также доступный.

    На рис. 5 показан график, на котором показано сравнение характеристик устойчивости стандартного варистора микросхемы к повторяющимся импульсам и характеристик варистора микросхемы TDK (автомобильного класса в серии AVR).По горизонтальной оси отложено количество применений напряжения 15 кВ в испытании IEC6100-4-2 HBM (модель человеческого тела), а по вертикальной оси — скорость изменения напряжения варистора (В @ 1 мА). Измерения для них обоих производились с десятью элементами.
    Было снижение примерно на 5% при использовании стандартного варистора микросхемы при 10 приложениях и почти на 10% при 10 000 приложений. С другой стороны, варистор микросхемы TDK не уменьшился даже при 10 000 применений, что указывает на то, что он значительно более устойчив к повторяющимся скачкам напряжения.

    Рисунок 5 Сравнение стандартного варистора микросхемы и варистора микросхемы, изготовленных из собственных материалов TDK: Характеристики
    устойчивости к повторяющимся скачкам напряжения

    На рис. 6 представлен график, на котором показаны изменения тока утечки при 28 В постоянного тока при повторном приложении напряжения. Когда было 10 применений, ток утечки со стандартным варистором микросхемы увеличился примерно в 100 раз.С другой стороны, варистор микросхемы TDK не претерпел никаких изменений даже при 10 000 применений.

    Рисунок 6 Сравнение стандартного варистора микросхемы и варистора микросхемы, изготовленных из собственных материалов TDK: изменения тока утечки

    На рис. 7 показано сравнение устойчивости стандартного стабилитрона и варистора микросхемы TDK (автомобильного класса в серии AVR) к повторяющимся скачкам напряжения.Это результаты, полученные в тех же условиях, что и в сравнительном тесте на рисунке 5. Они показывают, что варисторы микросхемы TDK имеют превосходные характеристики, которые хорошо сравниваются с характеристиками стабилитронов.

    Рис. 7 Сравнение стандартного стабилитрона и варистора микросхемы, изготовленного из собственных материалов TDK: влияние на напряжение варистора из-за повторяющихся скачков напряжения

    Ссылки по теме

    Руководства по выбору

    Преимущества замены варисторов на отдельные микросхемы при комбинировании TVS-диодов и конденсаторов

    Варисторы на микросхеме

    обладают как способностью поглощать импульсные перенапряжения, так и подавлять шум.
    На рисунке 8 показана эквивалентная схема варистора микросхемы. Варистор микросхемы аналогичен тому, в котором конденсатор подключен параллельно двум элементам стабилитрона, которые подключены друг напротив друга. Вольт-амперные характеристики симметричны и не имеют полярности. Обычно они работают как конденсаторы из-за их границ зерен с высоким сопротивлением и демонстрируют эффекты поглощения шума в широком диапазоне частот.

    Рисунок 8 Эквивалентная схема микросхемы варистора

    В схемах, где защита от электростатических разрядов реализована с помощью диодов TVS, а защита от электромагнитных помех реализована с помощью конденсаторов, можно произвести замену с помощью варистора с одной микросхемой.

    Рисунок 9 Замена «TVS-диод + конденсатор» на варистор индивидуальной микросхемы

    Характеристики микросхем варисторов
    • ● Двунаправленные меры защиты от электростатических разрядов / импульсных перенапряжений могут быть реализованы с помощью одного элемента, поскольку отсутствует полярность
    • ● Высокая емкость легко достигается
    • ● Компактный / низкий профиль
    • ● Превосходная устойчивость к электростатическим разрядам / скачкам напряжения

    Ссылки по теме

    Обзор продукта

    Указания по применению

    Разумный выбор с точки зрения занимаемой площади, стоимости и мер против шума

    Существуют различные типы варисторов, которые представляют собой устройства защиты от перенапряжения, и их характеристики сильно различаются в зависимости от системы их материалов.
    Устройства, такие как стандартные дисковые варисторы, используются для защиты от скачков напряжения, поскольку на большие электромагнитные клапаны и двигатели не оказывает сильное влияние противодействующая электродвижущая сила, а электромагнитные клапаны устойчивы к перенапряжению. Стандартные варисторы также обычно обеспечивают достаточную защиту комплектов, когда перенапряжение не применяется слишком много раз. С другой стороны, электромагнитные клапаны и шаговые двигатели, которые быстро и часто включаются и выключаются, могут выдерживать от десятков или сотен миллионов приложений перенапряжения в своих варисторах за длительные периоды использования, поэтому важно выбрать правильный материал. системы, чтобы не произошло ее ухудшения из-за такого применения.

