Varistorer - prinsipp for drift, typer og anvendelse

En varistor er en halvlederkomponent som kan endre sin aktive motstand ikke-lineært avhengig av størrelsen på spenningen som påføres den. Faktisk er det en motstand med en slik strømspenningskarakteristikk, hvis lineære seksjon er begrenset til et smalt område, som motstanden til varistoren kommer til når en spenning over en viss terskel påføres den.

På dette tidspunktet endres motstanden til elementet kraftig med flere størrelsesordener - den avtar fra de første titallene av MΩ til enheter av Ohm. Og jo mer den påførte spenningen øker, jo mindre og mindre blir motstanden til varistoren. Denne egenskapen gjør varistoren til en stift av moderne overspenningsvernenheter.

Koblet parallelt med den beskyttede lasten, absorberer varistoren forstyrrelsesstrømmen og avleder den som varme. Og på slutten av denne hendelsen, når den påførte spenningen synker og går tilbake over terskelen, gjenoppretter varistoren sin opprinnelige motstand og er igjen klar til å utføre en beskyttende funksjon.

Vi kan si at varistoren er en halvlederanalog av et gassgnistgap, bare i en varistor, i motsetning til en gassgnist, gjenopprettes den opprinnelige høye motstanden raskere, det er praktisk talt ingen treghet, og området for nominelle spenninger starter fra 6 og når 1000 og mer volt.

Av denne grunn er varistorer mye brukt i beskyttelseskretser. halvlederbrytere, i kretser med induktive elementer (for å slukke gnister), samt uavhengige elementer av elektrostatisk beskyttelse av inngangskretsene til elektroniske enheter.

Prosessen med å produsere en varistor består av sintring av en pulverisert halvleder med et bindemiddel ved en temperatur på ca. 1700 ° C. Her brukes halvledere som sinkoksid eller silisiumkarbid. Bindemiddelet kan være vannglass, leire, lakk eller harpiks. På det skiveformede elementet oppnådd ved sintring påføres elektroder ved metallisering som monteringstrådene til komponenten er loddet på.

I tillegg til den tradisjonelle skiveformen kan varistorer finnes i form av stenger, perler og filmer. Justerbare varistorer er laget i form av stenger med en bevegelig kontakt. Tradisjonelle halvledermaterialer brukt til fremstilling av varistorer basert på silisiumkarbid med forskjellige bindinger: tyritt, willite, lethin, silitt.

Det interne prinsippet for drift av varistoren er at kantene til små halvlederkrystaller inne i bindingsmassen er i kontakt med hverandre og danner ledende kretser. Når en strøm av en viss størrelse passerer gjennom dem, oppstår lokal overoppheting av krystallene og motstanden til kretsene avtar. Dette fenomenet forklarer CVC-ulineariteten til varistoren.

En av hovedparametrene til varistoren, sammen med rms-responsspenningen, er ikke-linearitetskoeffisienten, som indikerer forholdet mellom den statiske motstanden og den dynamiske motstanden. For varistorer basert på sinkoksid varierer denne parameteren fra 20 til 100. Når det gjelder temperaturkoeffisienten til motstanden til varistoren (TCR), er den vanligvis negativ.

Varistorer er kompakte, pålitelige og yter godt i et bredt spekter av driftstemperaturer På kretskort og i SPD-er kan du finne små skivevaristorer med en diameter på 5 til 20 mm. For å spre høyere krefter brukes blokkvaristorer med totale dimensjoner på 50, 120 og flere millimeter, som er i stand til å spre kilojoule energi i en puls og sende strømmer på titusenvis av ampere gjennom dem, uten å miste effektivitet.

En av de viktigste parameterne for enhver varistor er responstiden. Selv om den typiske aktiveringstiden til en varistor ikke overstiger 25 ns, og i noen kretser er dette tilstrekkelig, men noen steder, for eksempel for beskyttelse mot elektrostatikk, kreves det en raskere respons, ikke mer enn 1 ns.

I forbindelse med dette behovet retter verdens ledende produsenter av varistorer sin innsats for å øke ytelsen. En måte å oppnå dette målet på er å redusere lengden (henholdsvis induktansen) på terminalene til flerlagskomponentene. Slike CN-varistorer har allerede tatt en verdig plass i beskyttelsen mot statisk utgang fra integrerte kretser.

DC-varistorens merkespenning (1mA) er en betinget parameter, ved denne spenningen overstiger ikke strømmen gjennom varistoren 1mA.Merkespenningen er angitt på varistorens merking.

ACrms er rms AC spenningsresponsen til varistoren. DC — DC-spenningsaktivering.

I tillegg er den maksimalt tillatte spenningen ved en gitt strøm standardisert, for eksempel V @ 10A. W er nominell effekttapet til komponenten. J er den maksimale energien til en enkelt absorbert puls, som bestemmer tiden som varistoren vil være i stand til å spre nominell kraft mens den forblir i god stand. Ipp — toppstrømmen til varistoren, normalisert av stigetiden og varigheten av den absorberte pulsen, jo lengre pulsen er, desto lavere er den tillatte toppstrømmen (målt i kiloampere).

For å oppnå større effekttap er parallell- og seriekobling av varistorer tillatt. Ved parallellkopling er det viktig å velge varistorer så nær parametrene som mulig.