Назначение варистора. Варистор: принцип работы, типы и применение в электронике

Что такое варистор и как он работает. Какие бывают типы варисторов. Где применяются варисторы в электронике. Как правильно выбрать и подключить варистор. Преимущества использования варисторов для защиты от перенапряжений.

Что такое варистор и как он работает

Варистор — это полупроводниковый компонент, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. При нормальном рабочем напряжении варистор имеет высокое сопротивление и практически не влияет на работу схемы. Когда напряжение превышает определенный порог, сопротивление варистора резко падает, и он начинает проводить ток, ограничивая напряжение.

Основные характеристики варистора:

• Классификационное напряжение — напряжение, при котором через варистор протекает ток 1 мА
• Максимальное рабочее напряжение
• Максимальный импульсный ток
• Энергия рассеивания
• Емкость

Принцип работы варистора основан на нелинейной вольт-амперной характеристике. При повышении напряжения выше порогового значения сопротивление варистора резко уменьшается, шунтируя защищаемую цепь.

Основные типы варисторов

Существует несколько основных типов варисторов:

• Металлооксидные варисторы (MOV) — наиболее распространенный тип, изготавливаются из оксида цинка
• Карбид-кремниевые варисторы (SiC) — имеют более линейную характеристику
• Селеновые варисторы — устаревший тип с низкой энергоемкостью
• Многослойные варисторы (MLV) — миниатюрные варисторы для поверхностного монтажа

Металлооксидные варисторы обладают наилучшим сочетанием характеристик и используются в большинстве применений.

Области применения варисторов

Основные области применения варисторов:

• Защита электронной аппаратуры от импульсных перенапряжений в сети питания
• Ограничение коммутационных перенапряжений в индуктивных цепях
• Защита полупроводниковых приборов от статического электричества
• Стабилизация напряжения в различных схемах
• Защита телекоммуникационного оборудования
• Молниезащита зданий и сооружений

Варисторы эффективно защищают электронику от кратковременных импульсных перенапряжений большой энергии.

Как правильно выбрать варистор

При выборе варистора необходимо учитывать следующие параметры:

1. Максимальное длительное рабочее напряжение — должно быть выше номинального напряжения сети
2. Классификационное напряжение — обычно выбирается на 15-20% выше максимального рабочего
3. Энергия рассеивания — должна соответствовать ожидаемой энергии импульсов
4. Максимальный импульсный ток — должен превышать ожидаемые токи КЗ
5. Емкость варистора — может быть критична в ВЧ схемах

Правильно подобранный варистор обеспечит надежную защиту оборудования без ложных срабатываний.

Схемы включения варисторов

Существует несколько основных схем включения варисторов:

• Параллельное включение между фазой и нейтралью — для защиты от дифференциальных перенапряжений
• Параллельное включение между фазами и землей — для защиты от синфазных помех
• Последовательное включение с защищаемой нагрузкой — для ограничения напряжения
• Параллельное включение на входе преобразователя — для защиты от перенапряжений в сети

Конкретная схема выбирается в зависимости от типа защищаемого оборудования и характера возможных перенапряжений.

Преимущества использования варисторов

Основные преимущества применения варисторов:

• Высокое быстродействие — время срабатывания менее 25 нс
• Способность поглощать большую энергию — до нескольких кДж
• Низкая стоимость по сравнению с другими средствами защиты
• Простота применения — не требуют сложных схем включения
• Надежность и долговечность при правильном выборе
• Малые габариты и вес

Благодаря этим преимуществам варисторы широко используются для защиты от перенапряжений в различной электронной аппаратуре.

Недостатки и особенности эксплуатации варисторов

При использовании варисторов следует учитывать некоторые их недостатки и особенности:

• Деградация характеристик при многократных воздействиях
• Возможность теплового пробоя при длительных перегрузках
• Наличие остаточного напряжения при срабатывании
• Значительная собственная емкость
• Зависимость параметров от температуры

Для повышения надежности защиты варисторы часто применяют совместно с газовыми разрядниками или TVS-диодами. Также важно обеспечить тепловой режим работы варистора.

Варистор. Что это такое? Принцип работы

в Справочник 1 Комментарий 3,071 Просмотров

Резистор можно охарактеризовать как пассивный элемент электрической цепи. Резисторы используются в основном для контроля электрических параметров (напряжения и тока) в электроцепи, используя физическое свойство резистора, называемое сопротивлением.

Портативный паяльник TS80P

TS80P- это обновленная версия паяльника TS80 Smart, работающий от USB…

Подробнее

Существуют различные типы резисторов:

• резисторы с постоянным сопротивлением (углеродные, пленочные, металлопленочные, проволочные)
• резисторы с переменным сопротивлением (проволочные переменные резисторы, потенциометры, металлокерамические переменные резисторы, реостаты)
• особый тип резисторов, например, фоторезистор, варистор и так далее.

В этой статье подробно обсудим принцип работы варистора, схема подключения  и применение варистора на практике. Но, в первую очередь мы должны знать, что же такое варистор.

Варистор. Что это такое?

Варистор — это особый тип резистора, сопротивление которого изменяется под действием приложенного к нему напряжения. Поэтому его еще называют вольта зависимый резистор (VDR).  Это нелинейный полупроводниковый элемент получил свое название от слова переменный резистор (VARiable resistor)

Эти варисторы используются в качестве защитного устройства для предотвращения кратковременных всплесков напряжения переходных процессов в электроцепи. По внешнему виду и размеру варистор схож с конденсатором, поэтому его часто путают с ним.

Паяльный фен YIHUA 8858

Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

Подробнее

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.

Применение варистора

На рисунке выше показаны примеры применения варистора в различных системах защиты электроснабжения. Рассмотрим каждый случай по отдельности.

Данная схема представляет собой защиту однофазной линии питания. Если напряжение переходных процессов поступает из сети на клеммы питания устройства, то данный всплеск уменьшит сопротивление варистора и таким образом произойдет защита электрической цепи.

Следующая схема представляет собой защиту однофазной линии с заземлением. В этом случае варистор подключен аналогично предыдущей схеме с дополнительным включением варисторов по линии заземления.

Третья схема предназначена для защиты полупроводниковых переключателей (транзистор, тиристор, симистор), которые коммутируют индуктивную нагрузку.

И последняя схема предназначена для защиты переключателя (контактов) от искрения   при включении электродвигателя.

Справочник по варисторам — скачать (10,0 MiB, скачано: 1 805)

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Варистор 2015-06-25

С тегами: Варистор

Как варистор защитит бытовую технику от молнии?

Удар молнии в соседнюю опору электропередач или просто рядом с вашим домом событие не очень приятное. Для мастера-электронщика работа в этом случае часто неблагодарная. Не рядовой случай, когда после всех объяснений и рассказов о целесообразности ремонта слышим в конце недовольное: «А почему так дорого?», «А я у другого мастера спросил и мне сказали, что сгореть должно было меньше» и всякий подобный бред жадины-профана, который не ценит чужой труд. Вариант, когда после вскрытия пациента наблюдаем пробитый «трансик» или обугленный варистор много приятнее для обеих сторон.

Современные полупроводники крайне чувствительны к превышениям допустимого напряжения и причина этого не только природные явления. Список причин можно продолжать — от доморощенного сварщика-соседа, до перекомутаций на линии. Нас больше интересует не сами причины, а как с ними бороться. Коротко об этом.

Начнём с исходных данных. Какой ток в розетке?

Смешной ответ: «220 вольт», — кому-то не режет слух. Вариант: «Переменный», — тоже не много лучше, потому как без нагрузки тока нет. А какое напряжение? Может быть уже и не 220 вольт – стандарт однако изменился.

Когда мы говорим о напряжении бытовой сети, то речь идёт о действующем значение переменного напряжения – 220 (230) В. Амплитудное значение будет больше приблизительно в 1.4 раза – 311 (325) В. Учитывая допуск в 10 процентов, получим допустимый разброс амплитуды — от 280 до 342 (292 — 358) вольт. Вот эти 358 В – законно допустимая амплитуда переменного напряжения в нашей розетке. Но и это не всё. Может меняться частота, а синусоида не всегда имеет правильную форму. Перенапряжения различной природы суровая реальность и их допустимые параметры тоже регламентируют.

И наша бытовая техника проектируется с учётом возможности эти перепады выдерживать (хотелось бы верить что это так).

Для этого в цепи питания ставят входные фильтры, разрядники, супрессоры и варисторы (первый эшелон защиты на входе радиоаппаратуры).