    Варисторы для микросхем

    TDK, которые были разработаны с использованием технологий материалов, обладают превосходной устойчивостью к повторяющимся скачкам напряжения, а продукты с характеристиками, которые хорошо сопоставимы с диодами Зенера, также доступны как типы автомобильного класса в серии AVR. Они могут заменить такие продукты, как стабилитроны, в таких устройствах, как компактные электромагнитные клапаны и шаговые двигатели, которые быстро и часто включаются и выключаются. Кроме того, они выгодны с точки зрения занимаемого места, стоимости, мер противодействия шуму, шумоподавления и защиты от электростатических разрядов, поскольку даже компактные варисторы для микросхем размером 1005 показывают стабильные характеристики.

    Ниже приведены особо рекомендуемые автомобильные варисторы для микросхем серии AVR от TDK (Рисунок 1). Все они устойчивы к приложенному напряжению 25 кВ в испытании IEC-1000-4-2 HBM и демонстрируют характеристики стабильности даже в промышленном оборудовании, которое требует устойчивости к повторяющимся наложенным напряжениям, подобным указанным выше, а также в автомобильных приложениях, требующих высоких -надежность и долгий срок службы. Ниже приведены рекомендуемые продукты, которые могут использоваться с системами цепей 12 В и цепями 24 В по размеру.

    Металлооксидные варисторы: от микроструктуры к макрохарактеристикам

    Предисловие xiii

    Благодарности xv

    1 Введение варисторной керамики 1

    1.1 Варисторы ZnO 1

    1.2 Изготовление варисторов ZnO 3

    1.2.1 Подготовка сырья 4

    n 1.2.2 Спекание 5

    1.3 Микроструктура 6

    1.4 Типичные параметры варисторов ZnO 7

    1.5 История варисторов ZnO 9 ​​

    1.6 Применение варисторов ZnO 12

    1.7 Альтернативные варисторы из керамики 17

    1.8 Керамико-полимерные композитные варисторы 18

    Ссылки 22

    2 Проводящие механизмы варисторов ZnO3 31

    2,1 9000

    2.2 Основные понятия физики твердого тела 33

    2.2.1 Уровень атомной энергии и энергетическая зона кристалла 33

    2.2.2 Металл, полупроводник и изолятор 35

    2.2.3 Характеристики функции Ферми – Дирака 37

    2.2.4 Уровень энергии примесей и дефектов 38

    2.3 Энергетическая зонная структура варистора ZnO 39

    2.3.1 Энергетическая зонная структура зерна ZnO 39

    2.3.2 DSB из Варистор ZnO 40

    2.3.3 Микроскопическое происхождение DSB 41

    2.3.4 Асимметричный I – V Характеристики DSB 43

    2.4 Механизм проводимости варистора ZnO 45

    2.4.1 Модель проводимости на основе термоэлектронной электроники Процесс выбросов 46

    2.4.2 Процесс генерации второстепенных носителей 49

    2.4.3 Модель эффекта байпаса 51

    2.5 Диэлектрические характеристики ZnO-варистора 51

    2.5.1 Объяснение диэлектрических свойств ZnO-варистора 52

    2.5.2 Эффект релаксации межфазного заряда о поведении варисторов из ZnO под изменяющимися во времени электрическими полями 54

