Varistorer - funktionsprincip, typer och tillämpning
En varistor är en halvledarkomponent som kan ändra sitt aktiva motstånd icke-linjärt beroende på storleken på den spänning som appliceras på den. I själva verket är det ett motstånd med en sådan ström-spänningskarakteristik, vars linjära sektion är begränsad till ett smalt område, till vilket varistorns resistans kommer när en spänning över ett visst tröskelvärde appliceras på den.
Vid denna tidpunkt ändras elementets motstånd kraftigt med flera storleksordningar - det minskar från de initiala tiotals MΩ till enheter av Ohm. Och ju mer den applicerade spänningen ökar, desto mindre och mindre blir varistorns resistans. Denna egenskap gör varistorn till en stapelvara i moderna överspänningsskyddsanordningar.
Parallellkopplad med den skyddade lasten absorberar varistorn störströmmen och avleder den som värme. Och i slutet av denna händelse, när den applicerade spänningen minskar och återgår över tröskeln, återställer varistorn sitt initiala motstånd och är återigen redo att utföra en skyddsfunktion.
Vi kan säga att varistorn är en halvledaranalog av ett gasgnistgap, bara i en varistor, till skillnad från en gasgnista, återställs det initiala höga motståndet snabbare, det finns praktiskt taget ingen tröghet, och området för nominella spänningar börjar från 6 och når 1000 och mer volt.
Av denna anledning används varistorer i stor utsträckning i skyddskretsar. halvledaromkopplare, i kretsar med induktiva element (för att släcka gnistor), såväl som oberoende element av elektrostatiskt skydd av ingångskretsarna för elektroniska enheter.
Processen att tillverka en varistor består av sintring av en pulverformig halvledare med ett bindemedel vid en temperatur på cirka 1700 ° C. Här används halvledare som zinkoxid eller kiselkarbid. Bindemedlet kan vara vattenglas, lera, lack eller harts. På det skivformade elementet som erhålls genom sintring appliceras elektroder genom metallisering till vilka komponentens sammansättningstrådar är lödda.
Förutom den traditionella skivformen kan varistorer finnas i form av stavar, pärlor och filmer. Justerbara varistorer är gjorda i form av stavar med en rörlig kontakt. Traditionella halvledarmaterial som används vid tillverkning av varistorer baserade på kiselkarbid med olika bindningar: tyrit, willit, letin, silit.
Den interna principen för varistorns funktion är att kanterna på små halvledarkristaller inuti bindningsmassan är i kontakt med varandra och bildar ledande kretsar. När en ström av en viss storlek passerar genom dem uppstår lokal överhettning av kristallerna och resistansen i kretsarna minskar. Detta fenomen förklarar varistorns CVC-olinjäritet.
En av varistorns huvudparametrar, tillsammans med rms-svarsspänningen, är olinjäritetskoefficienten, som indikerar förhållandet mellan det statiska motståndet och det dynamiska motståndet. För varistorer baserade på zinkoxid varierar denna parameter från 20 till 100. När det gäller varistorns temperaturkoefficient (TCR) är den vanligtvis negativ.
Varistorer är kompakta, pålitliga och presterar bra i ett brett område av driftstemperaturer.På kretskort och i SPD:er kan du hitta små skivvaristorer med en diameter på 5 till 20 mm. För att avleda högre krafter används blockvaristorer med övergripande dimensioner på 50, 120 och fler millimeter, som kan avleda kilojoule energi i en puls och föra strömmar på tiotusentals ampere genom dem, utan att förlora effektivitet.
En av de viktigaste parametrarna för varje varistor är svarstiden. Även om den typiska aktiveringstiden för en varistor inte överstiger 25 ns, och i vissa kretsar är detta tillräckligt, krävs ändå på vissa ställen, till exempel för skydd mot elektrostatik, ett snabbare svar, inte mer än 1 ns.
I samband med detta behov riktar världens ledande tillverkare av varistorer sina ansträngningar för att öka deras prestanda. Ett sätt att uppnå detta mål är att minska längden (respektive induktansen) på flerskiktskomponenternas terminaler. Sådana CN-varistorer har redan tagit en värdig plats i skyddet mot statisk utgång från integrerade kretsar.
DC-varistorns märkspänning (1mA) är en villkorlig parameter, vid denna spänning överstiger inte strömmen genom varistorn 1mA.Märkspänningen anges på varistorns märkning.
ACrms är varistorns effektiva växelspänningssvar. DC — DC-spänningsaktivering.
Dessutom är den maximalt tillåtna spänningen vid en given ström standardiserad, till exempel V @ 10A. W är komponentens märkeffekt. J är den maximala energin för en enskild absorberad puls, som bestämmer den tid under vilken varistorn kommer att kunna avleda märkeffekten samtidigt som den förblir i gott skick. Ipp — varistorns toppström, normaliserad av stigtiden och varaktigheten av den absorberade pulsen, ju längre pulsen är, desto lägre är den tillåtna toppströmmen (mätt i kiloampere).
För att uppnå större effektförlust tillåts parallell- och seriekoppling av varistorer. Vid parallellkoppling är det viktigt att välja varistorer så nära parametrarna som möjligt.