Varistory: zařízení a princip činnosti – článek
Existuje mnoho zařízení, která lze použít k ochraně citlivých elektronických obvodů a zařízení, která jsou součástí radioelektronického obvodu, před vysokonapěťovými přechodovými jevy a napěťovými rázy. Jedním z takových účinných prostředků je varistor, což je dvoupólová polovodičová součástka se symetrickou nelineární charakteristikou proudového napětí (VC).
Konstrukce, vlastnosti a princip činnosti varistoru
Tento rádiový prvek, používaný ve stejnosměrných a střídavých sítích, chrání elektroniku stabilizací napětí. Hlavním rysem je, že odpor zařízení zcela závisí na napětí v obvodu a automaticky se mění. To znamená, že pokud se napětí zvýší, varistor přejde z izolačního stavu do elektricky vodivého stavu. Tento princip činnosti varistoru umožňuje, aby byl charakterizován jako nelineární nebo proměnný rezistor.
Když dojde k přepětí, které ohrožuje citlivou elektroniku, varistor téměř okamžitě změní svůj odpor ze stovek megaohmů na desítky ohmů, čímž obvod dokončí. Vzhledem k tomu, že zařízení je prvek bez setrvačnosti, je schopen okamžitě obnovit své vlastnosti, což poskytuje účinnou ochranu proti impulsním emisím. Pojistka je zpravidla umístěna v páru s nelineárním rezistorem, který se při napěťovém rázu spálí a přeruší obvod.
Existují 2 hlavní typy varistorů:
- nízkonapěťové – určené pro provozní napětí od 3 do 200 V (používá se k ochraně rádiových součástek v nízkonapěťových obvodech);
- vysokonapěťové – pracují v obvodech s proudovými hodnotami do 20 kV (používají se k ochraně elektrických sítí a instalací).
Konstrukce varistoru není složitá, protože zařízení je vyrobeno slinováním oxidu zinečnatého nebo karbidu křemíku s přídavkem pojiv. Po tepelném zpracování je povrch vzniklého základu potažen kovem (většinou ve formě dvou kotoučů), ke kterému jsou připájeny kovové vývody (pocínovaná měď). Na vršek konstrukce je naneseno dielektrikum ve formě keramického nebo epoxidového pláště.
Hlavní vlastnosti a parametry varistorů:
- maximální přípustné napětí je od několika voltů do několika desítek kilovoltů;
- doba odezvy – měřená v nanosekundách;
- maximální absorpční energie – měřeno v joulech;
- kapacita – závisí na použitém napětí;
- klasifikační napětí je obvykle 1 mA;
- maximální pulzní proud – měřeno v ampérech;
- přípustná odchylka – udává se v procentech.
Varistorové značení a aplikace
Na těle každého takového zařízení jsou aplikována čísla a písmena, která nesou informace o vlastnostech rádiového prvku: přípustná odchylka, tvarový faktor (disk nebo tyč), maximální přípustné napětí, průměr, typ zařízení (oxid kovu nebo oxid zinečnatý ). Je třeba zvážit možné rozdíly v úrovních napětí a proudu, protože každý výrobce má právo nastavit označení nezávisle.
Široké použití varistorů je způsobeno jejich účinností a dostupností, širokým rozsahem napětí, snadnou konstrukcí, dlouhou životností a schopností sledovat poklesy napětí. Mezi nevýhody patří nízkofrekvenční šum, ztráta vlastností v čase, velká kapacita a závislost proudově-napěťové charakteristiky na teplotě.
Tyto komponenty lze nalézt téměř v každém segmentu elektroniky:
- telekomunikační zařízení – modemy a routery, DECT telefony, účastnická zařízení a síťové karty;
- nízkonapěťová zařízení a jednodeskové přístroje – počítače, ovladače a měřicí přístroje, lékařská technika, dálkové senzory a rozhraní;
- elektrické sítě a přepěťové ochrany – spotřební elektronika, automaty a průmyslové zdroje, LED drivery, napájecí zdroje a UPS, dále přepěťové ochrany a elektroměry;
- automobilová elektronika – serva a ovladače, ABS, řídicí jednotky a datové sběrnice;
- vysoce výkonná průmyslová zařízení – čerpadla, kompresory a motory, solenoidy a výkonová relé, roboty, stejně jako ovladače a výkonné napájecí zdroje.
Kontrola prvku
Když víte, jak varistor funguje, můžete snadno zkontrolovat jeho provozuschopnost. Existují tři způsoby, jak zkontrolovat tuto součást. První z nich je nejjednodušší, protože se jedná o vizuální kontrolu (praskliny, stopy tání nebo bobtnání budou okamžitě patrné). Pokud je zařízení zaprášené, doporučuje se jej od prachu očistit. Druhá metoda bude vyžadovat přítomnost a zkušenost s prací s multimetrem, který by měl vykazovat odpor blíže k nekonečnu. Třetí metoda bude vyžadovat zazvonění obvodu, což bude vyžadovat odpájení jedné z nohou nelineárního odporu (pracovní varistor nepropustí proud). V případech, kdy jsou značky na tělese varistoru vymazány, pomůže megger.
Tipy pro výběr
Popis varistoru na webu vám pomůže vybrat optimální typ zařízení pro ochranu elektrického zařízení před přetížením. K tomu byste měli znát takové parametry, jako je výkon impulsů generovaných při přepínání, stejně jako hodnota odporu zdroje na vstupu. Pro účinnou ochranu se doporučuje zvolit zařízení s napětím, které má malou rezervu vůči jmenovitému.
Přestože je doba odezvy varistoru vynikající hodnotou, v některých případech je nedostatečná. Alternativně je zde SMD odporová technologie, jejíž doba odezvy se pohybuje od 0,5 nanosekundy a výše.