    2.5.3 Определение высоты барьера и связанных параметров 58

    2.5.4 Определение уровня глубоких доноров в варисторе ZnO 59

    2.5.5 Определение зерен и проводимости границ зерен 60

    Ссылки 62

    3 Настройка электрических характеристик варисторов ZnO 67

    3.1 Введение 67

    3.2 Изготовление жидкой фазы 68

    3.2.1 Микроструктура варистора ZnO2 68

    3.2.2 Полиморф оксида висмута 71

    3.2.3 Влияние Bi 2 O 3 Концентрация 72

    3.2.4 Улетучивание оксида висмута 72

    3.3 Методы подготовки и спекания 74

    3.3.1 Изготовление 74

    3.3.2 Этапы изготовления 75

    3.3.3 Влияние пор 76

    3.4 Роль кислорода на границе зерна 78

    3.5 Влияние примеси 79

    3.5. 1 Эффекты добавок 79

    3.5.2 Донорные добавки 82

    3.5.3 Акцепторные добавки 86

    3.5.4 Амфотерные добавки 87

    3.5.4.1 Моновалентные добавки 88

    3.5.4.2 Трехвалентные добавки 89

    3.5.5 Влияние оксидов редкоземельных элементов 92

    3.5.6 Добавки для повышения стабильности 93

    3.5.7 Доказательства того, что водород является мелким донором 95

    3.6 Роль границ инверсии 95

    3.7 Высоковольтный варистор ZnO с градиентом 98

    3.8 Варистор ZnO 101 с низким остаточным напряжением

    3.8.1 Отношение остаточного напряжения 101

    3.8.2 Варисторы ZnO с низким остаточным напряжением путем легирования Al 103

    3.8.3 Варисторы ZnO с низким остаточным напряжением путем легирования Ga 106

    3.8.4 Варисторы ZnO с низким остаточным напряжением и высоким градиентом напряжения 108

    Ссылки 110

    4 Микроструктурные электрические характеристики варисторов ZnO 125

    4.1 Введение 125

    4.2 Методы определения граничных параметров зерен 126

    4.2.1 Косвенный метод 126

    4.2.2 Методы прямого микроконтакта 126

    4.3 Статистические характеристики граничных параметров зерна 129

    4.3.1 Неоднородность барьерных напряжений 129

    4.3.2 Распределение барьерных напряжений 131

    4.3.3 Распределение нелинейного коэффициента 132

    4.3.4 Распределение тока утечки через границу зерна 133

    4.3.5 Обсуждение измерения микроконтактов 133

    4.4 Классификация границ зерен 134

    4.5 Другие методы определения микроструктурных электрических свойств варисторов ZnO 137

    4.5.1 Методы на основе сканирующей зондовой микроскопии 137

    4.5.2 Гальваническое определение проводящих площадей на поверхности варистора 139

    4.5.3 Линейное сканирование Определение разницы в пробивном напряжении внутри варистора 141