Входной LC-фильтр неотъемлемая часть любого импульсного БП (его отсутствие говорит о «качестве» изделия). Основное назначение – не пропускать высокочастотные помехи от работы самого БП в сеть.

Разрядник – устройство с искровым промежутком, может быть как элементом печатного монтажа так и отдельным устройством (газонаполненный, с элементами гашения дуги). Разрядники имеют относительно большое время срабатывания (несколько миллисекунд), при срабатывании искровой промежуток со временем увеличивается из-за обгорания контактов, имеют большой разброс параметров, которые к тому же сильно зависят от внешней среды.

Супрессор (он же защитный диод (стабилитрон), диодный предохранитель, TVS-диод, трансил). В цепи переменного тока используются симметричные супрессоры. При превышении порогового напряжения, внутреннее сопротивление супрессора резко падает. Результат зависит от мощности вредного импульса – нагреется и остынет или сгорит вместе с предохранителем.

Варистор Вольтамперная характеристика (ВАХ) очень похожа на ВАХ супрессора. Соответственно и принцип работы схож. Сопротивление варистора зависит от приложенного к нему напряжения. На участке малых токов (несколько миллиампер) варистор практически не влияет на работу защищаемого устройства. Защитные свойства он проявляет на участке больших токов – когда приложенное к нему напряжение превысит определённый порог.

При превышении этого порога, варистор резко уменьшает собственное сопротивление до десятков ом. Высокочастотные импульсы перенапряжения не проникают на вход устройства, а преобразуются в тепловую энергию нагрева самого варистора. Если энергия этих импульсов больше допустимой, то варистор закорачивает входную цепь и сгорает вместе с плавким предохранителем.

При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. При этом через варистор может протекать импульсный ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после исчезновения помехи его сопротивление вновь становится большим. Таким образом, включение варистора параллельно защищаемому устройству не влияет на работу последнего в нормальных условиях, но гасит импульсы опасного напряжения

Знания схемотехники входных цепей питания радиоаппаратуры и принципов работы элементов этих цепей несомненно нужны. Но обычному ремонтёру важнее знать как это проверить и чем заменить. Обугленный варистор потерял свою маркировку и вопрос что ставить взамен возникает не только у новичков (ведь цепи защиты бывают разные). Просто выпаять и забыть – не наш вариант!

Самый распространённый вариант – варистор на 470 вольт. Вспоминаем цифру сверху – 358 вольт в предполагаемом максимуме. Запас 112 вольт? Не совсем так. Варисторы имеют класс точности, и 10 процентов это лучший вариант. Считаем 20 процентов. Получаем возможный нижний предел напряжения срабатывания – 376 вольт. Теперь понятна логика производителя. Но и это не всё. Вариант ставим что есть на складе никто не отменял, главное, чтобы не было ложных срабатываний. Здесь необходимо понимание основного назначения варистора – защита от высоковольтных импульсных перенапряжений. Отвал нулевого провода в вашем доме и в результате неисправная аппаратура, а варистор целый — не редкость. Высоковольтные перенапряжения случайны и результат их воздействия непредсказуем. И если штатно варистор рассеивает высоковольтные импульсы, но когда-то наступает случай, что он не выдерживает мощности паразитного импульса и сгорает. Горит с переходом в проводящее состояние. По этой причине обязательна защита плавким предохранителем. Такая вот обязательная защита защиты.

На практике (особенно для себя любимого) лучше использовать варисторы на 390В или 430В постоянного напряжения. Воздействие высоковольтных импульсов очень не полезно для электролитов (а они чаще всего на 400В, а в дешевом ширпотребе даже на 350В).

Варисторы имеют достаточно большую емкость (до 50 нф), что ограничивает их применение на высоких частотах.

Как проверить варистор? Сразу напрашивается вариант собрать простейшую цепь из резистора для ограничения тока, варистора, нагрузки и повышающего трансформатора с возможностью регулирования напряжения. Важно выяснить точно напряжение перехода в проводящее состояние. Вариант проще – подключаем нашу цепочку к мегоометру с напряжением 500 вольт, и убеждаемся в срабатывании варистора. Косвенная проверка – измерить ёмкость варистора. Я не ошибся, именно ёмкость.

