Варисторы для защиты бытовых электросетей
В каждом доме есть дорогостоящая электронная техника. Любые приборы на полупроводниковых элементах имеют слабую изоляцию. Так что небольшое повышение напряжение может сжечь электронику. Часто изменение напряжения в бытовых сетях происходит импульсно, то есть напряжение резко повышается на доли секунды, а потом возвращается до нормального уровня.
Импульсы напряжения бывают грозовые и коммутационные.
Грозовые скачки напряжения появляются при ударах молний прямо в электроустановку или линию передачи, или же близко возле них. Грозовые разряды могут причинить вред бытовым сетям, даже если удар в электросеть произойдет на удалении до 20 км.
Коммутационные скачки напряжения создаются при коммутации электрооборудования с реактивными элементами. То есть при включении оборудования, которое построено с использованием большого количества конденсаторов, а также имеет мощные катушки индуктивности и трансформаторы.
Самые высокие коммутационные скачки напряжения создают электродвигатели и конденсаторные батареи.
Для обеспечения надежной защиты от импульсных напряжений должны быть обеспечены три ступени защиты в сетях до 1000 В. В каждой ступени защиты применяются разные по конструкции и по параметрам устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).
Первая ступень защиты должна быть установлена на понижающей подстанции или непосредственно у входа в здание. В качестве УЗИП применяются чаще всего разрядники иногда и мощные варисторы.
Режимы работы УЗИП первой ступени самые тяжелые – величины импульсных токов 25-100 кА, крутизна фронта волны 10/350 мкс, длительность фронта волны 350 мкс. Быстросъемные УЗИП с ножевыми контактами здесь практически не применяются. Потому что импульсные токи величиной 25-50 кА, при разряде молний, создают огромные электродинамические силы, которые легко вырывают съемные части устройства. Кроме того, при разрывании соединения, через воздушный зазор зажигается плазменная дуга, разрушающая ножевые контакты.
Наиболее предпочтительно на первом участке применять воздушные разрядники. Тем более что серийно варисторы для импульсных токов свыше 20 кА не выпускаются. Так как мощные варисторы делаються с большими выводами, которые выполняют роль радиаторов, рассеивая чрезмерное тепло.
Вторая ступень защиты необходима для удаления остаточных, меньших по амплитуде, импульсов после первой ступени. Каждый хозяин дома сам определяет, нужна эта ступень защиты или нет. Устанавливается защита на вводе электричества в дом, в отдельном электрощите.
В качестве УЗИП для второй ступени используются защитные элементы с ножевыми контактами. Внешне защитные элементы с ножевыми контактами представляют собой две отдельные части. Одна часть – гнездо с ножевыми контактами, которое закрепляется на DIN-рейку в электрощите. Другая часть – съемный модуль, который является непосредственно варистором. Защитный варистор должен выдерживать импульсные токи в границе 15-20 кА, с крутизной волны 8/20 мкс. Съемные модули могут быть оснащены индикатором срабатывания, по которому можно определить исправность устройства. Более дорогие модели имеют терморасцепители в своей конструкции, защищающие от перегрева варистор, при длительном протекании импульсных токов.
Третья ступень защиты устанавливается внутри всех электронных бытовых приборов. В качестве УЗИП для бытовых электроприборов применяются только небольшие варисторы, рассчитанные на крутизну волны 1,2/50 мкс, 8/20 мкс и на импульсные токи до 15 кА. Варисторы с монтажными выводами припаиваются внутри прибора на плату или закрепляется отдельно и подключаются отдельными проводами.
Схема включения.
Все варисторы подключаются параллельно нагрузке, правильнее их будет включать между фазовым проводом и проводом заземления.
В трехфазной сети, при подключении нагрузки «звездой», варисторы включаются между каждой фазой и проводом заземления. А при подключении нагрузки «треугольником», варисторы устанавливаются между фазами.
Варисторы, как нелинейные элементы, при повышенном напряжении резко уменьшают свое сопротивление практически до нуля, и поэтому не могут длительно выдерживать повышенные импульсные токи. Поэтому рекомендуется защитить УЗИП второй ступени защиты плавкими предохранителями, которые нужно подключить последовательно с устройством защиты в разрыв фазового провода.
Правильно выбирать варисторы по напряжению срабатывания. При этом напряжении элемент снижает свое сопротивление и гасит опасное импульсное напряжение. Информация о напряжении срабатывания и о крутизне волны импульса наноситься на поверхность варистора или указывается в техническом паспорте к нему.
В тандеме с данной статьей полезно ознакомиться с видео-дополнением:
УЗО – ошибки при подключении
Помощь мастерам
Как подобрать аналог варистора
Очень част задаются вопросом, каким варистором можно заменить сгоревший, как подобрать аналог и у всех ли варисторов одинаковая маркировка.
Подбирать варисторы для замены лучше всего не по фирме производителю и не по цвету, а по:
- Напряжению
- Диаметру
По маркировке можно узнать напряжение срабатывания, а из таблицы подобрать аналог из имеющихся.
В случае, если не сохранилась маркировка, то подобрать можно по:
- функциональному назначению
- по электронной схеме
Параметры и маркировка варисторов разных производителей
Как измерить параметры варистора
УЗИП первого класса производства ОБО Беттерманн в сетях питания 220 В 50 Гц
УЗИП первого класса производства ОБО Беттерманн в сетях питания 220 В 50 Гц
УЗИП на разрядниках и варисторах: отличия в работе
Сетевые (питающие) УЗИП первого класса производства компании ОБО Беттерманн, выполняются на основе двух технологий, это УЗИП на основе газонаполненных разрядников различных типов и УЗИП на основе варисторов.
Различия в логике работы данных устройств (разрядников и варисторов) отмечены и в нормативных отечественных документах, например, в ГОСТ 51992 2011. Данный нормативный документ, под названием «Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные». Часть 1. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Технические требования и методы испытаний»
Пункт 3.4: УЗИП коммутирующего типа – УЗИП, которое в отсутствии перенапряжений сохраняет высокое полное сопротивление, но может мгновенно изменить его на низкое в ответ на скачок напряжения. Общим примером элементов, служащих коммутирующими устройствами, являются разрядники, газовые трубки, тиристоры (кремниевые выпрямители) и управляемые тиристоры. Такие УЗИП иногда называют «разрядниками».
Пункт 3.5: УЗИП ограничивающего типа – УЗИП, которое в отсутствии перенапряжения сохраняет высокое полное сопротивление, но постепенно снижает его с возрастанием волны тока и напряжения. Общим примером элементов, служащих нелинейными устройствами, являются варисторы и диодные разрядники. Такие УЗИП иногда называют «ограничителями».
Разберем более подробно, чем отличается работа УЗИП приведенных выше типов на примере оборудования ОБО Беттерманн.
Как пример «разрядника» возьмем УЗИП на основе многозазорного газонаполненного разрядника. В перечне нашего оборудования это, например, разрядники типа MCD.
Как пример «варистора» возьмем УЗИП на основе оксидноцинкового варистора. В перечне нашего оборудования это, например, варисторы типа V 50.
Принципиальное отличие в срабатывании УЗИП различных типов (разрядников и варисторов) объясняется тем, что у этих устройств различная вольтамперная характеристика.
Вольтамперная характеристика (ВАХ) газового разряда имеет характерную S-образную форму, где нижняя область графика ВАХ соответствует темному «тихому» разряду, средняя тлеющему, а верхняя дуговому (рис. 1).
Рис. 1
В результате воздействия на разрядник импульса перенапряжения в разряднике происходят следующие процессы. С ростом приложенного напряжения разрядник быстро проходит фазы, соответствующие темному и тлеющему разряду. При достижении определенного напряжения на разряднике, определяемого конструкцией и иными технологическими особенностями изделия, газ (воздух) в разрядном промежутке переходит в стадию дугового разряда.
В результате этого сопротивление промежутка резко падает, а ток через него соответственно возрастает. В дальнейшем при росте внешнего приложенного напряжения (импульс перенапряжения) напряжение горения дуги изменяется мало. Напряжение горения дуги определяется в основном конструктивными особенностями, а также средой промежутка, в которой происходит пробой. Таким образом, после «включения» пробоя разрядного промежутка, напряжение на нем остается, как правило, в пределах 20 – 50В. При уменьшении амплитуды воздействующего импульса (напряжения) ниже определенной величины происходит гашение дуги и разрядник переходит в исходное состояние (рис. 2).
Рис. 2
ВАХ варистора имеет другой вид (рис. 3). ВАХ варистора симметрична относительно вертикальной центра координат. Таким образом, можно рассмотреть одну половину характеристики, например, соответствующую положительным токам и напряжениям без потери качества описания процесса.
Рис. 3
Выбранная часть ВАХ представляет собой две области с разными углами наклона кривой. Их можно описать следующим образом:
Область 1 – это область линейной зависимости тока от напряжения и соответственно постоянного (условно большого) сопротивления варистора. Это область увеличения напряжения на варисторе.
Область 3 – это область условно малого сопротивления варистора, где малому приращению напряжения следует большое приращение тока. Это область стабилизации напряжения на варисторе.
Область 2 – это переходная область нелинейной зависимости тока от приложенного напряжения. Обычно эта область находится в окрестности точки с так называемым квалификационным напряжением.
В результате импульсного воздействия на варистор, напряжение сначала нарастает в соответствии с ростом напряжения на фронте импульса. После достижения напряжением фронта импульса области 2 начинается процесс стабилизации напряжения. В дальнейшем при увеличении напряжения на варисторе и приходе рабочей точки в область 3 напряжение стабилизируется и мало зависит от приложенного напряжения к промежутку (рис. 4).
Рис. 4
Рис. 5
Если мы теперь на одном графике построим импульс перенапряжения (рис. 5) и кривые «работы» разрядника и варистора (рис. 2 и рис. 4), то мы получим графики, изображенные на рис. 6 и 7. На этих графиках изображена величина отводимого тока на систему уравнивания потенциалов в зависимости от времени, для разрядника (рис. 6) и для варистора (рис. 7). Соответственно площадь фигуры, ограниченной двумя кривыми (зона 1) на этих графиках, пропорциональна энергии отводимой УЗИП на систему уравнивания потенциалов.
Рис. 6
Рис. 7
Исходя из полученных результатов можно сделать очевидный качественный вывод:
- Отводимая на систему уравнивания потенциалов энергия у УЗИП, выполненного на основе разрядника, всегда будет больше, чем у УЗИП, выполненного на основе варистора при прочих равных условиях. Равные условия – это одинаковое входящее воздействие (импульс перенапряжения) и одинаковые параметры защищаемой электроустановки (напряжение питания, сопротивление и т. п.).
- Пиковое напряжение, то есть максимальное напряжение, прикладываемое к защищаемому оборудованию, у УЗИП на основе разрядника больше, чем у УЗИП на основе варистора. Это объясняется следующим: время срабатывания разрядника заметно больше, чем у варистора, и за это время напряжение успевает увеличиться (большая крутизна фронта импульса перенапряжения). Таким образом, вследствие большой скорости нарастания напряжения на фронте импульса у разрядника существует два напряжения срабатывания. В нормативной литературе это явление отражено следующим образом: статическое напряжение срабатывания (при медленно меняющемся сигнале) и динамическое напряжение срабатывания (при быстро меняющемся сигнале).
- Энергия, приходящая на защищаемое оборудование, равна разности энергии пришедшего воздействия (импульса) и энергии отведенной УЗИП на систему уравнивания потенциалов. На графиках эта энергия пропорциональна площади под кривой на рис. 2 и на рис. 4. Таким образом, энергия, приходящая на защищаемое оборудование у УЗИП, выполненных на основе разрядника меньше чем у УЗИП выполненных на основе варистора (зона 2 на рис.6 и 7) при прочих равных условиях.
Лещинский В. Г., Руководитель направления технического обучения по системам молниезащиты и защиты от импульсных перенапряжений
Варистор принцип работы
Варистором называются полупроводниковые резисторы, которые способны уменьшать сопротивление в 10 раз от начальной величины с помощью увеличения напряжения. Например, если резистор имеет сопротивление 1000 МОм, то с применением данного элемента оно составит 1000 Ом. Таким образом, сопротивление уменьшается в том случае, когда увеличивается напряжение.Принцип действия варистораВаристорная защита подключается параллельно основному оборудованию, которое необходимо защитить. После возникновения импульса напряжения, благодаря наличию нелинейной характеристики, варистор шунтирует нагрузку и уменьшает величину сопротивления до нескольких долей Ома. Энергия, при перенапряжении, поглощается и рассеивается в виде тепла. Варистор как бы срезает импульс опасного перенапряжения, поэтому защищаемое устройство остается невредимым, что возможно даже с низким уровнем изоляции.
Рис. №1. Конструктивная схема варистора и его характеристика.
Условное обозначение варистора, например, СНI-1-1-1500. СН означает, нелинейное сопротивление, первая цифровое значение – материал, вторая – конструкцию ( 1- стержневой; 2 – дисковый), третья цифра – номер разработки, последняя цифра обозначает значение падения напряжения.
Таблица классификации варисторов
Как выглядит элемент?
Такое приспособление, как варистор, фото которого есть в нашей статье, напоминает обычный резистор, то есть имеет форму прямоугольника. Но все же имеет небольшое отличие.
Посреди него проходит диагональ, конец которой изогнут.
Как маркируется варистор?
На сегодняшний день можно встретить разные обозначения этих приборов. Каждый производитель вправе устанавливать ее самостоятельно. Маркировки различаются, потому что технические характеристики варисторов отличаются друг от друга. Примерами могут служить такие показатели, как допустимое напряжение или необходимый уровень тока.
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 популярная маркировка – CNR, к которой прикрепляется такое обозначение, как 07D390K. Что же это значит? Итак, само обозначение CNR указывает на вид прибора. В этом случае варистор является металлооксидным.
Далее, 07 – это размер устройства в диаметре, то есть равный 7 мм. D – дисковое устройство, и 390 – максимально допустимый показатель напряжения.
Основные параметры варисторов
К таким параметрам относят:
- норма напряжения;
- максимально допустимый показатель переменного и постоянного тока;
- пиковое поглощение энергии;
- возможные погрешности;
- время работы элемента.
Наиболее технологически востребованные материалы для изготовления варистора оксид цинка или порошок карбида кремния, он позволяет успешно поглощать импульсы напряжения с высокоэнергетическими импульсами. Процесс изготовления строится на основе «керамической» технологии, которая заключается на запрессовке элементов с обжигом, установкой электродов, выводов и покрытие приборов электроизоляцией и влагозащитным слоем. Благодаря стандартной технологии варисторы можно делать по индивидуальному заказу.
Диагностика
Чтобы проверить данное электронное устройство, используют специальное оборудование, которое называется тестером. Итак, для проведения испытания понадобится варистор, принцип работы которого заключается в изменении параметров сопротивления, и тестирующее устройство. Перед его началом необходимо включить устройство и переключить в режим сопротивления. Только тогда аппарат будет отвечать всем необходимым техническим требованиям, и величина сопротивления будет огромной.
Перед началом проведения испытаний необходимо проверить техническое состояние прибора. В первую очередь следует посмотреть на его внешний вид. На приборе не должно быть трещин, а также признаков того, что он сгорел. Не стоит относиться к осмотру аппарата халатно, так как любая небольшая поломка может привести к возникновению неприятных обстоятельств.
Емкость варистора
Поскольку варистор, подключаясь к обоим контактам питания, ведет себя как диэлектрик, то при нормальном напряжении он работает скорее как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистор имеет определенную емкость, которая прямо пропорциональна его площади и обратно пропорциональна его толщине.
При применении в цепях постоянного тока, емкость варистора остается более-менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не больше номинального, и его емкость резко снижается при превышении номинального значения напряжения. Что касается схем на переменном токе, то его емкость может влиять на стабильность работы устройств.
Варисторы: применение
Такие приборы играют важную роль в жизни человека.
Из всего вышеперечисленного можно сказать, что варистор, принцип работы которого заключается в защите электроники от высокого напряжения в сети, помогает предотвратить поломку многих электрических приборов и сохранить проводку в целостности. Основным местом являются электрические цепи в различном оборудовании. Например, они встречаются в пусковых элементах освещения, которые еще называются балластами. Также устанавливаются в электрических схемах специальные варисторы, применение которых необходимо для стабилизации напряжения и тока.
Такие устройства используются еще в линиях электропередач. Но там они называются разрядниками, рабочее напряжение которых составляет более двадцати тысяч вольт.
Варисторы могут работать в большом диапазоне напряжения, который начинается с совсем маленького значения в 3 В, и заканчивается 200 В. Что касается силы тока элемента, то здесь диапазон составляет от 0,1 до 1 А. Такие показатели тока действительны только для низковольтного технического оборудования.
Отрицательные стороны
К основным отрицательным сторонам относятся:
- повышение шума на низких частотах;
- другие недостатки, проявляющиеся в зависимости от индивидуальных характеристик элемента.
Положительные стороны варисторов
Данный вид аппаратов имеет множество положительных качеств, если сравнивать его с другими приборами, например, с разрядником. К таким важным преимуществам можно отнести:
- высокая скорость работы элемента;
- возможность отслеживания перепадов тока безинерционным методом;
- возможность использования на уровне напряжения в пределах от 12 до 1800 В;
- длительный срок эксплуатации;
- относительно малая стоимость за счет простоты конструкции.
Чтобы правильно подобрать варистор для определенного устройства необходимо знать характеристики его источника питания: сопротивление и мощность импульсов переходных процессов. Максимально допустимое значение тока определяется в том числе длительностью его воздействия и количеством повторений, поэтому при установке варистора с заниженным значением пикового тока, он достаточно быстро выйдет из строя. Если говорить кратко, то для эффективной защиты прибора необходимо выбирать варистор с напряжением, имеющим небольшой запас к номинальному.
Также для безотказной работы такого электронного компонента очень важна скорость рассеивания поглощенной тепловой энергии и возможность быстро возвращаться в состояние нормальной работы.
Варисторы для защиты низковольтных цепей питания
Варисторы металлооксидные для входных цепей 220В — 250ВАС
Варистор для защиты CAN шины SMD 0603
Варисторы для защиты 12В и 24 В автомобильных цепей с подавлением pulse 5 по ISO7637
Характеристика варистора для защиты входных цепей 220ВРазмеры варисторов в SMD исполнении
Чип варисторы — нелинейные резисторы имеют симметричную вольтамперную характеристику, включаются параллельно защищаемому устройству и выполняют функцию ограничителя пернапряжений . Важное свойство варистора, обеспечивающее безопасность защищаемых электрических цепей от импульсных перенапряжений и помех от быстрых переходных процессов — его быстродействие. Используются для защиты электрооборудования от перенапряжений, возникающих от индуктивных потребителей. Совместно с газоразрядниками и полупроводниковыми диодами супрессорами обеспечивают молниезащиту электрических схем от статического электричества. Варисторы обладают значительно меньшим, чем газоразрядники, временем реакции — от 25 до 0,5 нс (для многослойных варисторов в SMD-исполнении). Варисторы рекомендуются к применению для защиты сигнальных и цепей питания автомобильной электроники. Схема защиты CAN варисторамиТехнические характеристики и маркировка SMD варисторов 12 и 24 В Технические характеристики и маркировка SMD варисторов автомобильные Технические характеристики и маркировка SMD варисторов CAN Технические характеристики и маркировка SMD варисторов для 220В AC Международный стандарт ISO7637 pulse 5 о подавлении пятого импульса стр. 21 Технические характеристики варисторов | Корзина Корзина пуста |
Варистор в схеме блока питания
Микросхема импульсных источников питания и принцип ее действия
очень нужно найти микросхему импульсных источников питания и принцип действия этой микросхемы.
TVS vs варистор?
Почитал много разного про оба девайса, и теперь еще больше не понимаю – почему люди ставят.
чем заменить варистор S10K275
Всем привет! Сгорел варистор в двухконтурном котле марки S10K275(430-460 вольт).Чем можно его.
Тестер импульсных трансформаторов
Тут Ymtikrotor в своём блоке поделился опытом изготовления старой схемы сабжа на рассыпухе. В.
Нюансы импульсных трансформаторов
Есть задача изготовить импульсный трансформатор (для БП на TOP/TNY-Switch). Есть его параметры.
Принцип действия
Варистор — это полупроводниковый прибор с симметричной нелинейной вольтамперной характеристикой. По ее форме можно сделать вывод о том, что варистор работает и в переменном и в постоянном токе. Рассмотрим её подробнее.
В нормальном состоянии ток через варистор предельно мал, его называют током утечки. Его можно рассматривать как диэлектрический компонент с определенной электрической емкостью и можно говорить, что он не пропускает ток. Но, при определенном напряжении (на картинке это + — 60 Вольт) он начинает пропускать ток.
Другими словами, принцип работы варистора в защитных цепях напоминает разрядник, только в полупроводниковом приборе не возникает дугового разряда, а изменяется его внутреннее сопротивление. При уменьшении сопротивления, ток с единиц микроампер возрастает до сотен или тысяч Ампер.
Условное графическое изображение варистора в схемах:
Обозначение элемента на схемах напоминает обычный резистор, но перечеркнутый по диагонали линией, на которой может быть нанесена буква U. Чтобы найти на плате или в схеме этот элемент – обращайте внимание на подписи, чаще всего они обозначаются, как RU или VA.
Внешний вид варистора:
Варистор устанавливают параллельно цепи для ее защиты. Поэтому при импульсе напряжения защищаемой цепи — энергия поступает не в устройство, а рассеивается в виде тепла на варисторе. Если энергия импульса слишком велика — варистор сгорит. Но понятие сгорит размазано, варианта развития два. Либо варистор просто разорвет на части, либо его кристалл разрушится, а электроды замкнутся накоротко. Это приведет к тому, что выгорят дорожки и проводники, или произойдет возгорание элементов корпуса и других деталей.
Чтобы этого избежать перед варистором, последовательно со всей цепью на сигнальный или питающий провод устанавливают предохранитель. Тогда в случае сильного импульса напряжения и долговременного срабатывания или перегорания варистора сгорит и предохранитель, разорвав цепь.
Если сказать вкратце, для чего нужен такой компонент — его свойства позволяют защитить электрическую цепь от губительных всплесков напряжения, которые могут возникать как на информационных линиях, так и на электрических линиях, например, при коммутации мощных электроприборов. Мы обсудим этот вопрос немного ниже.
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:
Основные параметры
Чтобы правильно подобрать варистор, нужно знать его основные технические характеристики:
- Классификационное напряжение, может обозначаться как Un. Это такое напряжение, при котором через варистор начинает протекать ток силой в 1 мА, при дальнейшем превышении ток лавинообразно увеличивается. Именно этот параметр указывают в маркировке варистора.
- Номинальная рассеиваемая мощность P. Определяет, сколько может рассеять элемент с сохранением своих характеристик.
- Максимальная энергия одиночного импульса W. Измеряется в Джоулях.
- Максимальный ток Ipp импульса. При том что фронт нарастает в течении 8 мкс, а общая его длительность — 20 мкс.
- Емкость в закрытом состоянии — Co. Так как в закрытом состоянии варистор представляет собой подобие конденсатора, ведь его электроды разделены непроводящим материалом, то у него есть определенная емкость. Это важно, когда устройство применяется в высокочастотных цепях.
Также выделяют и два вида напряжений:
— максимальное действующее или среднеквадратичное переменное;
Маркировка и выбор варистора
На практике, например, при ремонте электронного устройства приходится работать с маркировкой варистора, обычно она выполнена в виде:
20D 471K
Что это такое и как понять? Первые символы 20D — это диаметр. Чем он больше и чем толще — тем большую энергию может рассеять варистор. Далее 471 — это классификационное напряжение.
Могут присутствовать и другие дополнительные символы, обычно указывают на производителя или особенность компонента.
Теперь давайте разберемся как правильно выбрать варистор, чтобы он верно выполнял свою функцию. Чтобы подобрать компонент, нужно знать в цепи с каким напряжением и родом тока он будет работать. Например, можно предположить, что для защиты устройств, работающих в цепи 220В нужно применять варистор с классификационным напряжением немного выше (чтобы срабатывал при значительных превышениях номинала), то есть 250-260В. Это в корне не верно.
Дело в том, что в цепях переменного тока 220В — это действующее значение. Если не углубляться в подробности, то амплитуда синусоидального сигнала в корень из 2 раз больше чем действующее значение, то есть в 1,41 раза. В результате амплитудное напряжение в наших розетках равняется 300-310 В.
Где 1,1 – коэффициент запаса.
При таких расчетах элемент начнет срабатывание при скачке действующего напряжения больше 240 Вольт, значит его классификационное напряжение должно быть не менее 370 Вольт.
Ниже приведены типовые номиналы варисторов для сетей переменного тока с напряжением в:
120)– 271k;
200В (180
220) – 431k;
240В (210
250) – 471k;
240В (240
Применение в быту
Назначение варисторов — защита цепи при импульсах и перенапряжениях на линии. Это свойство позволило рассматриваемым элементам найти свое применение в качестве защиты:
- линий связи;
- информационных входов электронных устройств;
- силовых цепей.
В большинстве дешевых блоков питания не устанавливают никаких защит. А вот в хороших моделях по входу устанавливают варисторы.
Кроме того, все знают, что компьютер нужно подключать к питанию через специальный удлинитель с кнопкой — сетевой фильтр. Он не только фильтрует помехи, в схемах нормальных фильтров также устанавливают варисторы.
Часто электрики рекомендуют защитить китайские светодиодные лампы, установив варистор параллельно патрону. Также защищают и другие устройства, некоторые монтируют варистор в розетку или в вилку, чтобы обезопасить подключаемую технику.
Чтобы защитить всю квартиру — вы можете установить варистор на дин-рейку, в хороших устройствах в корпусе расположены настоящие мощные варисторы диаметром с кулак. Примером такого устройства является ОИН-1, который изображен на фото ниже:
В заключение хотелось бы отметить, что назначение варистора – защитить какую-либо электрическую цепь. Принцип работы основан на изменении сопротивления полупроводниковой структуры под воздействием высокого напряжения. Напряжение, при котором через элемент начинает течь ток силой 1 мА называют классификационным. Это и диаметр элемента есть основными параметрами при выборе. Пожалуй, мы доступно объяснили, что такое варистор и для чего он нужен, задавайте вопросы в комментариях, если вам что-то непонятно.
Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео по теме статьи:
Наверняка вы не знаете:
Нужно ли вам устройство для защиты от импульсных перенапряжений
Импульсные перенапряжения в электрических сетях — не редкость. Возникают они при прямых или близких ударах молний, из-за переключений в высоковольтных сетях, а также из-за различных аварийных процессов. При этом особой опасности подвергаются частные домовладения, которые получают питание по воздушной линии электропередачи (ВЛ).
Молния — это электрический разряд атмосферного происхождения, который развивается между грозовым облаком и землей или между грозовыми облаками. Считается, что ток прямого удара молнии, составляет примерно 100 тысяч Ампер, а напряжение до 1 миллиарда Вольт. Форма импульса перенапряжения при ударе молнии показана на рисунке ниже.
Очевидно, что воздействие напряжения в десятки тысяч вольт на электроприборы, рассчитанные на 220В приведет как минимум к выходу их из строя, а чаще — к их возгоранию.
Когда нужно применять УЗИП
Защита зданий и сооружений от возгораний при прямом попадании молнии осуществляется молниеотводами. Для жилых зданий он представляет собой сваренную сетку из стали диаметром 8 мм на плоской кровле, с шагом ячейки 15х15 или трос, протянутый на коньке кровли, если она скатного типа.
Защита техники и электропроводки от воздействий молнии осуществляется специальными аппаратами — устройствами защиты от импульсных перенапряжений. Применение УЗИП при вводе в здание воздушной линией является обязательным. Такое требование предъявляет ПУЭ п.7.1.22. УЗИП могут выглядеть как модули, устанавливаемые на DIN-рейку, или как устройства, встраиваемые в вилки или розетки.
Стоит отметить, что автоматические выключатели и АВДТ не защищают электрооборудование от импульсных перенапряжений и реагируют только на ток КЗ, перегрузки или утечки на землю.
В случае питания дома по КЛ (кабельной линии), что характерно для многоэтажных домов, удар молнии в питающую сеть невозможен. Однако молния способна навести напряжение на больших расстояниях от места удара в землю с формой импульса 8/20 мкс, что менее опасно, но все равно способствует ускоренному старению изоляции электрооборудования. Поэтому применение УЗИП в кабельных сетях является рекомендуемым.
Функции УЗИП
УЗИП используется для защиты электрооборудования от коротких импульсов перенапряжения с фронтом волны 10/350 и 8/20 мкс (Т1/Т2), снижая напряжение до допустимых величин.
Т1 в дроби означает время, за которое импульс достигнет максимального значения в микросекундах. Т2 — время, за которое напряжение импульса снизится до половины от максимального значения. Естественно, что форма волны 10/350 мкс является более опасной, так как перенапряжение дольше воздействует на изоляцию электроустановок, вызывая ее ускоренное старение.
Конструкция и принцип работы УЗИП
УЗИП изготавливаются из оксидно-цинковых варисторов, разрядников или их комбинации. 90% стоимости УЗИП составляют именно эти элементы. В дешевых УЗИП варисторы имеют очень маленькие разрядные токи и часто выходит из строя.
Варисторы — это резисторы с нелинейным сопротивлением. В нормальном режиме сети варисторы имеют бесконечно большое сопротивление, через них ток не течет. При превышении напряжения, сопротивление варистора плавно падает, УЗИП пропускает через себя энергию перенапряжения.
Разрядники представляют собой трубку, наполненную инертным газом, с двумя или тремя электродами. При достижении напряжения определенного значения наступает пробой газового промежутка и срабатывание разрядника. Разрядники срабатывают медленнее, чем варисторы, поэтому их устанавливают между N и PE проводами на малые значения пробивного напряжения, так как в нормальном режиме напряжение между N и PE вовсе отсутствует.
УЗИП может пропустить через себя определенный ток без разрушения конструкции. Эти параметры называются:
- импульсный ток (если УЗИП рассчитан на форму импульса 10/350 — класс I)
- максимальный ток разряда (при форме импульса 8/20 — класс II)
Правильно выбрать эти параметры могут помочь специалисты техподдержки. В большинстве случаев типовым считается ток 12,5 кА для УЗИП класса I и 40 кА для класса II.
Классификация УЗИП
УЗИП делятся на три категории, в зависимости от класса испытания, а соответственно и места установки в сети — I, II, III. Согласно «Зоновой концепции» для полноценной защиты от перенапряжений следует устанавливать УЗИП разных классов каскадно, на стыке зон защиты:
1) В щите учета на опоре или на доме (снаружи) до счетчика следует устанавливать УЗИП класса I. Это устройство рассчитано на поглощение импульсов перенапряжения с формой волны 10/350 мкс и защищает от прямых ударов молнии в линию электропередачи или систему молниезащиты дома.
2) В распределительном щитке дома должен быть установлен УЗИП класса II. В функции этого аппарата будет входить гашение остаточного импульса, который прошел через УЗИП класса I, а также защита от перенапряжений, вызванных коммутацией в высоковольтных сетях.
3) В розетках, к которым подключается высокочувствительная цифровая техника, встраивается УЗИП класса III, которое будет выполнять функцию фильтрации высокочастотных помех.
При этом стоит иметь в виду, что между разными классами УЗИП должно выдерживаться расстояние не менее 15 метров кабеля, либо должен быть установлен специальный разделительный дроссель, иначе самая «слабая» ступень защиты примет на себя максимальную энергию импульса и выйдет из строя.
Исполнения УЗИП
УЗИП подключаются параллельно защищаемого оборудования и представляют собой корпус со сменными модулями или монолитную конструкцию.
В зависимости от системы заземления, принятой на объекте, УЗИП нужно подключать по разному. Самыми распространенными в жилом секторе являются системы TN-C, TN-S и TT.
Система заземления TN-C
- однофазная — варистор между L-N
- трехфазная — варисторы между L1…L3-PEN
Система заземления TN-S
- однофазная — варистор между L-PE, варистор между N-PE
- трехфазная — варистор между L1…L3-PE, варистор между N-PE
Система заземления TТ
- однофазная — варистор между L-N, разрядник между N-PE
- трехфазная — варистор между L1…L3-N, разрядник между N-PE
Защита УЗИП
Несмотря на то, что УЗИП является устройством защиты электросети, оно само должно быть защищено от повреждений, которое может возникнуть из-за разрушения элементов конструкции в момент поглощения энергии перенапряжения. Нередко бывали случаи, когда из-за неграмотной защиты, УЗИП сами становились причиной возгораний.
- Класс I должен быть защищен предохранителями на ток до 160А
- Класс II должен быть защищен предохранителями на ток до 125А
Если ток предохранителя больше указанного, то должен быть установлен дополнительный предохранитель, защищающий оборудование щита от разрушения УЗИП.
В случае воздействия длительного перенапряжения на УЗИП, варисторы начнут пропускать ток и сильно нагреваться. Встроенный терморасцепитель отключает устройство от сети в случае, если температура варистора достигнет критического значения.
Допускается защищать УЗИП автоматическими выключателями с предельной коммутационной способностью (ПКС) не менее 6кА. Но устройства I может быть защищены только предохранителями, так как они могут отключить намного большие токи КЗ при воздействии повышенного напряжения. Например, предохранитель на рисунке имеет отключающую способность 50 кА.
Таким образом, правильное применение устройств защиты от импульсных перенапряжений позволит эффективно защитить электрооборудование от повреждений, вызванных перенапряжениями в сети.
Перейти в каталог
an9771
% PDF-1.5 % 278 0 объект > / OCGs [355 0 R] >> / OpenAction 279 0 R / Threads 280 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 282 0 объект > эндобдж 42 0 объект > эндобдж 386 0 объект > поток 1999-05-04T16: 20: 22ZAdobe Illustrator CS32010-04-26T16: 24: 28-05: 002010-04-26T16: 24: 28-05: 00
Защита от перенапряжения — Как правильно выбрать металлооксидный варистор (MOV)
Я хотел бы защитить вход трансформатора от скачков высокого напряжения, но я не понимаю, как я должен действовать, чтобы выбрать правильный MOV, несмотря на то, что я читал о них до сих пор.
Ниже показано, как я пытался выбрать правильный компонент.
смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab
У меня есть источник питания 115 В / 60 Гц, и я питаю нагрузку 24 В постоянного тока через трансформатор 24 В / 52 ВА и конденсаторы правой фильтрации. Показанные значения являются номинальными, но моя система может работать до 160 В (RMS) на входе трансформатора.
Я хочу защитить свою систему от скачков высокого напряжения (макс. 1000 В).Я часто использовал TVS-диоды в своих предыдущих схемах, но среда была другой (величина скачков напряжения, постоянный ток …). Насколько я понял, MOV хорошо приспособлены для защиты системы от скачков напряжения в системе с питанием от переменного или постоянного тока. На самом деле я часто вижу их на входе трансформаторов, поэтому в этой конкретной схеме я хотел бы использовать MOV (плюс я научусь их использовать).
Так хотелось бы, чтобы даже при появлении скачка 1000В напряжение на входе трансформатора не превышало 160В.Это что-то достижимое с помощью MOV? Из того, что я прочитал, да. Насколько я понял, нет. Возможно, это неподходящий компонент.
Чтобы убедиться, что я не ошибаюсь, варистор — это резистор, зависящий от напряжения. Его электрическое сопротивление уменьшается с увеличением приложенного напряжения. Он имеет два функциональных режима работы: когда приложенное напряжение ниже напряжения ограничения, MOV не проводит ток (нормальная работа). Выше он становится проводящим, и напряжение на нем ограничивается значением чуть выше значения напряжения зажима (из того, что я прочитал здесь).
Ну, просто потому, что я не понимаю. Для меня напряжение ограничения — это значение напряжения, от которого MOV станет проводящим, и, следовательно, напряжение на нем не будет превышать это значение (или даже немного, как на стабилитроне на самом деле). Но потом я прочитал этот пост. Этот разработчик заявляет, что его система может работать с максимальным входным напряжением 520 В (RMS). Но в своих расчетах он выбирает MOV с ограничивающим напряжением 1500 В. Означает ли это, что если когда-либо в его системе появится скачок напряжения 1200 В, этот скачок не будет подавлен, и система его заметит? Или мне нужно думать по-другому и учитывать максимально допустимое напряжение, которое, по словам Питера Смита в этом посте, является обратным напряжением выдержки? В этом случае означает ли это, что MOV начинает фиксироваться при 550 В (что немного больше, чем 520 В, требуемые OP), и напряжение на MOV может подняться до 1500 В? В таком случае, как MOV может претендовать на защиту оборудования?
Если я использую свой случай и думаю так же, как другой пост OP: номинальное напряжение на входе составляет 115 В (RMS), но может доходить до 160 В (RMS).Если я использую это техническое описание, я думаю, мне нужно найти MOV с максимально допустимым напряжением, близким к 160 В (RMS). Но как насчет максимального напряжения зажима?
Мне чего-то не хватает, мне не хватает того, как MOV может защитить оборудование от скачков напряжения. Вы можете мне помочь ?
Спасибо!
Блок питания— Выбираем варистор для сломанного ПК БП
«Качество» может означать запас прочности детали или конструкции для надежности.
Здесь вы представили термистор NTC, предназначенный для уменьшения значительного> 10-кратного броска тока при зарядке конденсаторов большой емкости высоким напряжением с помощью термистора, сопротивление которого при комнатной температуре примерно в 10 раз выше, чем функциональная рабочая температура с нагрузкой.
Факторы, которые влияют на этот дизайн:
- Время, необходимое для достижения полного напряжения питания, прежде чем питание станет нормальным и будет приложена нагрузка.
- постоянная времени термистора для достижения низкого сопротивления
- коэффициент импульсного тока при номинальном установившемся токе с выбранным NTC
- это зависит от заряда накопителя Q = CV в источнике питания, чтобы поддерживать напряжение для XXX ватт для пропадания 1 цикла переменного тока.
- постоянная задержка источников питания для перезапуска из горячего состояния,
- часто это происходит через пару секунд, когда питание снижается до того, как может начаться автоматический перезапуск.Когда горячее Rt низкое, а высокий пусковой ток вызывает нагрузку на все детали. (колпачки, диоды и NTC) Эти детали из оксида металла предназначены для работы при очень высоких температурах, и даже несмотря на то, что эти простые детали надежны, закон Аррениуса утверждает экспоненциальное снижение надежности с повышением температуры из-за термического старения. Материалы различных компонентов могут работать при более низкой температуре в установившемся режиме, чтобы сделать его более надежным и при этом иметь соотношение R 10: 1.
Проблема в том, что NTC не смог защитить себя.
Выбор детали большего диаметра означает, что тепловая постоянная времени будет больше, но она может быть более устойчивой для пиковых токов, когда время ожидания перезапуска питания слишком мало для охлаждения.
Трудно объяснить, почему, не догадываясь о конструкции системы, как деталь была квалифицирована, и у меня нет точного описания оригинала, поскольку номер детали кажется неполным. Марка замены тоже не знаю, но в даташите выглядит впечатляюще.
Заключение : Технически это все еще чушь без полного анализа надежности, поэтому следуйте «советам стада» онлайн или рассмотрите альтернативы.
Личный опыт
Я знаю, что TDK является лидером в этой отрасли, и, возможно, их роль лучше. По крайней мере, таблица данных является более полной, и они не могут похвастаться «Bigmaterialconstant (Bvalue), Smallremainresistance. · Высокая надежность». скорее просто «высокостабильная электрическая характеристика». Но это может быть просто культурной разницей между JP и CN.
https://www.digikey.ca/en/products/detail/epcos-tdk-electronics/B57236S0309M051/3913362
% PDF-1.7 % 191 0 объект > эндобдж xref 191 285 0000000016 00000 н. 0000008962 00000 н. 0000009115 00000 н. 0000010293 00000 п. 0000010946 00000 п. 0000011630 00000 п. 0000012253 00000 п. 0000012360 00000 п. 0000012472 00000 п. 0000012586 00000 п. 0000013188 00000 п. 0000013825 00000 п. 0000014376 00000 п. 0000014932 00000 п. 0000015518 00000 п. 0000015555 00000 п. 0000015652 00000 п. 0000015798 00000 п. 0000016278 00000 п. 0000016871 00000 п. 0000017306 00000 п. 0000017391 00000 п. 0000017791 00000 п. 0000018267 00000 п. 0000018990 00000 п. 0000019519 00000 п. 0000019969 00000 п. 0000020311 00000 п. 0000020718 00000 п. 0000021156 00000 п. 0000021723 00000 п. 0000022020 00000 н. 0000026422 00000 п. 0000029071 00000 н. 0000029475 00000 п. 0000035900 00000 п. 0000040964 00000 п. 0000041489 00000 п. 0000041537 00000 п. 0000041933 00000 п. 0000041981 00000 п. 0000042707 00000 п. 0000042755 00000 п. 0000043263 00000 н. 0000043311 00000 п. 0000043842 00000 п. 0000043890 00000 п. 0000044709 00000 п. 0000044757 00000 п. 0000045554 00000 п. 0000045602 00000 п. 0000046194 00000 п. 0000046242 00000 п. 0000046961 00000 п. 0000047009 00000 п. 0000047477 00000 п. 0000047525 00000 п. 0000047649 00000 п. 0000048780 00000 п. 0000049092 00000 п. 0000050570 00000 п. 0000050889 00000 п. 0000050987 00000 п. 0000051666 00000 п. 0000051953 00000 п. 0000052057 00000 п. 0000052461 00000 п. 0000052866 00000 п. 0000052987 00000 п. 0000053133 00000 п. 0000053520 00000 п. 0000053617 00000 п. 0000053763 00000 п. 0000053993 00000 п. 0000054382 00000 п. 0000054504 00000 п. 0000054650 00000 п. 0000055037 00000 п. 0000055441 00000 п. 0000055562 00000 п. 0000055708 00000 п. 0000055938 00000 п. 0000056288 00000 п. 0000056408 00000 п. 0000056562 00000 п. 0000056949 00000 п. 0000057046 00000 п. 0000057192 00000 п. 0000057313 00000 п. 0000057459 00000 п. 0000057556 00000 п. 0000057702 00000 п. 0000058103 00000 п. 0000058332 00000 п. 0000058454 00000 п. 0000058600 00000 п. 0000058982 00000 п. 0000059211 00000 п. 0000059596 00000 п. 0000059742 00000 п. 0000059888 00000 п. 0000060275 00000 п. 0000060372 00000 п. 0000060526 00000 п. 0000060755 00000 п. 0000060901 00000 п. 0000061047 00000 п. 0000061399 00000 н. 0000061496 00000 п. 0000061667 00000 п. 0000062064 00000 н. 0000062161 00000 п. 0000062307 00000 п. 0000062645 00000 п. 0000062875 00000 п. 0000063242 00000 п. 0000063471 00000 п. 0000063642 00000 п. 0000063788 00000 п. 0000064121 00000 п. 0000067653 00000 п. 0000067799 00000 н. 0000068105 00000 п. 0000068202 00000 п. 0000068348 00000 п. 0000068735 00000 п. 0000068965 00000 п. 0000069366 00000 п. 0000069512 00000 п. 0000069658 00000 п. 0000070045 00000 п. 0000070275 00000 п. 0000070662 00000 п. 0000070807 00000 п. 0000070953 00000 п. 0000071182 00000 п. 0000071544 00000 п. 0000071664 00000 п. 0000071810 00000 п. 0000072136 00000 п. 0000072523 00000 п. 0000072639 00000 п. 0000072785 00000 п. 0000073172 00000 п. 0000073402 00000 п. 0000073789 00000 п. 0000074019 00000 п. 0000074188 00000 п. 0000074334 00000 п. 0000074579 00000 п. 0000074676 00000 п. 0000074822 00000 п. 0000075209 00000 п. 0000075306 00000 п. 0000075452 00000 п. 0000075763 00000 п. 0000075860 00000 п. 0000076006 00000 п. 0000076310 00000 п. 0000076407 00000 п. 0000076553 00000 п. 0000076783 00000 п. 0000077170 00000 п. 0000077400 00000 п. 0000077805 00000 п. 0000078035 00000 п. 0000078433 00000 п. 0000078655 00000 п. 0000078801 00000 п. 0000079188 00000 п. 0000079285 00000 п. 0000079431 00000 п. 0000079818 00000 п. 0000080205 00000 п. 0000080435 00000 п. 0000080579 00000 п. 0000080725 00000 п. 0000081128 00000 п. 0000081225 00000 п. 0000081371 00000 п. 0000081758 00000 п. 0000081855 00000 п. 0000082001 00000 п. 0000082388 00000 п. 0000082737 00000 н. 0000082858 00000 п. 0000083004 00000 п. 0000083391 00000 п. 0000083488 00000 п. 0000083634 00000 п. 0000084937 00000 п. 0000085891 00000 п. 0000086421 00000 п. 0000087120 00000 п. 0000087289 00000 п. 0000088213 00000 п. 0000089408 00000 п. 00000
00000 н. 0000202483 00000 н. 0000202522 00000 н. 0000211333 00000 п. 0000211372 00000 н. 0000221014 00000 н. 0000221053 00000 н. 0000230504 00000 н. 0000230543 00000 н. 0000239735 00000 н. 0000239774 00000 н. 0000246051 00000 н. 0000246090 00000 н. 0000252640 00000 н. 0000252679 00000 н. 0000259226 00000 н. 0000259265 00000 н. 0000271356 00000 н. 0000271395 00000 н. 0000282150 00000 н. 0000292717 00000 н. 0000292792 00000 н. 0000293184 00000 н. 0000293577 00000 н. 0000294080 00000 н. 0000296729 00000 н. 0000299378 00000 н. 0000301680 00000 н. 0000397510 00000 н. 0000473125 00000 н. 0000473473 00000 н. 0000473906 00000 н. 0000474330 00000 н. 0000005996 00000 н. трейлер ] / Назад 1744188 >> startxref 0 %% EOF 475 0 объект > поток hXyTSgB $ «
Как правильно выбрать варистор — Knowledge
TVS — Варистор, спецификация MOV
Варисторы — это нелинейные двунаправленные устройства защиты, зависящие от напряжения, с относительно высокими переходными токами и уровнями энергии (время реакции варьируется от наносекунд до миллисекунд).Быстрое время отклика варистора используется для предотвращения скачков напряжения, скачков напряжения, скачков напряжения, событий перенапряжения и электростатических разрядов в электронных схемах. Варисторы обычно используются для входных линий на переднем конце схемы, а иногда и для выходных линий на заднем конце схемы. Варисторы обычно находятся на устройствах до тех пор, пока не произойдет перенапряжение, и в этом случае варисторы ограничивают напряжение, экспоненциально уменьшая сопротивление.
Поскольку в большинстве случаев перенапряжения значения напряжения неизвестны, трудно определить, используется ли варистор в его пределах.Если варисторы эксплуатируются в соответствии со спецификациями, они обычно не выходят из строя со временем. Однако варисторы со временем становятся «более резистивными» (стареют) после возникновения напряжения. Из-за старения варистора сначала будет выглядеть почти короткое замыкание, но если варистор не имеет последовательно включенного термистора или провода сопротивления для ограничения тока, цепь в конечном итоге разомкнется.
Некоторые варисторы имеют встроенные термоэлементы, которые не только быстро обнаруживают избыточное тепло, но и экономят место на печатной плате.Этот тип варистора имеет двух- или трехконтактный корпус, третий из которых обычно является «индикатором выхода», показывающим внутреннее состояние варистора, обычно выводимым на некоторую внешнюю цепь индикатора. Каждая упаковка также может содержать несколько варисторов.
Спецификации большинства варисторов также включают диаграмму частоты импульсов или диаграмму устойчивости к повторным импульсным перенапряжениям, чтобы показать характеристики варисторов. Превышение этих характеристик может привести к тому, что устройство не будет соответствовать первоначально опубликованным спецификациям.Если спецификация выбрана неправильно, варистор может не работать должным образом, сократить срок его службы или полностью выйти из строя. Поскольку для каждого варистора можно использовать разные тесты, чтобы определить значение варистора, важно ознакомиться со спецификацией, прежде чем определять, был ли выбран правильный варистор.
Технические термины:
Напряжение варистора: Приблизительное минимальное напряжение или начальное напряжение, когда сопротивление варистора изменяется, обычно при работе варистора при заданной управляемой цепи или электрическом значении.
Напряжение, чувствительное к напряжению (типовое значение): Это значение представляет собой типичное импульсное напряжение или приблизительно «среднее значение» напряжения между минимальным и максимальным напряжениями. Обычно это конкретное общее значение среднего напряжения, полученное из минимального и максимального напряжений.
Напряжение варистора (максимальное): иногда называемое напряжением фиксации (максимальное), это приблизительное максимальное напряжение, при котором варистор проводит (или проходит через цепь) в течение указанной пиковой длительности импульса.При эксплуатации в пределах спецификации, это не вызовет отказа оборудования. Это значение обычно определяется запуском варистора в указанной управляемой цепи или электрическим значением, таким как максимальное напряжение фиксации (ток, подобный току).
Ток — скачок напряжения: Максимальный пиковый ток в течение указанной пиковой длительности импульса данной формы волны, который может применяться, не вызывая отказа оборудования. Хотя варистор может справиться с такими скачками, большинство производителей предполагают, что импульсный ток должен возникать только один раз, прежде чем рекомендовать замену варистора.
Энергия: Максимальный джоуль (или ватт-секунда), который варистор может потреблять в течение указанной пиковой длительности импульса данной формы сигнала во время события. Это значение обычно определяется запуском варистора при определенной управляемой цепи и электрическом значении. Варистор может реагировать на эту максимальную величину только один раз, и после срабатывания рекомендуется замена. Хотя варистор может по-прежнему работать после события, он может работать некорректно.
Максимальное напряжение переменного тока: Это значение является максимальным среднеквадратичным линейным напряжением, которое может непрерывно подаваться на варистор.Дополнительное значение может быть немного выше, чем фактическое действующее значение линейного напряжения. Пиковое напряжение синусоидальной волны не должно перекрываться с минимальным чувствительным к напряжению напряжением, что сокращает срок службы варистора. К счастью, производители часто проводят расчеты в рамках своих спецификаций.
Максимальное напряжение постоянного тока: Это значение представляет собой максимальное линейное напряжение постоянного тока, которое может непрерывно подаваться на варистор. Параметр может быть немного выше, чем фактическое линейное напряжение постоянного тока, но во многих случаях производитель включает этот запас в свой диапазон спецификации.
Как правильно выбрать варистор?
1. Определите длительное рабочее напряжение, при котором варистор будет нормально работать, и выберите варистор, максимальное переменное или постоянное напряжение которого равно или немного выше постоянного рабочего напряжения. Поскольку в линиях питания обычно допускаются отклонения напряжения, обычно максимальное номинальное напряжение на 10-15% выше фактического напряжения в сети. Обычно варисторы уже учитывают это отношение в своем значении напряжения.Когда чрезвычайно низкий ток утечки более важен, чем минимально возможный уровень защиты, можно рассмотреть вариант с более высоким рабочим напряжением.
2. Определите количество энергии, поглощенной варистором во время события. Хотя иногда это может быть неизвестное значение, его можно определить, используя все абсолютные максимальные значения нагрузки варистора во время событий, определенных средой и спецификацией. Важно выбрать варистор с показателем рассеяния энергии, который равен или в идеале превышает рассеиваемую энергию, требуемую схемой для генерации событий.Варистор может только один раз сработать до максимального номинального уровня энергии, и после срабатывания рекомендуется замена. Хотя варистор может по-прежнему работать после события, он может работать некорректно.
3. Рассчитайте пиковый переходной ток через варистор, известный как импульсный ток. Пусковой ток — это максимальный ток, который может пройти через варистор в течение заданной продолжительности и формы волны. Для обеспечения правильной работы важно выбрать варистор с номинальным пусковым током, равным или в идеале превышающим номинальный ток, необходимый для событий, которые могут возникнуть в цепи.Хотя варистор может справиться с такими скачками, большинство производителей предполагают, что импульсный ток должен возникать только один раз, прежде чем рекомендовать замену варистора.
4. Определите требования к рассеиваемой мощности. Важно выбрать варистор, номинальная мощность которого равна или в идеале превышает допустимую мощность, необходимую для событий, которые могут возникнуть в цепи. Обычно уровни мощности, пускового тока и энергии намного превышают ожидаемые для событий. Эти понижающие коэффициенты обычно как минимум в 50 раз превышают стандартную требуемую устойчивость к стрессу.Если факторы события не определены, безопаснее выбрать оборудование с более высокой мощностью, импульсным током и уровнями энергии.
5. Выберите модель, которая обеспечивает максимальное значение требуемого чувствительного к напряжению напряжения, иногда называемого напряжением фиксации (максимальное). Напряжение фиксации должно быть выбрано на основе приблизительного максимального напряжения, которое может выдержать вход или выход схемы во время события. Вы должны убедиться, что ваша цепь выдерживает это напряжение. Короче говоря, это напряжение приблизительно равно максимальному напряжению, которое может выдержать автономная цепь.Однако, когда напряжение близко к минимальному напряжению, чувствительному к напряжению, варистор начинает проводить, и некоторый небольшой эффект ограничения может возникнуть до того, как будет достигнуто фактическое напряжение ограничения.
Металлооксидный варистор (MOV) Обзор: работа и применение
Ⅰ Введение
Круглая часть синего или оранжевого цвета, которую обычно можно увидеть на стороне входа переменного тока любой цепи источника питания, представляет собой металлооксидный варистор или MOV.Металлооксидный варистор можно рассматривать как еще одну форму переменного резистора, который может изменять свое сопротивление в зависимости от приложенного к нему напряжения. Когда через MOV проходит большой ток, он снижает значение сопротивления и действует как короткое замыкание. Поэтому для защиты цепей от скачков высокого напряжения MOV обычно используются в сочетании с предохранителем. В этом посте мы узнаем больше о работе с MOV и о том, как использовать его для защиты ваших схем от скачков напряжения в ваших проектах.Мы также узнаем об электрических свойствах MOV и о том, как выбрать MOV в соответствии с вашими требованиями к конструкции, так что давайте начнем.
Каталог
Ⅱ Определение MOVMOV — это просто переменный резистор, но MOV могут регулировать свое сопротивление в зависимости от приложенного напряжения, в отличие от потенциометров. Сопротивление уменьшается, и наоборот, если напряжение на нем увеличивается. Это свойство помогает защитить схемы от скачков высокого напряжения, поэтому они часто используются в электронных сетях в качестве устройств защиты от перенапряжения.Базовый MOV показан на изображении ниже.
Ⅲ Работа MOVСопротивление MOV будет сильным при нормальных рабочих условиях, и они будут потреблять очень небольшой ток, однако, когда в сети возникает всплеск напряжения, напряжение возрастает выше колена или ограничивая напряжение, и они будут потреблять больше тока, рассеивая перенапряжения и защищая оборудование.
MOV могут использоваться только для защиты от коротких скачков напряжения, они не могут справиться с длительными скачками.Их свойства могут немного ухудшиться, если MOV подвергаются повторяющимся скачкам. Каждый раз, когда они сталкиваются с скачком напряжения, напряжение зажима немного снижается, что также может привести к их разрушению через некоторое время. MOV часто соединяются последовательно с термовыключателем / предохранителем, который может сработать, если потребляется большой ток, чтобы предотвратить эти типы рисков. Давайте поговорим подробнее о том, как работает MOV в цепи.
Ⅳ Использование MOV в цепиПараллельно цепи, которая должна быть покрыта, MOV a.к.а. наряду с предохранителями широко применяются варисторы. На рисунке ниже показано, как использовать MOV в схеме для электроники.
Сопротивление MOV будет очень высоким, если напряжение ниже номинальных пределов, а затем весь ток течет по цепи, а ток не течет через MOV. Но когда в главном напряжении возникает скачок напряжения, когда он расположен параллельно сети переменного тока, он появляется прямо на MOV. Значение сопротивления MOV будет уменьшено до очень низкого значения из-за этого высокого напряжения, что сделает его похожим на короткое.
Это заставляет протекать через MOV большой ток, который взорвет предохранитель и изолирует цепь от напряжения сети. Неисправное высокое напряжение очень быстро вернется к нормальным значениям во время скачков напряжения, в таких ситуациях длина протекания тока будет недостаточно высокой, чтобы взорвать предохранитель, и когда напряжение станет нормальным, схема вернется в нормальный режим работы. Но каждый раз, когда наблюдается всплеск, MOV ненадолго отключает цепь, укорачивая себя и каждый раз повреждая себя большим током.Но если вы обнаружите, что MOV поврежден в какой-либо силовой цепи, вероятно, через цепь прошло несколько скачков напряжения.
Ⅴ Конструкция из MOVМеталлооксидный варистор — это резистор, зависящий от напряжения, изготовленный из керамических порошков оксидов металлов, таких как оксид цинка и некоторых других оксидов металлов, таких как оксиды кобальта, марганец, висмут и т. Д. MOV состоит из примерно 90% оксида цинка и ограниченного количества оксидов других металлов. Между двумя металлическими пластинами, известными как электроды, керамические порошки оксидов металлов остаются неповрежденными.
Диодный переход между каждым ближайшим соседом создается крупинками оксидов металлов. Итак, MOV — это большое количество последовательно соединенных диодов. При добавлении небольшого напряжения на электроды через переходы возникает обратный ток утечки. Первоначально создаваемый ток будет небольшим, но из-за туннелирования электронов и лавинного пробоя пограничные переходы диодов выходят из строя при приложении высокого напряжения к MOV. На рисунке ниже показана внутренняя структура MOV.
Когда через соединительные провода подается определенное напряжение, варистор MOV начинает проводить и прекращает проводить, когда напряжение падает ниже порогового значения. MOV доступны в различных форматах, таких как форматы дисков, устройства с осевым выводом, блоки и винтовые клеммы, а также устройства с радиальным выводом. Для увеличения допустимой мощности MOV всегда следует подключать параллельно, и вы должны соединять их последовательно, если вы хотите получить более высокое номинальное напряжение.
Ⅵ Электрические характеристики MOVЧтобы лучше понять свойства MOV, давайте рассмотрим различные электрические характеристики MOV.
• Статическое сопротивление
Кривая статического сопротивления MOV строится со значением сопротивления MOV по оси X и значением напряжения по оси Y.
Кривая выше представляет собой кривую напряжения и сопротивления MOV; сопротивление максимально при стандартном напряжении, но сопротивление варистора уменьшается с ростом напряжения.Эту кривую можно использовать, чтобы понять, какое сопротивление при различных уровнях напряжения будет в вашем MOV.
• Характеристики V-I
В соответствии с законом Ома характеристическая кривая V-I линейного резистора всегда представляет собой прямую линию, но с точки зрения переменного резистора мы не можем предполагать то же самое.
MOV может работать в обоих направлениях, поэтому он имеет двунаправленные симметричные характеристики. Кривая будет идентична характеристической кривой двух последовательно соединенных стабилитронов.Кривая имеет линейную зависимость, когда MOV не работает, когда ток, протекающий через варистор, почти равен нулю, с высоким сопротивлением до определенного напряжения, скажем, 0-200 Вольт. Сопротивление уменьшается, когда мы увеличиваем приложенное напряжение в диапазоне 200-250 В, и варистор начинает проводить, и начинает течь ток в несколько микроампер, что не имеет большого значения для кривой.
Варистор становится очень проводящим, когда возрастающее напряжение превышает номинальное или ограничивающее напряжение (250 В), через варистор начинает течь ток около 1 мА.Сопротивление варистора становится небольшим, когда переходное напряжение на варисторе равно или превышает напряжение ограничения, которое превращает его в проводник из-за лавинного эффекта полупроводникового материала.
• Емкость MOV
Как мы уже выяснили, MOV состоит из двух электродов, он работает как диэлектрическая среда и имеет конденсаторные эффекты, которые, если их не принимать во внимание, могут повлиять на работу системы.В зависимости от области, которая также обратно пропорциональна ее толщине, каждый полупроводниковый варистор будет иметь значение емкости.
Когда дело доходит до цепи постоянного тока, значение емкости не имеет большого значения, потому что емкость будет оставаться почти постоянной до тех пор, пока напряжение устройства не превысит напряжение ограничения. Когда напряжение превышает напряжение зажима, эффект емкости отсутствует, так как варистор начинает свою нормальную работу.
Емкость MOV может повлиять на общее сопротивление корпуса MOV, что вызывает ток утечки в цепях переменного тока.Сопротивление утечки варистора быстро уменьшается с увеличением частоты, когда варистор подключается параллельно к покрываемой системе. Значение реактивного сопротивления MOV можно определить по формуле
Xc = 1 / 2πfC
Где Xc — емкостное реактивное сопротивление, а частота переменного тока равна f. Ток утечки, как видно из области непроводящей утечки кривой V-I, описанной выше, также будет увеличиваться при увеличении частоты.
Ⅶ Как C hoos e Правильный MOV для защитыЧтобы выбрать правильный блок для вашего оборудования, вы должны знать о разном количестве параметров MOV. Спецификация MOV зависит от следующей информации:
• Максимальное рабочее напряжение: это установившееся постоянное напряжение, при котором типичный ток утечки ниже указанного вами значения.
• Напряжение ограничения: это напряжение, при котором импульсный ток начинает проводиться и рассеиваться MOV.
• Импульсный ток: это максимальный пиковый ток, который может быть передан устройству, не причиняя ему никакого вреда; он часто выражается для данного времени в «текущем». Производители предлагают удалить систему в случае возникновения скачка тока, хотя устройство может выдержать скачок тока.
• Сдвиг помпажа: если в системе наблюдается пиковое напряжение, номинальное напряжение ограничения уменьшается, смещение помпажа называется изменением напряжения после пика.
• Поглощение энергии: максимальное количество энергии, которое может быть рассеяно во время скачка с помощью MOV для данного пикового периода импульса определенной формы волны.Вы можете оценить это значение, запустив все устройства с уникальными значениями внутри определенной регулируемой цепи. В стандартном переходном процессе x / y энергия обычно выражается, где x — это переходный процесс, а y — время достижения своего полупикового значения.
• Время отклика: это время, в которое варистор начинает проводить после выброса, в некоторых случаях нет точного времени отклика. Стандартное время отклика всегда равно 100 нс.
• Максимальное напряжение переменного тока: это максимальное среднеквадратичное линейное напряжение, которое может постоянно подаваться на варистор. Максимальное среднеквадратичное значение следует выбирать так, чтобы оно было немного выше фактического действующего линейного напряжения.Пиковое напряжение синусоидальной волны не должно перекрываться с минимальным варистором, в противном случае это может сократить срок службы компонентов. В самом описании продукта производители могут определить максимальное напряжение переменного тока, которое мы можем подать в систему.
• Ток утечки: когда варистор работает ниже напряжения ограничения, это величина тока, которую варистор потребляет при отсутствии скачка напряжения в сети. Ток утечки обычно определяется в системе при заданном рабочем напряжении.
Ⅷ Приложения MOVMOV могут использоваться для защиты различного оборудования от различных типов неисправностей. Они могут использоваться в электрических цепях переменного / постоянного тока для защиты однофазной цепи между фазами и защиты однофазной цепи между фазами и между фазой и землей. Их можно использовать в устройствах с электроприводом для защиты полупроводниковых переключателей в транзисторах, полевых МОП-транзисторах или тиристорной и контактной дуговой защите.
MOV могут использоваться в цепях везде, где есть вероятность скачков напряжения или скачков напряжения, когда дело доходит до реализации.MOV часто используются в адаптерах и лентах с защитой от перенапряжения, источниках питания, подключенных к сети, телефонных и других контактных линиях, защите промышленных линий переменного тока высокой энергии, сетях передачи данных или электроснабжения, общей защите электронных устройств, таких как мобильные телефоны, цифровые камеры, цифровые персональные помощники, MP3-плееры и портативные компьютеры.
В некоторых случаях также используются MOV, такие как микроволновые смесители для модуляции, обнаружения и преобразования частоты, которые не являются наиболее распространенными приложениями MOV.
Ⅸ Схема защиты из MOVТеперь, когда мы поговорили о том, что такое MOV и как он используется для защиты вашей схемы от скачков напряжения, давайте завершим статью несколькими советами по проектированию, которые будут полезны, когда проектирование вашей схемы.
Вы должны выбрать варистор с наивысшим напряжением переменного или постоянного тока, которое соответствует приложенному напряжению или немного превышает его. Первым шагом в выборе MOV является определение продолжительного рабочего напряжения, которое будет подаваться через варистор.Выбор варистора с максимальным номинальным напряжением на 10–15 процентов выше, чем фактическое напряжение в сети, является нормальным, поскольку линии питания часто допускают отклонение напряжения. В некоторых ситуациях, если вы предпочитаете добиться исключительно низкого тока утечки, несмотря на самый низкий доступный уровень безопасности, вы можете использовать варистор с более высоким рабочим напряжением. Это соотношение будет включено в их значения напряжения.
• Определите количество энергии, которое варистор потребляет в случае волны.Это можно рассчитать, используя всю абсолютную максимальную нагрузку варистора во время скачка напряжения в окружающей среде и требования, указанные в техническом паспорте. Вы можете выбрать варистор, который может рассеивать больше энергии, равное или немного превышающее рассеяние энергии, которое схема может генерировать во время перенапряжения.
• Использование варистора для измерения пикового переходного тока или импульсного тока. Чтобы убедиться, что он работает должным образом, вы должны выбрать варистор, номинальный импульсный ток которого равен или немного превышает номинальный ток, необходимый для события, которое вызовет цепь.
• Вы также можете определить необходимую рассеиваемую мощность и выбрать варистор с номинальной мощностью, равной или предпочтительно превышающей допустимую мощность, требуемую в случае, когда схема может генерировать. Аналогично всем вышеперечисленным свойствам.
• Если вы не уверены в факторах ситуации, разумно выбрать систему с более высокими показателями прочности, импульсного тока и энергопотребления. Номинальные значения мощности, импульсного тока и энергии часто выбираются больше, чем прогнозируемое событие.
• Выбор модели, которая может обеспечить необходимое напряжение фиксации, является последним и наиболее важным шагом из всех. Основываясь на расчетном значении пикового напряжения, вы можете выбрать напряжение ограничения, которое позволит видеть вход или выход вашей схемы во время рассмотрения дела. Это будет максимальное напряжение, которое будет ощущаться вашей цепью, расположенной ниже по линии, вы должны убедиться, что ваша цепь сможет выдержать это напряжение.
Ⅹ FAQ
1. Что такое металлооксидный варистор?
Металлооксидный варистор или MOV — это зависимое от напряжения нелинейное устройство, обеспечивающее превосходное подавление переходных напряжений.Металлооксидный варистор предназначен для защиты различных типов электронных устройств и полупроводниковых элементов от коммутации и индуцированных грозовых перенапряжений.
2. Как работают металлооксидные варисторы (MOV)?
Они спроектированы таким образом, чтобы автоматически закоротить себя, когда напряжение превышает определенный предел. По сути, это токоизмерительные клещи. Варистор в основном действует как «переменный резистор» в зависимости от уровня напряжения.
Они используются параллельно с сетевым напряжением, так что они вызывают перегорание / срабатывание предохранителя или автоматического выключателя перед ними.Это называется «ломом», потому что это похоже на бросание лома через горячую и нейтральную линию переменного тока.
Множественные MOV обычно используются на дешевых штепсельных разъемах для защиты оборудования от скачков напряжения. Поскольку каждый MOV останавливает скачок напряжения, следующий скачок напряжения останавливает следующий MOV.
3. Что означает номинальное напряжение на металлооксидном варисторе?
Это максимальное рабочее напряжение в вольтах переменного тока, на которое рассчитана деталь.Например, часть, рассчитанная на 125 или 130 вольт, предназначена для подключения от линии к нейтрали и / или от линии к земле источника переменного тока на 120 вольт. MOV — это устройства, которые проводят очень мало, пока вы не достигнете напряжения, при котором они довольно быстро начнут проводить.
Они симметричны и действуют как встречно-параллельные стабилитроны. Поскольку пиковое напряжение синусоидальной волны 120 В переменного тока составляет около 170 вольт, MOV, рассчитанный на работу через линию 120 В, должен иметь напряжение пробоя выше 170 вольт с некоторым значительным запасом прочности.Например, MOV на 125 В переменного тока фиксирует переходные процессы при напряжении около 220 вольт.
4. Для чего нужен металлооксидный варистор?
Варисторы, также называемые металлооксидными варисторами (MOV), используются для защиты чувствительных цепей от различных условий перенапряжения. По сути, эти нелинейные устройства, зависящие от напряжения, имеют электрические характеристики, аналогичные соединенным друг с другом стабилитронам.
5. Что делает MOV в электрической цепи?
Металлооксидный варистор (MOV) — это устройство подавления напряжения, которое фильтрует и фиксирует переходные процессы в электрической цепи.
6. Как выбрать металлооксидный варистор?
Например, при выборе варистора MOV или кремниевого варистора для напряжения его максимальное постоянное среднеквадратичное напряжение должно быть чуть выше самого высокого ожидаемого напряжения питания, скажем, 130 вольт RMS для источника питания 120 вольт и 260 вольт RMS для источника питания 230 напряжение питания.
7. Как рассчитать MOV?
Текущий рейтинг MOV может быть вдвое больше, чем рейтинг SMPS, то есть, если мощность SMPS рассчитана на 24 Вт на вторичной обмотке, тогда первичная может быть рассчитана как 24/285 = 0.084 ампера, поэтому ток MOV может быть где угодно выше 0,084 x 2 = 0,168 ампера или 200 мА.
8. Как выходит из строя металлооксидный варистор?
Этот режим отказа может быть вызван длительными перенапряжениями, например переключением с реактивной нагрузки или тепловым разгоном MOV, подключенного к сети переменного тока. Сбои в разомкнутой цепи возможны, если MOV работает в установившемся режиме выше его номинального напряжения.
9. Что такое сетевой фильтр MOV?
В наиболее распространенных типах устройств защиты от перенапряжения дополнительное напряжение отводится металлооксидным варистором или MOV.Таким образом, MOV только отводит импульсный ток, позволяя стандартному току продолжать питать все машины, подключенные к устройству защиты от перенапряжения.
10. Что происходит при выходе из строя варистора?
Варисторы должны поглощать энергию, выделяемую при временном перенапряжении, коммутационных импульсах или грозовых импульсах. Способность к поглощению энергии можно разделить на способность поглощения тепловой энергии и способность поглощения энергии импульса.
Альтернативные модели
| Часть | Сравнить | Производителей | Категория | Описание | |
| Производитель.Часть #: OMAP3515ECUS72 | Сравнить: Текущая часть | Изготовители: TI | Категория: Микропроцессоры | Описание: IC MPU OMAP-35XX 720MHz 423FCBGA | |
| Производитель.Часть #: OMAP3503ECUS | Сравнить: OMAP3515ECUS72 VS OMAP3503ECUS | Изготовители: TI | Категория: Микропроцессоры | Описание: Процессор приложений 423Pin FCBGA Tray | |
| Производитель.Номер детали: OMAP3503DCUS | Сравнить: OMAP3515ECUS72 против OMAP3503DCUS | Изготовители: TI | Категория: Микропроцессоры | Описание: Процессор приложений TEXAS INSTRUMENTS OMAP3503DCUS, 600 МГц, 32 бит, 288 КБ, 0.985–1,35 В, BGA-423 | |
| Номер детали для производителя: OMAP3503DCUS72 | Сравнить: OMAP3515ECUS72 против OMAP3503DCUS72 | Изготовители: TI | Категория: Микропроцессоры | Описание: IC MPU OMAP-35XX 720MHz 423FCBGA |
Как выбрать правильную защиту для вашей цепи
ВОПРОС:
Какие средства активной защиты цепи могут заменить диоды и предохранители TVS?
Ответ:
Перейти с ограничителем перенапряжения.
Аннотация
Производители во всех отраслях промышленности постоянно продвигают передовые технологии, пытаясь сбалансировать такие инновации с проверенными надежными решениями. Перед разработчиками стоит непростая задача найти баланс между сложностью конструкции, надежностью и стоимостью. Одна подсистема, в частности, защита электроники, отталкивает от инноваций в силу своей природы. Эти системы защищают чувствительные и дорогие электронные устройства (ПЛИС, ASIC и микропроцессоры), требуя нулевой частоты отказов.
Многие традиционные и исторически проверенные методологии защиты, такие как диоды, предохранители и устройства TVS, сохраняют свой постоянный статус, но они часто неэффективны, громоздки и требуют обслуживания. Для устранения этих недостатков ИС активной интеллектуальной защиты доказали, что они могут соответствовать требованиям защиты традиционных методов, но во многих отношениях являются более надежными. Из-за большого количества доступных устройств самой сложной проблемой для дизайнера является простой выбор подходящих решений.
Чтобы помочь разработчикам сузить выбор, в этой статье сравниваются традиционные методы защиты с портфелем средств защиты ADI, представлены функции этих продуктов и предлагаемые приложения.
Введение
Увеличение количества электроники, используемой во всех отраслях промышленности, и расширение функций, выполняемых дорогими ПЛИС и процессорами, повысили потребность в защите этих устройств от суровых условий, в которых они работают. Кроме того, необходимы малые форм-факторы, высокая надежность и быстрое реагирование на перенапряжения и скачки тока перегрузки.В этой статье обсуждаются проблемы, с которыми сталкиваются многие приложения, и причины, по которым требуется защита. Традиционные методологии защиты обсуждаются и сравниваются с более новыми альтернативными решениями, которые предлагают лучшую точность, надежность и гибкость конструкции.
Зачем нужны устройства защиты по напряжению и току?
Автомобильные, промышленные, коммуникационные и авиационные электронные системы должны работать в условиях ряда скачков напряжения питания, как показано на рисунке 1. На каждом из этих рынков переходные процессы определены в ряде отраслевых спецификаций.Например, переходные процессы в автомобилях охватываются спецификациями ISO 7637-2 и ISO 16750-2, в которых описываются как детали ожидаемых переходных процессов, так и процедуры испытаний, чтобы гарантировать их последовательную валидацию.
Типы скачков напряжения и их энергосодержание могут различаться в зависимости от области, в которой используется электронное устройство; схемы могут подвергаться воздействию перенапряжения, перегрузки по току, обратного напряжения и обратного тока. В конечном итоге многие электронные схемы не смогут выжить, не говоря уже о том, чтобы работать, если они непосредственно столкнутся с переходными условиями, показанными на рисунке 1, поэтому разработчик должен учитывать все входные события и реализовать механизмы защиты, которые защищают схему от этих скачков напряжения и тока.
Рис. 1. Обзор некоторых более жестких тестов ISO 16750-2.Проблемы дизайна
Существует множество различных причин переходных скачков напряжения и тока в электронных системах, но некоторые электронные среды более подвержены переходным событиям, чем другие. Общеизвестно, что приложения в автомобильной, промышленной и коммуникационной среде сталкиваются с потенциально опасными событиями, нанося ущерб последующим электронным устройствам, но скачки напряжения не ограничиваются этими средами.Другие возможные кандидаты для схемы защиты от перенапряжения включают любое приложение, которое требует источников высокого напряжения или высокого тока, или те, которые имеют соединения питания с возможностью горячей замены, или системы, которые имеют двигатели или которые могут подвергаться потенциальным переходным процессам, индуцированным молнией. События высокого напряжения могут происходить в широком диапазоне временных интервалов, от микросекунд до сотен миллисекунд, поэтому для обеспечения долговечности дорогостоящих последующих электронных устройств необходим гибкий и надежный механизм защиты.
Например, сброс нагрузки в автомобиле может произойти, когда генератор переменного тока (заряжающий аккумулятор) на мгновение отключается от аккумулятора. В результате этого отключения полный зарядный ток генератора передается на шину питания, что повышает напряжение шины до очень высоких (> 100 В) уровней на сотни миллисекунд.
Коммуникационные приложения могут иметь ряд возможных причин скачков напряжения, начиная от горячей замены коммуникационных карт и заканчивая наружными установками, которые могут подвергаться ударам молнии.Индуктивные скачки напряжения также возможны при использовании длинных кабелей на крупных объектах.
В конечном счете, необходимо понимать среду, в которой должно работать устройство, и соответствовать опубликованным спецификациям. Это помогает разработчику собрать оптимальный механизм защиты, который является одновременно надежным и ненавязчивым, но позволяет последующей электронике работать с безопасными уровнями напряжения с минимальным прерыванием.
Традиционная схема защиты
При таком большом количестве различных типов электрических событий, которые необходимо учитывать, что должно быть в арсенале инженера-электронщика для защиты чувствительной последующей электроники?
Традиционная реализация защиты полагается на несколько устройств, а не только на одно — например, ограничитель переходного напряжения (TVS) для защиты от перенапряжения, линейный предохранитель для защиты от перегрузки по току, последовательный диод для защиты от обратного напряжения аккумулятора / источника питания и все вместе конденсаторов и катушек индуктивности, чтобы отфильтровать более низкие всплески энергии.Хотя дискретные установки могут соответствовать опубликованным спецификациям — защищая нисходящие цепи, — они приводят к сложным реализациям, требующим многократных итераций выбора для правильного определения размера фильтрации.
Рисунок 2. Традиционные устройства защиты.Рассмотрим подробнее каждое из этих устройств, коснувшись достоинств и недостатков данной реализации.
TVS — ограничитель переходных напряжений
Это относительно простое устройство, которое помогает защитить последующие цепи от скачков высокого напряжения в блоке питания.Его можно разбить на несколько различных типов, которые имеют широкий диапазон характеристик (таблица 1 в порядке времени отклика, от наименьшего к наибольшему).
| Устройство ограничения переходных напряжений | Время отклика |
| TVS диоды | ~ 1 шт. |
| Металлооксидный варистор (MOV) | ~ 1 нс |
| Лавинный диод / стабилитрон | <1 мкс |
| Газоразрядная трубка (GDT) | <5 мкс |
Хотя они имеют ряд конструкций и характеристик, все они работают одинаково: шунтируют избыточный ток, когда напряжение превышает пороговое значение устройства.TVS ограничивает выходное напряжение до номинального уровня в течение очень короткого периода времени. Например, TVS-диод может реагировать всего за пикосекунды, в то время как GDT может реагировать за несколько микросекунд, но может справляться с гораздо большими импульсами.
На рисунке 3 показана простая реализация TVS-диода для защиты нисходящей цепи. В нормальных условиях эксплуатации TVS имеет высокий импеданс, и входное напряжение просто проходит на выход. Когда на входе возникает состояние перенапряжения, TVS становится проводящим и реагирует, шунтируя избыточную энергию на землю (GND), ограничивая напряжение, наблюдаемое нижестоящей нагрузкой.Напряжение на шине повышается выше типичного рабочего значения, но ограничивается безопасным уровнем для любой цепи ниже по потоку.
Хотя устройства TVS эффективны в подавлении скачков очень высокого напряжения, они не защищены от повреждений при длительных событиях перенапряжения, что приводит к необходимости регулярного мониторинга или замены устройства. Другая проблема заключается в том, что TVS может выйти из строя и, таким образом, сломать входное питание. Кроме того, в зависимости от потребляемой энергии они могут быть физически большими, чтобы соответствовать запасу, увеличивая размер решения.Даже если TVS имеет правильный размер, нижестоящая схема должна быть способна обрабатывать фиксированное напряжение, что приводит к повышенным требованиям к номинальному напряжению ниже по потоку.
Рисунок 3. Защита от скачков напряжения с помощью традиционного решения TVS.Встроенный предохранитель
Защита от перегрузки по току может быть реализована с использованием широко распространенного линейного предохранителя с пределом срабатывания предохранителя с некоторым запасом выше номинального, например, на 20% выше максимального номинального тока (процентное значение будет зависеть от типа цепи, а также от типичного ожидаемые эксплуатационные нагрузки).Самая большая проблема с предохранителями, конечно же, заключается в том, что они должны быть заменены после сгорания. Экономия времени и средств за счет простой конструкции предохранителей может быть понесена позже из-за относительно сложного обслуживания, особенно если приложение физически труднодоступно. Требования к техническому обслуживанию могут быть уменьшены с помощью альтернативных предохранителей, таких как сбрасываемые предохранители, которые используют положительный температурный коэффициент для размыкания цепи, когда через устройство проходит ток, превышающий нормальный (повышенный уровень тока увеличивает температуру, что приводит к резкому увеличению сопротивления. ).
Помимо проблем, связанных с техническим обслуживанием, одна из самых больших проблем с предохранителями — это их время срабатывания, которое может широко варьироваться в зависимости от типа выбранного предохранителя. Доступны быстродействующие предохранители, но время отключения (время размыкания цепи) все еще может варьироваться от сотен микросекунд до миллисекунд, поэтому разработчик схемы должен учитывать энергию, выделяемую в течение этих продолжительных периодов времени, чтобы гарантировать, что последующая электроника может выжить.
Диод серииВ некоторых средах цепи подвержены отключению и повторному включению питания — например, в среде с батарейным питанием.В таких случаях правильная полярность при повторном подключении питания не гарантируется. Защита от полярности может быть достигнута путем добавления последовательного диода к положительной линии питания схемы. Хотя это простое дополнение эффективно для защиты от обратной полярности, падение напряжения на последовательном диоде приводит к соразмерному рассеянию мощности. В относительно слаботочных цепях компромисс минимален, но для многих современных сильноточных шин требуется альтернативное решение. На рисунке 4 показано обновление рисунка 3, показывающее как TVS, так и добавленный последовательный диод для защиты от подключения с обратной полярностью.
Рисунок 4. Добавление последовательного диода защищает от обратной полярности, но падение напряжения на диоде может быть проблемой в сильноточных системах.Фильтры с индукторами и конденсаторами
Пассивные решения, обсуждавшиеся до сих пор, ограничивают амплитуду прошедших событий, но обычно захватывают более крупные события, оставляя для прохождения некоторые более мелкие всплески. Эти более мелкие переходные процессы могут по-прежнему вызывать повреждение схемы ниже по потоку, поэтому для очистки линии требуются дополнительные пассивные фильтры.Это достигается с помощью дискретных катушек индуктивности и конденсаторов, размер которых должен быть таким, чтобы ослаблять напряжение на нежелательных частотах. Конструкция фильтра требует тестирования и измерения перед проектированием, чтобы определить размер и частоту, прежде чем фильтр сможет быть правильно подобран. Недостатками этого пути являются стоимость спецификации и требования к недвижимости (площадь платы и стоимость компонентов, необходимых для достижения уровня фильтрации), а также необходимость чрезмерного проектирования — оценка допусков компонентов для компенсации изменений с течением времени и температура.
Активная защита с использованием ограничителя перенапряжения
Одним из способов преодоления проблем и недостатков описанных решений пассивной защиты является использование вместо этого ИС ограничителя перенапряжения. Ограничитель перенапряжения устраняет необходимость в громоздких шунтирующих схемах (устройства TVS, предохранители, катушки индуктивности и конденсаторы) с простой в использовании микросхемой контроллера и последовательным N-канальным MOSFET. Контроллеры ограничителей перенапряжения могут значительно упростить конструкцию системы, поскольку требуется немного компонентов, размер и квалификация которых не требуется.
Ограничитель перенапряжения непрерывно контролирует входное напряжение и ток.В номинальных условиях работы контроллер полностью включает затвор N-канального MOSFET-транзистора, обеспечивая путь с низким сопротивлением от входа к выходу. Когда возникает состояние перенапряжения или скачка напряжения, пороговое значение которого определяется сетью обратной связи на выходе, ИС регулирует затвор N-канального полевого МОП-транзистора, чтобы ограничить выходное напряжение полевого МОП-транзистора на уровне, установленном резистивным делителем.
На рисунке 5 показана упрощенная схема реализации ограничителя перенапряжения вместе с результатами входного перенапряжения 100 В на шине с номинальным напряжением 12 В.Выход цепи ограничителя перенапряжения ограничен до 27 В на время действия перенапряжения. Некоторые ограничители перенапряжения также контролируют условия перегрузки по току с помощью последовательного резистора (автоматический выключатель на рисунке 5) и регулируют затвор N-канального MOSFET для ограничения тока, подаваемого на выходную нагрузку.
Рисунок 5. Схема высокого уровня реализации ограничителя перенапряжения.Существует четыре основных типа ограничителей перенапряжения, классифицируемых по их реакции на событие перенапряжения:
- Ограничитель линейного перенапряжения
- Фиксатор ворот
- Переключающий ограничитель перенапряжения
- Контроллер защиты от отключения выхода
Выбор ограничителя перенапряжения зависит от области применения, поэтому давайте сравним их работу и преимущества.
Тип ограничителя перенапряжения: линейный
Линейный ограничитель перенапряжения управляет последовательным MOSFET во многом так же, как линейный регулятор, ограничивая выходное напряжение до заранее запрограммированного безопасного значения, рассеивая избыточную энергию в MOSFET. Чтобы защитить полевой МОП-транзистор, устройство ограничивает время, проведенное в области высоких потерь, за счет реализации емкостного таймера неисправности.
Рисунок 6. LT4363, линейный ограничитель перенапряжения.Тип ограничителя перенапряжения: затвор
Ограничитель перенапряжения с зажимом затвора работает с использованием внутреннего или внешнего зажима (31.5 В или 50 В, например, или регулируемый внешний зажим), чтобы ограничить вывод затвора этим напряжением. Затем пороговое напряжение полевого МОП-транзистора определяет предел выходного напряжения. Например, с внутренним зажимом затвора 31,5 В и пороговым напряжением полевого МОП-транзистора 5 В выходное напряжение ограничено до 26,5 В. В качестве альтернативы внешний фиксатор затвора позволяет выбирать гораздо более широкий диапазон напряжений. Пример ограничителя перенапряжения с зажимом затвора показан на рис. 7.
Рис. 7. LTC4380, ограничитель перенапряжения с зажимом затвора.Тип ограничителя перенапряжения: коммутационный
Для приложений с более высокой мощностью хорошим выбором будет импульсный ограничитель перенапряжения. Как и линейные ограничители перенапряжения и ограничители перенапряжения затвора, импульсный ограничитель перенапряжения полностью улучшает проходной полевой транзистор при нормальной работе, обеспечивая путь с низким сопротивлением между входом и выходом (минимизируя рассеиваемую мощность). Основное различие между импульсным ограничителем перенапряжения и линейным ограничителем перенапряжения или ограничителем перенапряжения возникает при обнаружении события перенапряжения. В случае перенапряжения выход импульсного ограничителя перенапряжения регулируется в соответствии с напряжением фиксации путем переключения внешнего полевого МОП-транзистора так же, как переключающий преобразователь постоянного тока в постоянный.
Рисунок 8. LTC7860, импульсный ограничитель перенапряжения.Контроллер защиты: отключение выхода
Контроллер защиты официально не является ограничителем перенапряжения, но он действительно останавливает перенапряжения. Как и ограничитель перенапряжения, контроллер защиты отслеживает условия перенапряжения и перегрузки по току, но вместо ограничения или регулирования выхода, контроллер защиты немедленно отключает выход, чтобы защитить находящуюся ниже по потоку электронику. Эта простая схема защиты может иметь очень компактную площадь основания, подходящую для портативных приложений с батарейным питанием.Контроллер защиты LTC4368 показан на упрощенной схеме на рисунке 9 вместе с его реакцией на событие перенапряжения. Контроллеры защиты доступны в нескольких вариантах.
Рисунок 9. LTC4368, контроллер защиты.
Контроллер защиты работает, отслеживая входное напряжение, чтобы гарантировать, что оно остается в пределах окна напряжения, настроенного резистивным делителем на выводах OV / UV, отключая выход через соединенные друг с другом полевые МОП-транзисторы, когда вход находится за пределами этого окна, поскольку показано на рисунке 9.Взаимосвязанные полевые МОП-транзисторы также могут защитить от перевернутого входа. Чувствительный резистор на выходе обеспечивает возможность защиты от перегрузки по току, непрерывно отслеживая прямой ток, но без использования таймера.
Характеристики ограничителя перенапряжения
Чтобы выбрать наиболее подходящий ограничитель перенапряжения для вашего приложения, вам необходимо знать, какие функции доступны и какие задачи они помогают решить. Устройства можно найти в параметрической таблице.
Отключение и сквозное отключение
Некоторые приложения требуют отключения выхода от входа при обнаружении скачка напряжения. В этом случае потребуется отключение от перенапряжения. Если вам нужно, чтобы выход оставался работоспособным при возникновении помпажа, тем самым сводя к минимуму простои находящейся ниже по потоку электроники, вам потребуется ограничитель помпажа, чтобы выдержать перегрузку. В этом случае линейный или переключающий ограничитель перенапряжения может обеспечить эту функциональность (при условии, что уровни мощности были разумными для топологии и выбранного полевого транзистора).
Таймер неисправности
Режим сквозного включения требует некоторой защиты полевого МОП-транзистора от постоянных скачков напряжения. Чтобы оставаться в безопасной рабочей области (SOA) полевого транзистора, может быть реализован таймер. Таймер — это, по сути, конденсатор, заземленный на землю. Когда возникает состояние перенапряжения, внутренний источник тока начинает заряжать этот внешний конденсатор. Как только конденсатор достигает определенного порогового напряжения, на цифровом выводе неисправности появляется низкий уровень, указывая на то, что проходной транзистор скоро отключится из-за длительного состояния перенапряжения.Если напряжение на выводе таймера продолжает повышаться до вторичного порога, на выводе GATE устанавливается низкий уровень, чтобы выключить полевой МОП-транзистор.
Скорость изменения напряжения таймера зависит от напряжения на полевом МОП-транзисторе, то есть более короткий таймер для больших напряжений и более длинный таймер для меньших напряжений. Эта полезная функция позволяет устройству выдерживать кратковременные события перенапряжения, позволяя компонентам, находящимся ниже по цепи, оставаться в рабочем состоянии, одновременно защищая полевой МОП-транзистор от повреждений в результате длительных событий перенапряжения.Некоторые устройства имеют функцию повтора, позволяющую устройству снова включить выход после периода охлаждения.
Максимальная токовая защита
Многие ограничители перенапряжения имеют возможность контролировать ток и защищать от перегрузок по току. Это достигается путем отслеживания падения напряжения на резисторе последовательного считывания и соответствующего реагирования. Пусковой ток также можно отслеживать и контролировать для защиты полевого МОП-транзистора. Реакция может быть похожа на состояние перенапряжения, поскольку оно либо отключается путем фиксации, либо проходит через событие, если схема может обрабатывать уровни мощности.
Защита обратного входа
Защита от обратного входа возможна благодаря широким рабочим возможностям устройств ограничителя перенапряжения (способных выдерживать напряжение до 60 В ниже земли на некоторых устройствах). На рисунке 10 показана реализация защиты от обратного тока на полевых МОП-транзисторах. Во время нормальной работы Q2 и Q1 включаются выводом GATE, а Q3 не оказывает никакого влияния. Однако, когда существует условие обратного напряжения, Q3 включается, подтягивая затвор Q2 к отрицательному входу и изолируя Q1, защищая выход.
Защита от обратного выходного напряжения также достигается за счет надежной защиты выводов устройства, с возможным напряжением до 20 В ниже земли, в зависимости от выбранного устройства.
Рисунок 10. Схема защиты обратного входа LT4363.
Для приложений, требующих широких диапазонов входного напряжения, можно использовать ограничитель перенапряжения с плавающей топологией. Когда происходит скачок напряжения, ИС ограничителя перенапряжения видит полное перенапряжение, поэтому внутренняя транзисторная технология ограничивает диапазон напряжения ИС.С плавающим ограничителем перенапряжения, таким как LTC4366, микросхема плавает чуть ниже выходного напряжения, что дает ей гораздо более широкий диапазон рабочего напряжения. В обратную линию помещается резистор (V SS ), который позволяет ИС «плавать» вместе с напряжением питания. Результатом является ограничение входного напряжения, определяемое допустимым напряжением внешних компонентов и полевых МОП-транзисторов. На рисунке 11 показана прикладная схема, способная работать от источника постоянного тока очень высокого напряжения, защищая при этом нагрузку ниже по потоку.
Рисунок 11.Высоковольтная плавающая топология LTC4366.
Выбор подходящего устройства для моего приложения
Во многих отношениях, благодаря своей изначально прочной конструкции, использование ограничителя перенапряжения упрощает конструкцию схемы защиты. Таблицы данных могут значительно помочь с определением размеров компонентов, многие возможные применения уже показаны. Самым сложным может быть выбор наиболее подходящего устройства. Выполните следующие несколько шагов, чтобы сузить область поиска:
- Перейти к параметрической таблице семейства средств защиты ADI.
- Выберите диапазон входного напряжения.
- Выберите количество каналов.
- Фильтр по функциям, чтобы сузить возможные варианты.
Как и в случае с любым другим продуктом, перед поиском подходящего устройства важно понимать системные требования. Некоторыми важными факторами являются ожидаемое напряжение питания и допуск по напряжению нижерасположенной электроники (важно для определения напряжения фиксации), а также любые конкретные особенности, которые важны для конструкции.
Некоторые примеры фильтрованных параметрических таблиц показаны ниже для справки. В дальнейшем они могут быть изменены на веб-сайте, чтобы включить некоторые другие параметры.
- Устройства защиты от перенапряжения можно найти здесь.
- Контроллеры защиты с функцией отключения OV можно найти здесь.
Заключение
Независимо от типа используемого ограничителя перенапряжения, активные ограничители перенапряжения на основе ИС устраняют необходимость в громоздких TVS-диодах или в индукторах и конденсаторах большого профиля для фильтрации.Это приводит к уменьшению общей площади и меньшему профилю решения. Фиксатор выходного напряжения более точен, чем TVS, с возможной точностью от 1% до 2%. Это предотвращает чрезмерный дизайн и позволяет выбирать последующие устройства с более жесткими допусками.
Семейство устройств защиты системы, предлагаемое Analog Devices, позволяет разработчикам реализовать надежную, гибкую и компактную защиту для последующих устройств, особенно тех, которые сталкиваются с резкими перенапряжениями и перегрузками по току, которые могут возникать во многих промышленных, автомобильных, аэрокосмических отраслях.