    4.5.4 Отображение токов в SEM 141

    4.6 Испытания на предварительно изготовленной границе отдельных зерен 142

    4.6.1 Метод тонкой пленки 143

    4.6.2 Метод поверхностной диффузии 143

    4.6.3 Бикристаллический подход 143

    Ссылки 145

    5 Моделирование варисторной керамики 149

    5.1 Введение 149

    5.2 Модель границ зерен 151

    5.2.1 I – V Характеристическая модель границ зерен 151

    5.2.2 Модель GB с учетом механизма проводимости 154

    5.3 Имитационная модель I – V Характеристики 159

    5.3.1 Простая двухмерная имитационная модель 159

    5.3.2 Двухмерная имитационная модель на основе сети Вороного 161

    5.3.3 Учет пор и шпинелей 164

    5.3.4 Алгоритм для решения эквивалентной схемы 165

    5.3.5 Проверка модели 169

    5.4 Имитационная модель тепловых характеристик 170

    5.4.1 Анализ теплопроводности 171

    5.4.2 Анализ импульсного разрушения 173

    5.5 Моделирование различных явлений 174

    5.5.1 Моделирование микроструктурной неоднородности 174

    5.5.2 Моделирование явления локализации тока 175

    5.5.3 Влияние микроструктурных параметров на объемные характеристики 179

    5.5.3.1 Влияние параметров зерен ZnO 180

    5.5.3.2 Влияние граничных параметров зерен 183

    5.5.4 Факторы, влияющие на отношение остаточного напряжения 186

    Справочные документы 188

    6 Механизм пробоя и способность поглощать энергию 193 ZnO

    6.1 Введение 193

    6.2 Импульсные режимы отказов варисторов ZnO 194

    6.3 Механизмы проколов и отказов 197

    6.3.1 Механизмы проколов 197

    6.3.2 Механизм разрушения разрушения 201

    6.4 Моделирование разрушения прокола и разрушения 204

    6.4.1 Моделирование разрушения прокола 204

    6.4.1.1 Моделирование прокола в микроструктуре 206

    6.4.2 Моделирование разрушения трещин в микроструктуре 208 6.5

    Разгон 209

    6.5.1 Потеря мощности варистора ZnO 210

    6.5.2 Механизм теплового разгона 210

    6.5.3 Испытания для подтверждения характеристик термической стабильности 213

    6.6 Влияние различных факторов на отказы варисторов из ZnO 213

    6.6.1 Влияние микроструктурной неоднородности 213

    6.6.2 Влияние электрической неоднородности микроструктуры 216

    6.6.3 Анализ моделирования режимов пробоя 217

    6,7 Факторы влияния Возможность поглощения энергии 218

    6.7.1 Влияние приложенного тока 218

    6.7.2 Влияние площади поперечного сечения варистора 221

    6.7.3 Анализ моделирования на возможность поглощения энергии скачка напряжения 221

    6.8 Обсуждение способности поглощения энергии 225

    6.8.1 Способность к поглощению энергии, определяемая разрушением разрушения 225

    6.8.2 Способность поглощения энергии, определяемая неудачей прокола 226

    6.8.3 Обсуждение неоднородности способности поглощения энергии 228 6.80003

    . 4 Влияние добавок на способность поглощения энергии 229

    6.8.5 Другие меры по улучшению способности поглощения энергии 230

    Ссылки 230

    7 Электрическое разрушение варисторов ZnO 235

    7.1 Введение 235

    7.2 Явления деградации варисторов ZnO 237

    7.2.1 Явления деградации основной части варистора 237

    7.2.2 Деградация границ зерен 242

    7.2.3 Характеристики деградации импульсов 245

    7.2.4 Топографические данные для анализа деградации 247

    7.3 Миграционные ионы для деградации варисторов ZnO 249

    7.3.1 Модель дефектов границы зерна 249

    7.3.2 Экспериментальное доказательство миграции ионов 251

    7.3.3 Идентификация доминирующих мобильных ионов 252

    7.3.4 Трехмерное расширение 256

    7.4 Механизм деградации варисторов ZnO 257

    7.4.1 Механизм деградации постоянного тока 258

    7.4.2 Механизм деградации переменного тока 258

    7.4.3 Неоднородный Механизм деградации 260

    7.4.4 Импульсная деградация варисторов ZnO 262

    7.4.4.1 Механизм деградации под действием импульсного тока 263

    7.4.4.2 Наложение деградации 264

    7.5 Роль внутренних микротрещин в деградации 266

    7.6 Меры по предотвращению разложения 267

    7.6.1 Специальные процедуры подготовки 268

    7.6.2 Оптимизация формулы 269

    7.6.2.1 Влияние примеси на улучшение характеристик деградации переменного тока 270 9000.2

    7.6 Влияние легирующих добавок на улучшение свойства деградации при импульсном воздействии 271

    Ссылки 272

    8 Варисторные системы на основе ZnO на основе празеодима / ванадия / бария 281

    8.1 Празеодимовая система 281

    8.1.1 Влияние допинга 281

    8.1.2 Влияние процессов спекания 285

    8.1.3 Высоковольтные приложения 288

    8.1.4 Низковольтные приложения 288

    8.2 Ванадиевая система 289

    8.2.1 Влияние допинга 290

    8.2.2 Электрические характеристики 291

    8.2.3 Микроструктурные характеристики 292

    8.2.4 Влияние оксида ванадия на рост зерен 294

    8.3 Бариевая система 295

    8.3.1 Подготовка и электрические характеристики 295

    8.3.2 Микроструктурные характеристики 296

    8.3.3 Повышение устойчивости к влаге 298

    8.4 Варистор из стекла ZnO 298

    Ссылки 300

    9 Изготовление низковольтных варисторов ZnO

    307

    9.1 Введение 307

    9.2 Преувеличение роста зерна семенами 308

    9.3 Синтез нанокристаллических порошков варистора ZnO 309

    9.3.1 Методы газофазной обработки 309

    9.3.2 Синтез сжиганием 311

    9.3.3 Золь-гель методы 311

    9.3.4 Метод нанесения покрытия из раствора 315

    9.4 Нанонаполнители в варисторной керамике ZnO 320

    9.5 Методы спекания для Контроль роста зерен 321

    9.5.1 Метод ступенчатого спекания 321

    9.5.2 Метод микроволнового спекания 322

    9.5.3 Метод искрового плазменного спекания 324

    Ссылки 327

    10 Двухфункциональная варисторная керамика на основе титана 335

    10.1 Варисторы SrTiO3 335

    10.1.1 Введение 335

    10.1.2 Микроструктура SrTiO 3 Варисторы 336

    10.1.3 Приготовление SrTiO 3 Варисторы 336

    10.1.4 Рабочие характеристики SrTiO 338

    3

    10.1.5 Механизм проводимости SrTiO 3 339

    10.2 Варисторы на основе TiO 2 341

    10.2.1 Введение 341

    10.2.2 Приготовление TiO 2 Варисторы на основе 342

    10.2.3 Механизм TiO 2 Конденсатор-варисторная керамика 342

    10.2.4 Легирование TiO 2 Варисторы на основе 343

    10.2.4.1 TiO, легированный акцептором 2 Варисторы на основе 343

    10.2.4.2 Донор- Легированный TiO 2 Варисторы на основе 344

    10.2.4.3 Совместное легирование акцепторной и донорной примесей 345

    10.2.4.4 Спекающие добавки в TiO 2 Варисторы на основе 347

    10.2.5 Разработка TiO 2 — Варисторы на основе 348

    10.3 CaCu 3 Ti 4 O 12 Керамика 348

    10.3.1 Введение 348

    10.3.2 Структура CCTO 349

    10.3.2.1 Кристаллическая структура 349

    10.3.2.2 Фаза и микроструктура 350

    10.3.3 Характеристики керамики CCTO 352

    10.3.3.1 Неомическая вольт-амперная характеристика 352

    10.3.3.2 Колоссальная диэлектрическая проницаемость 354

    10.3.3.3 Диэлектрические потери 357

    10.3.4 Механизм 358

    10.3.4.1 Модель IBLC 358

    10.3.4.2 Механизм проводимости 362

    10.3.4.3 Механизм поляризации зерен 364

    10.3.4.4 Модель дефекта поляронного накопления 365

    10.3.5 Роль примесей 366

    10.3.5.1 Роль легирования CuO 366

    10.3.5.2 Механизмы легирования для настройки характеристик CCTO 368

    10.4 Варисторы BaTiO3 эффекта PTCR 375

    10.4.1 Введение 375

    10.4.2 Эффекты допинга 377

    10.4.3 Приготовление BaTiO 3 Керамика 379

    10.4.4 PTCR Влияние BaTiO 3 Керамика 381

    10.4.5 Варисторные характеристики BaTiO 3 Керамика 384

    Каталожные номера 386

    11 Керамика Оксида Варистора Высокая теплопроводность 407

    11.1 Приготовление SnO 2 Варисторы на основе 407

    11.2 Электрические характеристики SnO 2 Варисторы на основе 410

    11.3 Механизм действия варисторов на основе SnO 2 414

    11.3.1 Формирование потенциального барьера на границе зерен 414

    11.3.2 Модель атомных дефектов 415

    11.3.3 Анализ адмиттансной спектроскопии 417

    11.3.4 Анализ емкости-напряжения 420

    11.3.5 Эффект термической обработки 421

    11.4 Роль примесей в настройке SnO 2 Варисторы на основе 423

    11.4.1 Добавки для уплотнения SnO 2 Варисторы на основе 423

    11.4.2 Акцепторный допинг 424

    11.4.3 Донорский допинг 427

    11.5 Температурные характеристики 429

    11.6 Поведение при деградации 431

    11.7 Развитие SnO 2 Варисторы на основе 432

    Ссылки 434

    90 Керамика на основе варистора с низким пробивным напряжением 441

    12.1 Введение 441

    12.2 Оксид вольфрама 442

    12.3 Приготовление варисторов на основе WO 3 444

    12.4 Электрические характеристики 446

    12.5 Повышение электрической стабильности 448

    12.6 Модель механизма WO 3 Варисторы на основе 449

    12.7 Эффекты легирования 452

    12.7.1 Добавление оксидов редкоземельных элементов 452

    12.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *