Każde urządzenie elektroniczne podłączone do sieci wymaga zabezpieczenia przed przekroczeniem progów prądowych lub napięciowych. Do ochrony prądowej stosuje się różne bezpieczniki i wyłączniki, ale warystory są najczęściej używane do ochrony przed przepięciami. W tym artykule przyjrzymy się zasadzie działania warystora, jego właściwościom oraz zaletom i wadom tego elementu elektronicznego.
Spis treści
Co to jest warystor i gdzie go stosować
Warystor - Warystor to zmienny rezystor w stanie stałym, który zmienia swój opór elektryczny w zależności od przyłożonego do niego napięcia.
Zasada działania tego elementu elektronicznego jest inna niż zwykłego rezystora lub potencjometru. Opornik standardowy rezystor Potencjometr ma stałą rezystancję w każdej chwili, niezależnie od napięcia w obwodzie; potencjometr umożliwia ręczną zmianę rezystancji przez obracanie pokrętła. Z kolei warystor ma nieliniową symetryczną charakterystykę woltowo-prądową, a jego rezystancja jest w pełni zależna od napięcia obwodu.
Dzięki tej właściwości warystory są powszechnie i skutecznie stosowane do ochrony sieci elektrycznych, maszyn i urządzeń, a także elementów elektronicznych, płytek i układów scalonych, niezależnie od rodzaju napięcia. Są niedrogie w produkcji, wytrzymałe i zdolne do przenoszenia dużych obciążeń.
Warystory są stosowane zarówno w aplikacjach wysokonapięciowych do 20 kV, jak i niskonapięciowych od 3V do 200V jako ograniczniki napięcia. Mogą być stosowane zarówno w obwodach prądu przemiennego, jak i stałego. Są one stosowane do regulacji i stabilizacji prądu i napięcia oraz w urządzeniach zabezpieczających przed przepięciami. Są one stosowane w budowie filtrów sieciowych, zasilaczy, telefonów komórkowych, OCHRONNIKI PRZECIWPRZEPIĘCIOWE i innych urządzeń.
Rodzaje i zasada działania
W normalnych warunkach pracy warystor ma ogromną rezystancję, która może maleć wraz ze wzrostem napięcia powyżej wartości progowej. Jeśli napięcie znacznie wzrośnie, warystor zmienia swój stan izolacyjny na przewodzący i stabilizuje napięcie, przepuszczając przez siebie duży prąd dzięki efektowi lawinowemu w półprzewodniku.
Warystory mogą pracować z wysokimi i niskimi napięciami, dlatego dzieli się je na dwie grupy urządzeń o tej samej zasadzie działania:
- Wysokonapięciowe: zdolne do pracy w obwodach o wartościach prądu do 20 kV (stosowane w systemach ochrony sieci i urządzeń, ochronnikach przeciwprzepięciowych).
- Elementy niskonapięciowe: napięcia znamionowe tego typu wynoszą od 3V do 200V (stosowane do ochrony urządzeń elektronicznych i elementów wyposażenia o natężeniu prądu od 0,1 do 1A, instalowanych na wejściu lub wyjściu zasilacza).
Czas reakcji warystorów w przypadku skok napięcia wynosi około 25 ns, co jest wartością doskonałą, ale w niektórych przypadkach niewystarczającą. Dlatego producenci podzespołów elektronicznych opracowali technologię produkcji rezystorów smd o czasie odpowiedzi 0,5 ns lub lepszym.
Wszystkie typy warystorów są wytwarzane z węglika krzemu lub tlenku cynku przez spiekanie tego materiału ze spoiwem (żywicą, gliną, szkłem) w wysokiej temperaturze. Po otrzymaniu elementu półprzewodnikowego jest on metalizowany z obu stron, a metalowe końcówki przyłączeniowe są lutowane.
Znakowanie, główne cechy i parametry
Każdy producent warystorów oznacza swój wyrób w określony sposób, dlatego istnieje duża liczba wariantów oznaczeń i ich rozszyfrowanie. Najczęściej spotykane warystory w Rosji to K275, a popularne elementy zagraniczne to 7n471k, kl472m i inne.
Oznaczenie warystora CNR-10d751k można rozszyfrować w następujący sposób: CNR - warystor metal-tlenkowy; d - oznacza, że element ma kształt dysku; 10 - jest średnicą tarczy; 751 -to napięcie reakcji urządzenia (obliczenia wykonuje się, mnożąc dwie pierwsze cyfry przez 10 do potęgi trzeciej cyfry, np. 75 razy 10 do potęgi 750 V); k - dopuszczalne odchylenie napięcia znamionowego, które wynosi 10 % w każdym kierunku (l - 15 %, M - 20 %, P - 25 %).
Główne właściwości warystorów są następujące:
Napięcie klasyfikacyjne - Napięcie przy określonej wartości prądu płynącego przez warystor (wartość ta wynosi zwykle 1 mA). Ten parametr jest względny i nie ma wpływu na wybór urządzenia;
maksymalne dopuszczalne napięcie - zakres napięcia (RMS lub rms.), przy którym warystor zaczyna zmniejszać swoją rezystancję;
Maksymalna energia absorpcji - cecha określająca ilość energii, jaką warystor rozprasza i nie ulega uszkodzeniu po poddaniu go działaniu pojedynczego impulsu (mierzona w dżulach);
Maksymalny prąd impulsowy - normalizuje czas narastania i czas trwania impulsu prądowego (mierzone w amperach);
Kapacytancja - jest bardzo ważnym parametrem, który mierzy się w stanie zamkniętym i przy określonej częstotliwości (spada do zera, jeśli do warystora zostanie przyłożony duży prąd);
Dopuszczalne odchylenie - odchylenie od nominalnej różnicy potencjałów w obu kierunkach (jest podana w procentach).
czas zadziałania - Czas, po którym warystor zmienia stan z zamkniętego na otwarty (Zwykle kilkadziesiąt nanosekund).
Zalety i wady warystorów
Ważną zaletą rezystora nieliniowego (warystora) jest jego stabilność i niezawodność przy wysokich częstotliwościach i dużych obciążeniach. Znajduje wiele zastosowań przy napięciach od 3 V do 20 kV, jest stosunkowo prosty i tani w produkcji oraz wydajny w eksploatacji. Dodatkowe ważne zalety to:
- duża szybkość zadziałania (nanosekundy);
- długi okres eksploatacji;
- możliwość monitorowania wahań napięcia (metoda bezwładnościowa).
Chociaż ten element elektroniczny ma wiele zalet, ma też wady, które wpływają na jego zastosowanie w różnych systemach. Należą do nich:
- hałas o niskiej częstotliwości podczas pracy;
- Starzenie się elementu (utrata parametrów z upływem czasu);
- wysoka pojemność: zależy od napięcia i typu elementu, mieści się w zakresie od 70 do 3200 pF i wpływa na wydajność urządzenia;
- brak rozpraszania mocy przy maksymalnym napięciu - przy długich maksymalnych napięciach znacznie się przegrzewa i ulega awarii.
Wybór warystora
Aby dobrać odpowiedni warystor do konkretnego urządzenia, należy znać charakterystykę jego zasilania: rezystancję i moc przejściową. Maksymalna dopuszczalna wartość prądu zależy m.in. od czasu trwania ekspozycji i liczby powtórzeń, więc jeśli warystor zostanie zainstalowany z niższą wartością prądu szczytowego, dość szybko ulegnie uszkodzeniu. Krótko mówiąc, aby skutecznie chronić urządzenie, warystor powinien być dobrany na napięcie o niewielkim marginesie w stosunku do napięcia znamionowego.
Istotne znaczenie dla bezawaryjnej pracy takiego elementu elektronicznego ma również szybkość rozpraszania zaabsorbowanej energii cieplnej oraz zdolność do szybkiego powrotu do stanu normalnej pracy.
Schemat połączeń warystora i warianty połączeń
Via obwody warystory są zazwyczaj wskazany na .Jak zwykły rezystor, ale z literą U obok ukośnika. Ukośnik ten wskazuje na schematach, że element ma zależność rezystancji od napięcia obwodu. Również w schemat połączeń Składnik ten jest oznaczany dwiema literami R i U z dodaną liczbą porządkową (RU1, RU2 ... itd.).
Istnieje wiele opcji połączeń warystorów, ale wspólną cechą wszystkich metod jest to, że element ten jest połączony równolegle z obwodem zasilania. Dlatego przy braku niebezpiecznych impulsów napięciowych prąd płynący przez warystor jest niewielki (ze względu na jego dużą rezystancję) i nie ma wpływu na działanie systemu. W przypadku wystąpienia przepięcia warystor zmienia swoją rezystancję na małą, obciążenie jest pomijane, a zaabsorbowana energia jest rozpraszana w otaczającej przestrzeni.
Powiązane artykuły:
