Proč potřebujete varistor v napájecím zdroji?

Rezistor je elektronická součástka, jejíž hlavní charakteristikou je odpor. Rezistory mohou být pevné nebo proměnné (ručně ovládané) a existují i ​​součástky, jejichž odpor závisí na vnějších faktorech (teplota, světlo atd.). Jedním z těchto prvků je varistor (Variable Resistor) – jeho vlastnosti závisí na přiloženém napětí.

Proč potřebujete varistor, kde se používá?

Princip fungování tohoto zařízení je jednoduchý. Je-li na něj aplikováno napětí nepřesahující určitou prahovou hodnotu, jeho odpor je vysoký, proud skrz něj je určen úniky a pohybuje se v řádu jednotek nebo desítek mikroampérů. Jak se přiložené napětí zvyšuje, varistor se otevře a začne vést proud. Tato část charakteristiky je téměř lineární a je podobná rezistoru s nízkým odporem. Pokud se napětí dále zvyšuje, proud se zvýší a nakonec prvek selže.

Varistor pracuje s libovolnou polaritou napětí, takže po pečlivém zkoumání je jeho charakteristika proudového napětí podobná charakteristikám proudového napětí dvouanodové zenerovy diody. To znamená, že napěťově řízený rezistor funguje podobně – nad určitou úrovní stabilizuje napětí na svorkách. To lze použít pro ochranu proti přepětí. Proudově-napěťová charakteristika zařízení je symetrická, takže pracuje při stejnosměrném i střídavém napětí.

Charakteristika a celkové rozměry

Jednou z nejdůležitějších charakteristik, která je uvedena nejen v technické dokumentaci, ale také zahrnuta v označení a aplikována na tělo prvku, je klasifikační napětí. Obecně se má za to, že tato hodnota je podmíněná a není praktického charakteru. To je špatně.

Varistorová charakteristika v ochranné zóně (stabilizační zóně) má sklon a proud přes ni závisí na použitém napětí – tím vyšší je napětí. Při určitém napětí (které se nazývá otevírací napětí při konstantním proudu) se varistor začne otevírat, ale děje se tak postupně. Jak se otevírá, proud se zvyšuje. Předpokládá se, že když dosáhne úrovně 1 mA, zařízení se zcela otevřelo, vstoupilo do lineární části charakteristiky a začalo plnit svou ochrannou funkci.

Vzhledem k tomu, že se v obvodech střídavého proudu často používají varistory, je vypínací napětí vyjádřeno jako efektivní (efektivní) hodnota napětí – častěji se používá jako charakteristika střídavého napětí. Tento parametr je přibližně 1,4krát menší než otevírací napětí při konstantním proudu.

Důležitými charakteristikami jsou také maximální výkon P (ve wattech) a absorbovaná energie W (v joulech). První parametr je intuitivní – jedná se o výkon, který je zařízení schopno rozptýlit v otevřeném stavu. A absorbovaná energie charakterizuje dobu, po kterou prvek vydrží maximální výkon. Tato doba se vypočítá jako t=W/P. Množství absorbované energie je dáno velikostí zařízení, takže pokud máte zkušenosti, můžete tuto charakteristiku poměrně přesně určit okem (například podle průměru u komponent diskového typu)

Maximální provozní napětí je mez, nad kterou prvek selže. Parametry běžných varistorů jsou uvedeny v tabulce.

klasifikace, V Usrab, rms.,

B Absorbovaná energie, J / maximální výkon, W. rozměry, mm x mm/

Typy, značení a označení na schématu

Nejběžnější varistory jsou diskového tvaru (podobně jako kondenzátory). Existují však zařízení, která vypadají podobně jako obyčejný odpor – takový je například domácí prvek CH1-1.

Neexistují jednotné požadavky na prvky značení, ale následující formulář se stal definitivním standardem:

AAAZZXXY, kde:

• AAA – tři písmena definující kód produktu;
• ZZ – průměr kotouče v mm (nebo rozměry pro jiné provedení).
• XX– mantisa klasifikačního napětí;
• Y – desetinný násobitel klasifikačního napětí (ve většině případů 0 nebo 1, což znamená, že ZZ musí být vynásobeno 1 nebo 10.

Například pro prvek TVR 10471 může dekódování určit, že:

• Zařízení patří do řady TVR – Thinking Varistor Resistance;
• jedná se o kotouč o průměru 10 mm;
• aplikované napětí 47×10=470 voltů způsobí proud 1 mA.

Někteří výrobci zkracují označení bez uvedení kódu produktu (například 14N431K) nebo přidávají další indexy pro označení řady prvku (písmena D a K pro zařízení 14D471K). Můžete se také podívat na zjednodušenou verzi značení varistorů. Takže prvek JVR10N431 může být označen jako S10K275 nebo jednoduše K275. Písmeno K znamená třídu přesnosti (10 %) a 275 je efektivní provozní napětí. Pro praktické účely je tato možnost pohodlnější.

Ve schématu je tato elektronická součástka označena obdélníkovým symbolem, podobným běžnému grafickému označení rezistoru, ale s diagonální čarou označující proměnnou hodnotu (podobně jako u termistorů apod.). Takové UGO nutně obsahuje písmeno U – znamení, že odpor prvku závisí na použitém napětí. To je nezbytné pro odlišení varistoru od jiných typů rezistorů, jejichž odpor je určen vnějším vlivem.

K symbolu odporu je přidán stylizovaný obrázek proudově-napěťové charakteristiky ochranného prvku. Toto označení platí pouze pro varistory, proto se zde písmeno U nepoužívá.

Varistory mají na schématu (a na desce) index RU nebo RV (pokud jich je více, pak RV1, RV2 atd.). V zahraničních publikacích jsou na diagramu označení s indexy MOV, ZNR atp.

Princip činnosti varistorové ochrany a její připojovací obvody

Ve většině případů je v ochranných obvodech varistor zapojen paralelně se zátěží – vstupní obvody napájecího zdroje, diodový můstek atd. Typickým příkladem je počítačový zdroj. V něm je před vstupní filtr instalován varistor. Když napětí stoupne nad spouštěcí bod, prvek se otevře a „odřízne“ přebytečnou úroveň.

Dobrým obvodovým řešením je zařadit za pojistku ochranný prvek. Při nebezpečných napěťových rázech nemusí proudový odběr stoupnout na úroveň, kterou přepálí pojistka. Pokud nainstalujete varistor za pojistkovou vložku, pak po jeho provozu proud prudce vzroste. To napomáhá rychlejšímu vyhoření pojistky, což slouží jako dodatečná ochrana napájecího zdroje.

Existují další schémata pro zapnutí ochranného prvku. Kromě nejběžnější možnosti A lze ochranu zapnout podle schématu B – v tomto případě budou další prvky chránit obvod, když dojde k přepětí ve vztahu k zemi. Inkluze se také používá:

• podle schématu B – k ochraně tranzistoru před přepětím při spínání indukční zátěže;
• podle schématu D – k ochraně kontaktů relé v obvodu řízení motoru nebo jiné indukční zátěže, kde jsou možné nebezpečné napěťové rázy.

Varistor má i jiná použití, ale ta jsou méně častá.

Ochranné obvody proti zkratu a přetížení v napájecím zdroji

Kontrola varistoru

Funkčnost varistoru můžete zkontrolovat pomocí multimetru pouze na zkrat („slinování“). Pokud během diagnostiky ohmmetr vykazuje vysoký odpor, může to znamenat buď prasknutí uvnitř prvku, nebo jeho úplnou provozuschopnost. Zkušební napětí multimetru nemůže přivést varistor do I-V charakteristiky stabilizace.

Taková kontrola (na nepřítomnost zkratu) stačí k tomu, aby elektronický obvod zůstal funkční. Přítomnost ochrany proti vrhům však není zaručena.

Chcete-li zkontrolovat varistor v plném rozsahu, musíte jej zkusit otevřít. Chcete-li to provést, musíte na něj přivést příslušné napětí, což není tak jednoduché – překračuje napětí sítě a někdy výrazně. Je potřeba nastavitelný zdroj boost napětí a obvyklý LATR, jak se ukázalo v důsledku experimentů, nebude fungovat. Je schopen dodat ne více než 265-270 voltů, což nestačí ke spolehlivému otevření varistoru.

Pro získání zvýšeného střídavého napětí byl stojan sestaven podle následujícího schématu (jsou možné i jiné možnosti).

LED lampa určená pro síťové napětí je zapojena do série s testovanými prvky. K obvodu je také sériově zapojen obvod pro zvýšení napětí. Skládá se z primárního vinutí transformátoru 12/220 V. Sekundární vinutí je napájeno síťovým napětím z regulovatelného autotransformátoru, zatímco na primáru se vlivem zpětné transformace objevuje zvýšené napětí. Síťové napětí se tak přidá k zesilovači napětí a je možné získat úroveň až 500 voltů. Při prvním připojení k síti je LATR uveden na minimum, napětí na řetězu varistor-lampa se rovná napětí sítě, což nestačí ke spuštění ochranného prvku.

Když se zvýšilo napětí z LATR, bylo možné otevřít varistor a rozsvítit lampu. Současně se ukázalo, že varistor je asi 500 voltů. Zařízení se samozřejmě začalo otevírat dříve a na této úrovni již proud skrz něj dosáhl prahu zapálení žárovky. Ale cíle – prověřit funkčnost – bylo dosaženo.

Zesilovač napětí se musí zvyšovat postupně. Při rozsvícení lampy je nutné okamžitě zastavit zvyšování, jinak může dojít k poškození lampy.

Použití varistoru se neomezuje pouze na ochranné funkce. Mohou být použity ke generování signálů, k provádění výpočtů v analogových počítačích atd. Nejčastěji se však tyto komponenty používají jako tlumiče přepětí, v této oblasti se používají velmi široce.

Elektronický inženýr. Pracuji v opravně domácích spotřebičů. Zajímá mě návrh obvodů.

Každé elektronické zařízení, které je připojeno k síti, potřebuje ochranu před překročením prahových hodnot proudu nebo napětí. Pro proudovou ochranu se používají různé pojistky a jističe, ale k ochraně zařízení před přepětím se nejčastěji používají varistory. V tomto článku se podíváme na princip činnosti varistoru, jeho vlastnosti, výhody a nevýhody této elektronické součástky.

Co je varistor a kde se používá?

Varistor je proměnný rezistor vyrobený z polovodičového materiálu, který je schopen měnit svůj elektrický odpor v závislosti na napětí, které je na něj aplikováno.

Princip činnosti takové elektronické součástky se liší od běžného odporu a potenciometru. Standardní odpor má konstantní hodnotu odporu kdykoli, bez ohledu na napětí v obvodu, potenciometr umožňuje ručně měnit odpor otáčením ovládacího knoflíku. Ale varistor má nelineární symetrickou charakteristiku proud-napětí a jeho odpor zcela závisí na napětí v obvodu.

Díky této vlastnosti jsou varistory široce a efektivně využívány k ochraně elektrických sítí, strojů a zařízení, ale i radioelektronických součástek, desek a mikroobvodů bez ohledu na typ napětí. Mají nízkou výrobní cenu, jsou spolehlivé při používání a snesou vysoké zatížení.

Varistory se používají jak ve vysokonapěťových instalacích do 20 kV, tak v nízkonapěťových instalacích od 3 do 200 V jako omezovač napětí. Navíc mohou pracovat v sítích se střídavým i stejnosměrným proudem. Používají se k regulaci a stabilizaci proudu a napětí a také v přepěťových ochranách. Používají se při konstrukci přepěťových ochran, napájecích zdrojů, mobilních telefonů, přepěťových ochran a dalších přepěťových ochran.

Čtěte také: Účel, vlastnosti a analogy tranzistoru 13001

Druhy a princip činnosti

Při provozu za normálních podmínek má varistor obrovský odpor, který se může snížit, když napětí překročí prahovou hodnotu. To znamená, že pokud se napětí v obvodu výrazně zvýší, varistor přejde z izolačního stavu do elektricky vodivého a vlivem lavinového efektu v polovodiči stabilizuje napětí tím, že jím prochází velký proud.

Varistory mohou pracovat s vysokým a nízkým napětím, a proto jsou rozděleny do dvou skupin zařízení, která mají stejný princip činnosti:

1. Vysoké napětí: schopné provozu v obvodech s proudovými hodnotami do 20 kV (používané v ochranných systémech sítí a zařízení, přepěťových ochranách).
2. Nízké napětí: jmenovité napětí pro komponenty tohoto typu se pohybuje od 3 do 200 V (používá se k ochraně elektronických zařízení a komponent zařízení s proudem 0,1 – 1A a je instalován na vstupu nebo výstupu napájecího zdroje).

Doba odezvy varistoru při napěťovém rázu je cca 25 ns, což je výborná hodnota, v některých případech však nedostačující. Proto výrobci elektronických součástek vyvinuli technologii výroby SMD rezistoru, který má dobu odezvy 0,5 ns.

Varistory všech typů jsou vyráběny z karbidu křemíku nebo oxidu zinečnatého slinováním tohoto materiálu s pojivem (pryskyřice, jíl, sklo) při vysoké teplotě. Po přijetí polovodičového prvku je tento oboustranně pokoven připájením kovových vývodů pro spojení.

Značení, hlavní charakteristiky a parametry

Každý výrobce varistorů označuje svůj produkt určitým způsobem, takže možností označení a jejich interpretací je poměrně velké množství. Nejběžnějším ruským varistorem je K275 a oblíbené komponenty zahraniční výroby jsou 7n471k, kl472m a další.

Označení varistoru CNR-10d751k lze dešifrovat následovně: CNR – varistor z oxidu kovu; d – znamená, že součást má tvar disku; 10 – je průměr disku; 751 – odezvové napětí pro toto zařízení (výpočet se provádí vynásobením prvních dvou číslic 10 na výkon rovnající se třetí číslici, tj. 75 vynásobený 10 na první výkon, dostanete 750 V); k – přípustná odchylka jmenovitého napětí, která se rovná 10 % v libovolném směru (l – 15 %, M – 20 %, P – 25 %).

Hlavní charakteristiky varistorů jsou následující parametry:

Klasifikační napětí – napětí při určitých hodnotách proudu protékajícího varistorem (Obvykle je tato hodnota 1 mA). Tento parametr je podmíněný a neovlivňuje výběr zařízení;

Maximální přípustné napětí – rozsah napětí (střední kvadratická nebo efektivní hodnota), kdy varistor začíná snižovat svůj odpor;

Maximální absorpční energie je charakteristika, která ukazuje hodnotu energie, kterou varistor rozptýlí a neselže, když je vystaven jedinému pulzu (měřeno v joulech);

Maximální pulzní proud – normalizuje dobu náběhu a dobu trvání aktuálního pulzu (měřeno v ampérech);

Kapacita je velmi důležitý parametr, který se měří v zavřeném stavu a při dané frekvenci (klesne na nulu, pokud je do varistoru přiveden vysoký proud);

Přípustná odchylka – odchylka od jmenovitého rozdílu potenciálu v obou směrech (uvedeno v procentech).

Doba odezvy je časový úsek, během kterého varistor přejde z uzavřeného stavu do otevřeného stavu (obvykle několik desítek nanosekund).

Výhody a nevýhody varistorů

Důležitými výhodami nelineárního rezistoru (varistoru) je jeho stabilní a spolehlivý provoz s vysokými frekvencemi a velkým zatížením. Používá se v mnoha zařízeních pracujících s napětím od 3 V do 20 kV, je poměrně jednoduchý a levný na výrobu a je účinný v provozu. Další důležité výhody jsou:

• vysoká rychlost odezvy (nanosekundy);
• dlouhá životnost;
• schopnost sledovat poklesy napětí (metoda bez setrvačnosti).

Navzdory skutečnosti, že tato elektronická součástka má mnoho výhod, má také nevýhody, které ovlivňují její použití v různých systémech. Patří sem:

• nízkofrekvenční hluk během provozu;
• stárnutí součásti (ztráta parametrů v průběhu času);
• vysoká kapacita: závisí na napětí a typu prvku, pohybuje se od 70 do 3200 pF a ovlivňuje výkon zařízení;
• při maximálních hodnotách napětí se výkon neztrácí – výrazně se přehřívá a při delších maximálních hodnotách napětí selhává.

Výběr varistoru

Chcete-li vybrat správný varistor pro konkrétní zařízení, musíte znát vlastnosti jeho napájecího zdroje: odpor a přechodný pulzní výkon. Maximální přípustná hodnota proudu je určena mimo jiné délkou jeho působení a počtem opakování, proto pokud nainstalujete varistor s nízkou špičkovou hodnotou proudu, rychle selže. Stručně řečeno, pro účinnou ochranu zařízení je nutné zvolit varistor s napětím, které má malou rezervu vůči jmenovitému.

Pro bezporuchový provoz takové elektronické součástky je také velmi důležitá rychlost rozptylu absorbované tepelné energie a schopnost rychlého návratu do stavu normálního provozu.

Označení na schématu a možnosti připojení varistoru

Na schématech je varistor obvykle označen jako běžný rezistor, ale s přidáním písmene U vedle lomítka. Tato vlastnost ve schématech naznačuje, že tento prvek má závislost odporu na napětí v obvodu. Také na elektrickém schématu je tento prvek označen dvěma písmeny R a U s doplněním sériového čísla (RU1, RU2 . atd.).

Možností připojení varistorů je velké množství, ale pro všechny způsoby je společné to, že tato součástka je zapojena paralelně k napájecímu obvodu. Proto při absenci nebezpečných hodnot napěťových impulzů je proud, který protéká varistorem, malý (kvůli velkým hodnotám odporu) a žádným způsobem neovlivňuje výkon systému. Když dojde k přepětí, varistor změní odpor na malé hodnoty, zátěž se posune a absorbovaná energie se rozptýlí do okolního prostoru.

Co je to rezistor a k čemu slouží?

SPD – co to je, popis a schémata připojení v soukromém domě

Jak správně vypočítat rezistor pro LED?

Co je napěťové relé a proč je potřeba v bytě

Princip činnosti a schéma zapojení tepelného relé

Dešifrování digitálního a písmenného značení SMD rezistorů