Маркировка на варисторе — это не всегда напряжение (иногда это условный код), а если и напряжение то не всегда одно и то же. Разные производители маркируют варисторы по-разному. Используются как максимальное значение рабочего действующего синусоидального напряжения (EPCOS), иногда действующее значение синусоидального напряжения при котором происходит отпирание варистора, а китайцы ставят постоянное напряжение отпирания. Надо обязательно читать документацию конкретного производителя.

Для примера: варистор EPCOS/TDK с маркировкой 241 это фактически аналог 431 у китайского TKS с маркировкой TVR оба отпираются постоянным напряжением около 430В.

Напряжение отпирания варистора величина не точная. Классический разброс составляет -15%…+20%. А у лучших производителей — не менее 10%. И зависимость от температуры никто не отменял.

Отличия варисторов от супрессоров.

Супрессор проигрывает варистору в поглощаемой энергии. Варистор тем и хорош, что тепло в нем выделяется по всей толщине материала и отсутствуют локальные перегревы. Супрессор обладает отличным быстродействием, но легко перегревается и выходит из строя при миллисекундных импульсах. Энергию варистор при коротких перенапряжениях, не рассеивает (не успевает), а поглощает.

Крутизна характеристики варистора довольно большая (но меньше чем у супрессоров).

Варисторы применяются в схемах с большой мощностью импульса, но относительно низким значением скорости его нарастания (крутизна фронта). К примеру, тиристорные преобразователи.

Супрессоры — в схемах с большей крутизной, но меньшей длительностью. Это преобразователи на основе IGBT или MOSFET-транзисторов. Работа транзисторов в ключевом режиме характеризуется малой длительностью выбросов напряжения (не более сотен нс; очень редко мкс), но при этом крутым фронтом импульса.

Стабилитроны тоже можно применять, то только в низковольтных транзисторных схемах с малыми скоростями изменения напряжения.

Короткие выводы:

1. Варисторы хорошо защищают сети питания радиоаппататуры от коротких высоковольтных выбросов напряжения, которые физически не поглощаются входными фильтрующими конденсаторами. Но не являются защитой от перенапряжений ниже напряжения открывания самого варистора.

2. Супрессоры хорошо использовать для защиты силовых ключей от переходных процессов и пиковых перенапряжений короткими импульсами.

3. При выборе варистора в качестве замены ориентируемся на напряжение открывания варистора. Обращать внимание на производителя, смотреть документацию по конкретному прибору.

4. Для защиты от перенапряжений в сети (не высоковольтных импульсных) хорошее решение применять ограничители напряжения и ограничители тока короткого замыкания (это для себя, а клиенту как совет).

P.S Всё, что выше никак не учебник и не претендует на полноту. Целенаправленно не перечислены все параметры рассмотренных элементов. Замечания на рассмотренную тему будут полезны не только автору.

Преимущества металлооксидного варистора с термически связанным предохранителем | Обзор продукта | Обзор продукта | Техническая библиотека

Содержание

• В чем разница между обычным варистором и варистором с плавким предохранителем?
  — Что такое варистор с термическим предохранителем?
• Окончание срока службы / Термический разгон — варистор по сравнению с варистором с термически связанным предохранителем
  — Преимущества варисторов ThermoFuse®
• Функция контроля
• Почему варисторы с термическим предохранителем становятся все более популярными?
• Обзор варисторов TDK ThermoFuse®
• Примеры применения
• Обзор MT Design
  (включая MT Video или MT Presentation с озвучиванием)
• Контактная информация
• Ссылки по теме

В чем разница между обычным варистором и варистором с плавким предохранителем?

Обычно металлооксидные варисторы (варисторы) используются для защиты электронных устройств от скачков напряжения.
Однако несколько событий могут вызвать тепловой разгон варистора, и функция защиты цепи компонента больше не может быть гарантирована.
Эти события могут привести к окончанию срока службы варистора или даже незадолго до этого, или если варистор подвергается воздействию ненормальных условий перенапряжения.

Рисунок 1. Что такое варистор с термически связанным предохранителем?

Варистор ThermoFuse® предотвращает описанный режим отказа благодаря гибридной конструкции: он объединяет варистор и термоэлемент в одном компоненте.
Дисковый варистор включен последовательно с термопредохранителем. При повышении температуры термоэлемент начинает плавиться, а пружина безопасно отключает варистор от сети и предотвращает повторное подключение.
Повышает надежность и защищает оборудование.

