Последовательное соединение варисторов

ПРИМЕНЕНИЕ ВАРИСТОРОВ

Канд. техн. наук А. КАРАЧЕНЦЕВ, инж. Ю. ПОТАШЕВ, инж. В. СПЕВАК

Среди современных приборов и компонентов радиоаппаратуры варисторы занимают важное место. Они используются в различных отраслях радиотехники и электроники, успешно конкурируя в некоторых случаях с лампами и транзисторами, а иногда являясь незаменимыми приборами для решения некоторых специфических задач: защиты от перенапряжений и искрообразования в коммутирующих цепях, параметрической и компенсационной стабилизации, формирования напряжений сложной формы. На основе варисторов конструируются функциональные преобразователи, детекторы и модуляторы, разнообразные схемы автоматического управления и регулирования. Применение варисторов позволяет не только повысить качественные показатели аппаратуры, улучшить надежность и стабильность ее работы, но и обеспечить уменьшение потребления электроэнергии, сократить габариты и стоимость изделий.

Рис. 1.
Графический способ определения параметров варисторной схемы стабилизации.

Простейшим примером использования варистора является применение его в качестве параметрического стабилизатора напряжения. Принцип работы такого стабилизатора основан на том, что динамическое падение напряжения при общих изменениях режима работы аппаратуры оказывается большим на линейных элементах, чем на нелинейных (в силу меньшего динамического сопротивления последних). Это приводит к непропорциональному изменению напряжения на варисторе и нагрузке при изменении напряжения на входе устройства или тока нагрузки. Наиболее простая и широко распространенная схема стабилизатора, обеспечивающего коэффициент стабилизации по напряжению до 3—4 и по току нагрузки — до 10, приведена на рис. 1.

Элементы схемы можно рассчитать графическим методом, используя вольтамперные характеристики, изображенные на том же рисунке. Прямая аб, исходящая, из ординаты U=Uвых и параллельная оси абсцисс, пересекает вольтамперные характеристики варисторов. Выбирается тот тип варистора, у которого ток при этом напряжении максимален, а рассеиваемая на нем мощность не превышает Рном (точка б). Из точки в иод углом φ, тангенс которого равен Rн, проводят прямую до пересечения с прямой аб (точка г). Через точку г проводят прямую так, чтобы котангенс угла между ней и осью ординат был равен Rдоп.

На рис. 2 изображены другие типы стабилизаторов. Стабилизатор, построенный по мостовому принципу (рис. 2, а), обладает сравнительно высокими стабилизирующими свойствами, однако его недостатками являются не вполне удовлетворительные нагрузочные характеристики и необходимость полного разделения входных и выходных цепей. Эффективную стабилизацию выходного напряжения, но только при изменении тока нагрузки, осуществляет другой тип стабилизатора, представленный на рис. 2, б. Низкое внутреннее динамическое сопротивление позволяет использовать его в качестве экономичного делителя напряжения.

Рис. 2.
Варианты построения варисторных схем параметрической стабилизации: а — мостовая схема; б — простой делитель напряжения; в — делитель высоковольтного напряжения.

Качество стабилизации можно улучшить, применив последовательное соединение элементарных цепочек стабилизации или их комбинированное включение. По схеме, приведенной на рис. 2, в, часто выполняют делители высоковольтных напряжений, когда необходимо обеспечить высокий уровень стабилизации выходного напряжения как по входному напряжению, так и по току нагрузки.

В ряде случаев варистор можно использовать в качестве нелинейной балластной нагрузки, подключенной непосредственно к источнику напряжения. Этот принцип стабилизации, в сочетании с симметричностью вольт-амперной характеристики прибора, можно использовать, в частности, для стабилизации амплитуды переменных напряжений.

Коммутирование электрических цепей, находящихся под нагрузкой, нередко сопровождается перенапряжением на коммутирующих электродах, возникновением искрового разряда и связанной с ним эррозией контактов. Ликвидация перенапряжений желательна не только как средство, увеличивающее надежность и снижающее требования к электропрочности деталей, но и как способ борьбы с радиопомехами, особенно в устройствах непрерывной коммутации (коллекторные машины, АТС, бытовая техника и т. д.). Наиболее эффективным средством борьбы с ценообразованием является включение параллельно индуктивному сопротивлению или коммутируемым контактам варисторов. С ростом напряжения, сопротивление варисторов резко снижается, шунтируя источник перенапряжения; при этом избыточная энергия поглощается варистором.

Аналогичная по существу задача ограничения импульсного, напряжения возникает также и в электронных устройствах. Так, например, для защиты ТВК в телевизорах от импульса перенапряжения, способного развиться в момент обратного хода луча развертки, параллельно первичной обмотке включают варистор. Критичные к перегрузкам полупроводниковые приборы (диоды, мощные транзисторы, стабилизаторы) также целесообразно блокировать варисторами (рис. 3); при этом повышается надежность работы устройства в целом.

Рис. 3.
Способ защити мощных коммутирующих транзисторов от пробоя с помощью варисторов (пунктиром показан второй способ включения варистора).

Для импульсной, аналоговой и телевизионной техники весьма актуальной является задача формирования напряжений сложной формы. Она включает в себя как решение вопросов целенаправленного искажения переменного напряжения, так и обратную задачу — линеаризацию напряжений в нелинейных цепях, в том числе и улучшение фронтов импульсного напряжения.

Практический интерес представляют схемы включения варисторов, позволяющие получить параболические и другие виды искажений линейного пилообразного напряжения (рис. 4). Характер и степень искажения определяются соотношениями между параметрами варистора, амплитудой входного напряжения, а также величиной и знаком управляющего напряжения Еупр.

С помощью корректирующих резисторов R1 и R2 и включения конденсаторов удается получить переменные напряжения заданной формы (S-образные, выпукло-вогнутые параболические, тангенциальные и т. д.). Варисторные схемы формирования могут найти применение в системах сведения лучей в цветном телевидении, а также для коррекции искажений растра широкоугольных кинескопов и сеточных кинескопов с плоским экраном.

Возможно применение варисторов для уменьшения нелинейных искажений путем включения в анодную нагрузку усилителя. В многокаскадных усилителях с непосредственной связью варисторы могут служить элементами связи между каскадами.

Рис. 4.
Схемы формирования колебательных напряжений.
Рис. 5.
Схема усилителя с логарифмической зависимостью входного и выходного напряжений (пунктиром показан второй способ включения варистора).

Используя варисторы, удается создать усилители с логарифмической амплитудной характеристикой в динамическом диапазоне порядка 20 дб (рис. 5). Они могут применяться в измерительной технике, радиолокации и т. д.

Следует указать, что при включении варисторов исходное синусоидальное напряжение всегда будет искажено. Это явление может быть использовано для получения гармоник входного сигнала. При достаточно высоких значениях коэффициента нелинейности и амплитуды сигнала возможно использовать гармоники до 5-го порядка.

Очевидно, что вследствие нелинейных явлений переходные процессы в цепях с реактивными элементами и варисторами будут иметь ряд специфических особенностей. Например, время заряда (разряда) конденсатора через варистор будет зависеть от напряжения в силу изменения величины постоянной времени. Это приводит, в частности, к тому, что импульсное напряжение П-образной формы, подаваемое на вход устройства, схема которого изображена на рис. 6, будет детектироваться. Величина напряжения на выходе прямо пропорциональна амплитуде импульсного напряжения и не зависит (в некоторых пределах) от классификационного напряжения варистора.

Рис. 6.
Выпрямительные схемы на варисторах.
Рис. 7.
Частотно-селективная схема на варисторах.

Симметричное нелинейное сопротивление, используемое в качестве детектора, обладает, с точки зрения устойчивости к шумам и помехам, очень важным свойством: оно подавляет симметричные сигналы. Это обстоятельство существенно расширяет возможности его применения для селективного амплитудного детектирования, а также в цепях обратной связи устройств автоматики и регулирования.

Нелинейность вольтамперной характеристики варисторов позволяет широко использовать их для амплитудной и фазовой модуляции, фазочувствительного детектирования, в избирательных фильтрах низких частот и др. Так в синусоидальных RC генераторах и избирательных усилителях целесообразно применять частотные фильтры с электрическим управлением балансной частоты, осуществляемым включением в плечи RC фильтра варисторов. Простейшая схема такого фильтра представлена на рис. 7. Частотно-селективные устройства на варисторах компактны, просты в настройке и надежны в работе. Их диапазон частот достигает несколько десятков килогерц, напряжений — от 5 до 150 в.

Читайте также:  100% рабочий жучок

Важным направлением применения варисторов является использование их в различных функциональных преобразователях в счетно-решающих устройствах и измерительной технике. Путем последовательно-параллельного включения с варистором линейных резисторов можно получить необходимый вид функциональной зависимости между напряжением и током, а при использовании операционных усилителей — также и между входным и выходным напряжениями.

Применение варисторов в измерительных приборах постоянного и переменного тока позволяет видоизменять шкалу с целью повышения точности измерений и одновременно надежно защищает прибор от перегрузок.

Рис. 8.
Схема компенсационного стабилизатора напряжения: I ≈ выходной каскад генератора импульсного напряжения; II ≈ усилитель в цепи обратной связи.
Рис. 9.
Схема индикации изменения режима работы лампы.

Одним из наиболее перспективных направлений применения варисторов является использование их в различных устройствах автоматического регулирования. Например, для компенсационной стабилизации высоковольтного напряжения питания цветных кинескопов варисторы используются в качестве «опоры» (рис. 8). В настоящее время варисторы типа СН1-8 на диапазон рабочих напряжений до десятков киловольт являются единственными полупроводниковыми элементами, которые могут быть использованы в схемах высоковольтной компенсационной стабилизации. Применение варисторов в данном случае оказывается экономически и технически более эффективным, чем использование резисторных или балластных ламповых схем.

В ряде случаев возникает необходимость сдвинуть вольтамперную характеристику варистора по оси напряжений. Для этого используется последовательное соединение варисторов и полупроводниковых приборов (стабилитронов, диодов, управляемых вентилей и т. п.). Подобные комбинации позволяют автоматически регулировать величину напряжения «включения» варистора, что важно, например, для систем АРУ, При этом крутизна характеристики у них оказывается больше, чем у варисторов с подобной вольтамперной характеристикой.

В заключение следует указать, что многие схемы автоматического регулирования строятся по принципу сбалансированных мостов, в которых варистор играет роль элемента, соответствующего линейному или нелинейному элементу другого плеча моста (лампы, транзистора и т. д.) (рис. 9). Напряжение рассогласования Ерас, появляющееся в диагонали моста при изменении режима работы лампы, является сигналом «ошибки». Этот сигнал можно использовать для управления режимом работы соответствующих узлов, противодействующих дестабилизации. Такие схемы находят применение для автоподстройки частоты гетеродина в телевизионных приемниках, в радиолокации и т. д.

Из изложенного видно, что варисторы могут эффективно решать широкий класс задач современной радиоэлектроники. Кратко описанные здесь различные по своему функциональному назначению схемы далеко не исчерпывают всех возможностей применения этих простых и надежных приборов в современной электронике и электротехнике.

Варисторы: как работают, основные характеристики и параметры, схема подключения

Варистором называется нелинейный резистор, который применяется в радиоэлектронных цепях и обеспечивает защиту включенных в сеть приборов от перенапряжения. Его отличительной чертой является нелинейная вольт-амперная характеристика. В зависимости от величины воздействующего на деталь напряжения ее сопротивление может колебаться в значительных пределах – от нескольких десятков до сотен миллионов Ом. В этой статье мы поговорим о том, для чего нужен варистор, каков его принцип действия и как производится его подключение и проверка детали на исправность.

Как работает варистор?

На схеме варистор обозначается значком резистора, перечеркнутого по диагонали, что указывает на его нелинейность.

Когда нелинейный резистор функционирует в обычном режиме, его сопротивление велико. Однако оно сильно снижается при возрастании напряжения выше номинальной величины, что приводит к значительному повышению тока. Таким образом, разность потенциалов удерживается на уровне, несколько превышающем номинал. Варистор, работающий в этом режиме, выполняет функцию стабилизации напряжения.

Нелинейный резистор, будучи подключенным на входе электроцепи, добавляет к ее емкости собственную. Для устойчивой работы защищаемых приборов это необходимо учесть при проектировании линии.

На рисунке представлена стандартная схема подключения варистора.

Для правильного подбора защитного элемента важно знать мощность импульсов, имеющих место при переходных процессах, а также величину выходного сопротивления источника.

От максимальной силы тока, которую нелинейный резистор способен пропустить через себя, зависит частота повторений выбросов напряжения, а также их длительность. Если она слишком мала для конкретной цепи, защитный элемент быстро придет в негодность из-за перегрева. Поэтому, чтобы варистор работал безотказно в течение длительного времени, он должен обеспечивать эффективное рассеивание импульсной энергии при переходном процессе. Затем деталь должна быстро возвращаться в исходное состояние.

Преимущества и недостатки варисторов

Основными преимуществами нелинейного резистора является:

· возможность работы под значительными нагрузками, а также на высокой частоте;

· большой спектр применения;

Недостатком элемента является низкочастотный шум, создаваемый им при работе. Кроме того, его вольт-амперная характеристика в высокой степени зависит от температуры.

Варисторы: характеристики и параметры

Нелинейные резисторы, как и любые другие радиотехнические детали, обладают рядом отличительных характеристик. Основные параметры варисторов таковы:

· классификационное номинальное напряжение. Это рабочее напряжение элемента, при котором он пропускает ток величиной 1 мА;

· максимальное напряжение ограничения. Так называется напряжение, которое деталь способна выдержать без вреда для себя. Если этот показатель будет превышен, защитный элемент выйдет из строя;

· максимальное постоянное напряжение. Это показатель постоянного напряжения, при достижении которого происходит резкое возрастание проходящего через деталь тока, и она выполняет стабилизирующую функцию;

· максимальное переменное напряжение. Так называется показатель переменного напряжения, по достижении которого включается защитный режим нелинейного резистора;

· допустимое отклонение. Этим термином обозначается выраженное в процентах отклонение разности потенциалов от величины классификационного напряжения.

· время срабатывания. Это время, которое требуется находящемуся в высокоомном состоянии на переход в низкоомное;

· максимальная поглощаемая энергия. Так обозначается максимальная величина импульсной энергии, которая может быть преобразована в тепловую без вреда для варистора.

Разобравшись с принципом работы нелинейного резистора и его основными параметрами, перейдем к заключительному вопросу – как можно проверить его исправность?

Как проверить варистор?

Существует 2 способа проверки работоспособности этого элемента:

· визуальный осмотр корпуса;

· измерение сопротивления специальным прибором.

При внешнем осмотре корпусной части можно увидеть потемнения, трещины или следы подгорания, по которым можно сделать вывод о том, что деталь непригодна к эксплуатации. Если визуально недостатков не заметно, но исправность элемента вызывает сомнения, придется воспользоваться тестером (мультиметром) или омметром. Разберемся, как проверить варистор мультиметром. Главным критерием здесь является сопротивление детали – чем оно больше, тем лучше. Элемент с низким сопротивлением подлежит замене. Стоит отметить, что пробитый варистор, как правило, легко определить путем визуального осмотра, даже не пользуясь тестером. Кроме того, когда поврежденная радиодеталь находится в цепи, предохранитель постоянно выбивает.

Для проверки необходимо:

· отпаять один из выводов проверяемой детали. В противном случае прозвонка, скорее всего, не даст достоверного результата, так как пойдет по другим участкам цепи;

· поставить переключатель тестера в режим замера сопротивления на максимум;

· прикоснуться щупами прибора к выводам проверяемой детали;

· снять показания индикатора (шкалы).

Измерять сопротивление нужно два раза, меняя полярность подключения тестера.

Проверка мультиметром позволяет точно определить, когда варистор находится в обрыве – в ходе измерения прибор будет показывать бесконечное сопротивление.

В интернет-магазине DIP8.RU можно приобрести по доступной цене различные радиодетали и элементы высокого качества, в том числе и варисторы. Весь товар сертифицирован. По всем вопросам, касающимся характеристик деталей и оформления заказа, вы можете обратиться по телефону, указанному в разделе «Контакты».

Варисторы: как работают, основные характеристики и параметры, схема подключения

Варистором называется нелинейный резистор, который применяется в радиоэлектронных цепях и обеспечивает защиту включенных в сеть приборов от перенапряжения. Его отличительной чертой является нелинейная вольт-амперная характеристика. В зависимости от величины воздействующего на деталь напряжения ее сопротивление может колебаться в значительных пределах – от нескольких десятков до сотен миллионов Ом. В этой статье мы поговорим о том, для чего нужен варистор, каков его принцип действия и как производится его подключение и проверка детали на исправность.

Как работает варистор?

На схеме варистор обозначается значком резистора, перечеркнутого по диагонали, что указывает на его нелинейность.

Когда нелинейный резистор функционирует в обычном режиме, его сопротивление велико. Однако оно сильно снижается при возрастании напряжения выше номинальной величины, что приводит к значительному повышению тока. Таким образом, разность потенциалов удерживается на уровне, несколько превышающем номинал. Варистор, работающий в этом режиме, выполняет функцию стабилизации напряжения.

Читайте также:  Активная и реактивная электроэнергия

Нелинейный резистор, будучи подключенным на входе электроцепи, добавляет к ее емкости собственную. Для устойчивой работы защищаемых приборов это необходимо учесть при проектировании линии.

На рисунке представлена стандартная схема подключения варистора.

Для правильного подбора защитного элемента важно знать мощность импульсов, имеющих место при переходных процессах, а также величину выходного сопротивления источника.

От максимальной силы тока, которую нелинейный резистор способен пропустить через себя, зависит частота повторений выбросов напряжения, а также их длительность. Если она слишком мала для конкретной цепи, защитный элемент быстро придет в негодность из-за перегрева. Поэтому, чтобы варистор работал безотказно в течение длительного времени, он должен обеспечивать эффективное рассеивание импульсной энергии при переходном процессе. Затем деталь должна быстро возвращаться в исходное состояние.

Преимущества и недостатки варисторов

Основными преимуществами нелинейного резистора является:

· возможность работы под значительными нагрузками, а также на высокой частоте;

· большой спектр применения;

Недостатком элемента является низкочастотный шум, создаваемый им при работе. Кроме того, его вольт-амперная характеристика в высокой степени зависит от температуры.

Варисторы: характеристики и параметры

Нелинейные резисторы, как и любые другие радиотехнические детали, обладают рядом отличительных характеристик. Основные параметры варисторов таковы:

· классификационное номинальное напряжение. Это рабочее напряжение элемента, при котором он пропускает ток величиной 1 мА;

· максимальное напряжение ограничения. Так называется напряжение, которое деталь способна выдержать без вреда для себя. Если этот показатель будет превышен, защитный элемент выйдет из строя;

· максимальное постоянное напряжение. Это показатель постоянного напряжения, при достижении которого происходит резкое возрастание проходящего через деталь тока, и она выполняет стабилизирующую функцию;

· максимальное переменное напряжение. Так называется показатель переменного напряжения, по достижении которого включается защитный режим нелинейного резистора;

· допустимое отклонение. Этим термином обозначается выраженное в процентах отклонение разности потенциалов от величины классификационного напряжения.

· время срабатывания. Это время, которое требуется находящемуся в высокоомном состоянии на переход в низкоомное;

· максимальная поглощаемая энергия. Так обозначается максимальная величина импульсной энергии, которая может быть преобразована в тепловую без вреда для варистора.

Разобравшись с принципом работы нелинейного резистора и его основными параметрами, перейдем к заключительному вопросу – как можно проверить его исправность?

Как проверить варистор?

Существует 2 способа проверки работоспособности этого элемента:

· визуальный осмотр корпуса;

· измерение сопротивления специальным прибором.

При внешнем осмотре корпусной части можно увидеть потемнения, трещины или следы подгорания, по которым можно сделать вывод о том, что деталь непригодна к эксплуатации. Если визуально недостатков не заметно, но исправность элемента вызывает сомнения, придется воспользоваться тестером (мультиметром) или омметром. Разберемся, как проверить варистор мультиметром. Главным критерием здесь является сопротивление детали – чем оно больше, тем лучше. Элемент с низким сопротивлением подлежит замене. Стоит отметить, что пробитый варистор, как правило, легко определить путем визуального осмотра, даже не пользуясь тестером. Кроме того, когда поврежденная радиодеталь находится в цепи, предохранитель постоянно выбивает.

Для проверки необходимо:

· отпаять один из выводов проверяемой детали. В противном случае прозвонка, скорее всего, не даст достоверного результата, так как пойдет по другим участкам цепи;

· поставить переключатель тестера в режим замера сопротивления на максимум;

· прикоснуться щупами прибора к выводам проверяемой детали;

· снять показания индикатора (шкалы).

Измерять сопротивление нужно два раза, меняя полярность подключения тестера.

Проверка мультиметром позволяет точно определить, когда варистор находится в обрыве – в ходе измерения прибор будет показывать бесконечное сопротивление.

В интернет-магазине DIP8.RU можно приобрести по доступной цене различные радиодетали и элементы высокого качества, в том числе и варисторы. Весь товар сертифицирован. По всем вопросам, касающимся характеристик деталей и оформления заказа, вы можете обратиться по телефону, указанному в разделе «Контакты».