Базовый пример принципиальной схемы для ThermoFuse® Varistor

Окончание срока службы / Термический разгон — сравнение варистора и варистора с плавким предохранителем

В начале срока службы расчетное напряжение варистора Vv превышает рабочее напряжение Vop. С течением времени импульсы перенапряжения на нагрузке приводят к падению Vv, что может привести к окончанию срока службы варисторного компонента и может привести к тепловому разгону, что может привести к перегреву, обугливанию, задымлению и, возможно, возгоранию. Варистор ThemoFuse от TDK отключает диск варистора от линии электропередачи при перегреве, что может устранить большую часть обугливания и снизить риск возгорания.

На рисунках ниже показано сравнение стандартного варистора (слева) и серии TDK NT (справа) после испытаний на аномальное перенапряжение.

Преимущества варисторов ThermoFuse®
— Более высокая безопасность, отключение от цепи
— Высокая изоляция и предотвращение повторного включения
— Термоэлемент тесно связан с варистором и может быстро размыкаться при перегреве
— Снижение риска теплового разгона и в результате возможно задымление или возгорание

Функция контроля

Варистор

TDK ThermoFuse® также оснащен дополнительными сигнальными проводами, которые можно использовать для отслеживания отключения компонента от линии питания.
Функция контроля изменяет сигнал после отключения и обычно сочетается со светодиодом для визуальной индикации.

Почему варисторы с термическим предохранителем становятся все более популярными?

Варисторы с плавким предохранителем более безопасны, чем компоненты с одним варистором. В некоторых случаях, таких как колебания уровней напряжения или частые импульсы перенапряжения, одиночный варистор подвергается риску теплового выхода из строя, и вместо этого инженеры предпочитают использовать более надежные решения, такие как варисторы TDK ThermoFuse®.
Кроме того, дополнительная функция мониторинга позволяет определять состояние компонента, что также становится все более популярной функцией. Варисторы Thermofuse® также соответствуют более высоким рыночным стандартам, таким как UL 1449 Type 1-5.

Обзор варисторов TDK ThermoFuse®

Серия	Код заказа	Размер диска [мм]	Рабочее напряжение [В Среднеквадратичное значение ]	Номинальный ток разряда In (8/20 мкс, 15 раз) [кА]	Макс. импульсный ток Imax (8/20 мкс, 1 раз) [кА]	Макс. поглощение энергии [Дж]
Т14	Б72214Т	14	от 130 до 680	3	6	от 50 до 180
Т20	Б72220Т	20	от 170 до 895	3	10	от 100 до 400
НТ14	Б72214Р/В	14	от 130 до 680	3	6	от 50 до 220
НТ20	Б72220Р/В	20	от 130 до 750	5	10	от 100 до 480
МТ25	Б72225М	22	от 150 до 385	10	20	от 215 до 600
МТ30	Б72230М	25	от 150 до 750	от 10 до 15	25	215 до 1025

Примеры применения

Умные счетчики, Фотоэлектрические системы, Осветительное оборудование, Блоки питания

Обзор дизайна MT (включая видео MT или презентацию MT с озвучиванием)

Видео 1 Обзор конструкции MT

Контактная информация

• Запросы по продуктам, продажам или техническим вопросам

Связанные ссылки

Обзор продукции

Приложения и случаи

Защита от перенапряжения

— Варистор? Назначение и принцип

спросил 3 года 9 месяцев назад

Изменено 3 года, 9 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

\$\начало группы\$

В таблице данных драйвера светодиодов AL9910 указана часть, которая, как я предполагаю, является варистором, так ли это? Показано, что варисторы соединены через линии L и N, но здесь они соединены последовательно. Объясните пожалуйста принцип работы.

• защита от перенапряжения
• варистор

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Токоограничивающий резистор NTC. При включении в цепь NTC холодный и плохой проводник — это ограничение тока заряда входного конденсатора. Когда NTC нагревается от рассеиваемой мощности, он становится хорошим проводником с малыми потерями.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вероятно, это устройство с отрицательным температурным коэффициентом, используемое для ограничения пускового тока в накопительном конденсаторе и предотвращения перегорания предохранителей или срабатывания автоматических выключателей. Это довольно распространенная вещь для реализации.