Обзор устройств защиты от импульсных перенапряжений и помех.

В большинстве случаев отказы электронного и электрического оборудования вызваны импульсными перенапряжениями и/или изменениями нагрузки в линиях электроснабжения. Основная причина высокой чувствительности современного электрооборудования к электромагнитным помехам обусловлена использованием интегрированных полупроводниковых устройств большой размерности.

Наиболее распространенным источником импульсного перенапряжения являются молнии. Это непредсказуемое природное явление высокой интенсивности может вызывать броски перенапряжения, передаваемые через воздушные линии электроснабжения, на расстоянии до нескольких километров от места удара молнии. Растекание тока молнии по поверхности земли может вызвать импульсные перенапряжения в кабельных сетях электроснабжения. Помимо импульсов, вызываемых молнией, броски в сети электроснабжения могут быть вызваны включением и выключением индуктивной нагрузки (например, двигателей) или емкостной нагрузки (конденсаторы для корректировки коэффициента мощности) и т.п.

Для защиты оборудования и пользователей, на входе питания активного оборудования необходимо предусмотреть специальные защитные устройства. Данные устройства отводят броски в линии питания от чувствительного электрооборудования на землю.

В настоящее время на рынке существует несколько типов защитных устройств. Для достижения требуемого высокого уровня защиты используются следующие технологии:

Искровой разрядник – безнакальный газонаполненный прибор, резко изменяющий свою электропроводность при возникновении разряда между электродами. Его применяют в качестве быстродействующего коммутатора в устройствах связи, локации, ядерной и экспериментальной физики и т. д.

Конструкция разрядника проста: в стеклянном или керамическом баллоне, наполненном газом, расположены 2 или несколько электродов из тугоплавких металлов или их сплавов. Для наполнения применяются инертные газы, их смеси, водород, азот, кислород, воздух, пары воды. По принципу действия искровые разрядники подразделяются на неуправляемые и управляемые.

В неуправляемых разрядниках пробой происходит при определённых значениях напряжения, зависящего от конструкции прибора. В управляемых – в определённой области напряжений при подаче импульсного напряжения на управляющий электрод.

Преимущества искровых разрядников:

  • отсутствие накала,
  • практически мгновенная готовность к работе,
  • высокая надёжность,
  • малые габариты и масса,
  • простота конструкции и технологии производства.

Недостатки искровых разрядников:

Для срабатывания устройства необходимо высокое значение пропускаемого напряжения (кВ), что приводит к повреждению защищаемого оборудования. Интенсивность искры, возникающей во время проводящего состояния, зачастую вызывает помехи и приводит к неисправной работе расположенного рядом электрооборудования. Остаточные токи приводят к перебоям в питании и, соответственно, непредсказуемым последствиям в работе оборудования.

Параллельное подключение варисторов.

Варистор [англ. varistor, от vari (able) — переменный и (resi) stor — резистор], полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого изменяется не линейно и одинаково под действием как положительного, так и отрицательного напряжения. Для изготовления варисторов применяют порошкообразный карбид кремния (полупроводник) и связующее вещество (глину, жидкое стекло, лаки, смолы и др.), которые запрессовывают в форму и спекают в ней при температуре около 1700° С. Затем поверхность образца металлизируют и припаивают к ней выводы. Низковольтные варисторы изготавливают на рабочее напряжение от 3 до 200 В и ток от 0,1 мА до 1 А; высоковольтные— на рабочее напряжение до 20 кВ.

  • Варисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления,
  • способны выдерживать значительные электрические перегрузки,
  • просты и дёшевы,
  • обладают высокой надёжностью,
  • малой инерционностью (предельная рабочая частота до 500 кГц).

При параллельном подключении используется несколько варисторов на базе оксида металла, подключенных параллельно с целью получения высоких токовых значений перегрузки.

Недостатки параллельного подключения:

Электрические характеристики подключенных параллельно варисторов не совпадают. Это приводит к тому, что устройства на базе параллельно подключенных варисторов быстро выходят из строя из-за термического износа. Такие устройства рассчитаны на использование внутренних предохранителей, отключающих защитное устройство при сильных импульсах во избежание возгорания и взрыва. Это приводит к:

  • увеличению времени срабатывания,
  • возникновению перегрузок в момент срабатывания предохранителя;
  • отсутствие защиты устройства во время импульсов большой интенсивности
  • отсутствие защиты оборудования при всех последующих импульсных перегрузках.

Комбинирование искровых разрядников и варисторов.

Чтобы улучшить пропускаемое напряжение искровых разрядников, некоторые производители используют искровые разрядники и варисторы с триггерной схемой. Хотя номинально данные устройства могут выдерживать более сильные импульсы, лабораторные тестирования и испытания в полевых условиях показали, что сложности возникают в связи с плохим взаимодействием между искровым разрядником и варисторами.

Читайте также:  Как рассчитать пропускную способность кабеля?

Модули подавления импульсного перенапряжения Strikesorb.

Несколько лет назад была создана принципиально новая концепция защитных устройств – модули подавления импульсного перенапряжения Strikesorb.

Модуль Strikesorb используется либо как независимое защитное устройство в интегрированных решениях или как компонент устройства Rayvoss. Модуль включает в себя сверхмощный диск (варистор), изготовленный на основе оксида металла (ВОМ), монтируемый под давлением в герметичном алюминиевом корпусе.

Уникальная конструкция Strikesorb обеспечивает низкое сопротивление внутреннего контакта, равномерно распределяет ток перегрузки по всей поверхности защитного элемента, что существенно снижает плотность тока и обеспечивает низкое значение градиента напряжения на Strikesorb. Запатентованная конструкция Strikesorb износоустойчива и исключает риск необратимого отказа, взрыва или возгорания.

Модуль предназначен для защиты от повторных перегрузок, что обеспечивает экономическую целесообразность его использования и отсутствие необходимости сопровождения и обслуживания в суровых климатических условиях.

Эти особенности Strikesorb, наряду с возможностью прямого подключения к линии питания (проходное подключение) не имеют в настоящее время аналогов и гарантируют непрерывную защиту электрического и электронного оборудования.

Дорогостоящее оборудование требует больших инвестиций, однако может очень быстро выйти из строя в случае отсутствия надлежащих устройств подавления импульсного перенапряжения, что приводит к потерям прибыли и важных функций. Инвестиции в приобретение устройств подавления импульсных перенапряжений позволяют заказчикам в дальнейшем получать прибыль за счет бесперебойной работы оборудования в ходе эксплуатации при различных неблагоприятных условиях.

Варистор. Принцип работы и применение

Варистор является пассивным двухвыводным, твердотельным полупроводниковым прибором, который используется для обеспечения защиты электрических и электронных схем. В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, которые обеспечивают защиту по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения с помощью стабилизации напряжения подобно стабилитрону.

Слово «Варистор» является аббревиатурой и сочетанием слов «Varistor — variable resistor», резистор, имеющий переменное сопротивление, что в свою очередь описывает режим его работы. Его буквальный перевод с английского (Переменный Резистор) может немного ввести в заблуждения — сравнивая его с потенциометром или реостатом.

Но, в отличие от потенциометра, сопротивление которого может быть изменено вручную, варистор меняет свое сопротивления автоматически с изменением напряжения на его контактах, что делает его сопротивление зависимым от напряжения, другими словами его можно охарактеризовать как нелинейный резистор.

В настоящее время резистивный элемент варистора изготавливают из полупроводникового материала. Это позволяет использовать его как в цепях переменного, так и постоянного тока.


Варистор во многом похож по размеру и внешнему виду на конденсатор и его часто путают с ним. Тем не менее, конденсатор не может подавлять скачки напряжения таким же образом, как варистор.

Не секрет, что когда в цепи электропитания схемы какого-либо устройства возникает импульс высокого напряжения, то исход зачастую бывает плачевным. Поэтому применение варистора играет важную роль в системе защиты чувствительных электронных схем от скачков напряжения и высоковольтных переходных процессов.

Всплески напряжения возникают в различных электрических схемах независимо от того, работают они от сети переменного или постоянного тока. Они часто возникают в самой схеме или поступают в нее от внешних источников. Высоковольтные всплески напряжения могут быстро нарастать и доходить до нескольких тысяч вольт, и именно от этих импульсов напряжения необходимо защищать электронные компоненты схемы.

Один из самых распространенных источников подобных импульсов – индуктивный выброс, вызванный переключением катушек индуктивности, выпрямительных трансформаторов, двигателей постоянного тока, скачки напряжения от включения люминесцентных ламп и так далее.

Форма волны переменного тока в переходном процессе

Варисторы подключаются непосредственно к цепям электропитания (фаза — нейтраль, фаза-фаза) при работе на переменном токе, либо плюс и минус питания при работе на постоянном токе и должны быть рассчитаны на соответствующее напряжение. Варисторы также могут быть использованы для стабилизации постоянного напряжения и главным образом для защиты электронной схемы от высоких импульсов напряжения.

Статическое сопротивление варистора

При нормальной работе, варистор имеет очень высокое сопротивление, поэтому его работа схожа с работой стабилитрона. Однако, когда на варисторе напряжение превышает номинальное значение, его эффективное сопротивление сильно уменьшается, как показано на рисунке выше.

Мы знаем из закона Ома, что ток и напряжение имеют прямую зависимость при постоянном сопротивлении. Отсюда следует, что ток прямо пропорционален разности потенциалов на концах резистора.

Но ВАХ (вольт-амперная характеристика) варистора не является прямолинейной, поэтому в результате небольшого изменения напряжения происходит значительное изменение тока. Ниже приведена кривая зависимости тока от напряжения для типичного варистора:


Мы можем видеть сверху, что варистор имеет симметричную двунаправленную характеристику, то есть варистор работает в обоих направлениях (квадрант Ι и ΙΙΙ) синусоиды, подобно работе стабилитрона.
Когда нет всплесков напряжения, в квадранте IV наблюдается постоянное значение тока, это ток утечки, составляющий всего несколько мкА, протекающий через варистор.

Из-за своего высокого сопротивления, варистор не оказывает влияние на цепь питания, пока напряжение находится на номинальном уровне. Номинальный уровень напряжения (классификационное напряжение) — это такое напряжение, которое необходимо приложить на выводы варистора, чтобы через него проходил ток в 1 мА. В свою очередь величина этого напряжения будет отличаться в зависимости от материала, из которого изготовлен варистор.

При превышении классификационного уровня напряжения, варистор совершает переход от изолирующего состояния в электропроводящее состояние. Когда импульсное напряжение, поступающее на варистор, становится больше, чем номинальное значение, его сопротивление резко снижается за счет лавинного эффекта в полупроводниковом материале. При этом малый ток утечки, протекающий через варистор, быстро возрастает, но в тоже время напряжение на нем остается на уровне чуть выше напряжения самого варистора. Другими словами, варистор стабилизирует напряжение на самом себе путем пропускания через себя повышенного значения тока, которое может достигать не одну сотню ампер.

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.

Подбор варистора

Чтобы для конкретного устройства правильно подобрать варистор, желательно знать сопротивление источника и мощность импульсов переходных процессов. Варисторы на основе оксидов металлов имеют широкий диапазон рабочего напряжения, начиная от 10 вольт и заканчивая свыше 1000 вольт переменного или постоянного тока. В общем необходимо знать на каком уровне напряжения нужно защитить схему электроприбора и взять варистор с небольшим запасом, например для сети 230 вольт подойдет варистор на 260 вольт.

Максимальное значение тока (пиковый ток) на которое должен быть рассчитан варистор, определяется длительностью и количеством повторений всплесков напряжения. Если варистор установлен с малым пиковым током, то это может привести к его перегреву и выходу из строя. Таким образом, для безотказной работы, варистор должен быстро рассеивать поглощенную им энергию переходного импульса и безопасно возвращаться в исходное состояние.

Варианты подключения варистора

Подведем итог

В данной статье мы узнали, что варистор это тип полупроводникового резистора, имеющий нелинейную ВАХ. Он является надежным и простым средством обеспечения защиты от перегрузки и скачков напряжения. Варисторы применяются в основном в чувствительных электронных схемах. В случае если питающее напряжение неожиданно превышает нормальное значение, варистор защищает схему за счет резкого снижения собственного сопротивления, шунтируя цепь питания и пропуская через себя пиковый ток, доходящий порой до сотен ампер.

Классификационное напряжение варистора — это напряжение на самом варисторе при протекании через него тока в 1 мА. Эффективность работы варистора в электронной или электрической цепи зависит от правильного его выбора в отношении напряжения, тока и силы энергии всплесков.

Скачать справочные материалы по зарубежным варисторам (3,0 MiB, скачано: 4 887)

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector