Varistorji - princip delovanja, vrste in uporaba

Varistor je polprevodniška komponenta, ki lahko nelinearno spreminja svoj aktivni upor glede na velikost napetosti, ki je nanj uporabljena. Pravzaprav gre za upor s takšno tokovno-napetostno karakteristiko, katerega linearni odsek je omejen na ozko območje, na katerega pride upor varistorja, ko se nanj nanese napetost nad določenim pragom.

Na tej točki se odpornost elementa močno spremeni za več vrst velikosti - zmanjša se od začetnih deset MΩ do enot Ohm. In bolj ko se napetost povečuje, vedno manjši postaja upor varistorja. Zaradi te lastnosti je varistor stalnica sodobnih naprav za prenapetostno zaščito.

Varistor, vzporedno povezan z zaščitenim bremenom, absorbira tok motnje in ga oddaja kot toploto. In na koncu tega dogodka, ko se uporabljena napetost zmanjša in se vrne nad prag, varistor obnovi svoj začetni upor in je spet pripravljen za opravljanje zaščitne funkcije.

Lahko rečemo, da je varistor polprevodniški analog plinskega iskrišča, le da se v varistorju, za razliko od plinske iskre, hitreje obnovi začetni visok upor, praktično ni vztrajnosti, razpon nazivnih napetosti pa se začne od 6 do doseže 1000 in več voltov .

Zaradi tega se varistorji pogosto uporabljajo v zaščitnih vezjih. polprevodniška stikala, v tokokrogih z induktivnimi elementi (za gašenje isker), kot tudi neodvisni elementi elektrostatične zaščite vhodnih tokokrogov elektronskih naprav.

Postopek izdelave varistorja je sestavljen iz sintranja praškastega polprevodnika z vezivom pri temperaturi približno 1700 ° C. Tukaj se uporabljajo polprevodniki, kot sta cinkov oksid ali silicijev karbid. Vezivo je lahko vodno steklo, glina, lak ali smola. Na diskasti element, pridobljen s sintranjem, so metalizirano nanesene elektrode, na katere so spajkane montažne žice komponente.

Poleg tradicionalne oblike diska lahko varistorje najdemo v obliki palic, kroglic in filmov. Nastavljivi varistorji so izdelani v obliki palic s premičnim kontaktom. Tradicionalni polprevodniški materiali, ki se uporabljajo pri izdelavi varistorjev na osnovi silicijevega karbida z različnimi vezmi: tirit, willite, letin, silit.

Notranji princip delovanja varistorja je, da so robovi majhnih polprevodniških kristalov znotraj vezne mase v stiku drug z drugim in tvorijo prevodna vezja. Ko skozi njih teče tok določene velikosti, pride do lokalnega pregrevanja kristalov in upornost tokokrogov se zmanjša. Ta pojav pojasnjuje nelinearnost CVC varistorja.

Eden od glavnih parametrov varistorja, skupaj z efektivno odzivno napetostjo, je koeficient nelinearnosti, ki označuje razmerje med statično upornostjo in dinamično upornostjo. Za varistorje na osnovi cinkovega oksida se ta parameter spreminja od 20 do 100. Kar zadeva temperaturni koeficient upora varistorja (TCR), je običajno negativen.

Varistorji so kompaktni, zanesljivi in ​​se dobro obnesejo v širokem razponu delovnih temperatur.Na tiskanih vezjih in v SPD-jih lahko najdete majhne diskaste varistorje s premerom od 5 do 20 mm. Za odvajanje večjih moči se uporabljajo blokovni varistorji s skupnimi dimenzijami 50, 120 in več milimetrov, ki lahko v pulzu odvajajo kilojoule energije in skozi njih prepuščajo tokove več deset tisoč amperov, pri tem pa ne izgubijo učinkovitosti.

Eden najpomembnejših parametrov katerega koli varistorja je odzivni čas. Čeprav tipični čas vklopa varistorja ne presega 25 ns in v nekaterih vezjih to zadostuje, je ponekod, na primer za zaščito pred elektrostatiko, potreben hitrejši odziv, ne več kot 1 ns.

V zvezi s to potrebo vodilni svetovni proizvajalci varistorjev usmerjajo svoja prizadevanja v povečanje njihove zmogljivosti. Eden od načinov za dosego tega cilja je zmanjšanje dolžine (oziroma induktivnosti) sponk večplastnih komponent. Takšni varistorji CN so že zasedli dostojno mesto pri zaščiti pred statičnim izhodom integriranih vezij.

Nazivna napetost enosmernega varistorja (1 mA) je pogojni parameter, pri tej napetosti tok skozi varistor ne presega 1 mA.Nazivna napetost je navedena na oznaki varistorja.

ACrms je efektivna izmenična napetost odziva varistorja. DC — sprožitev enosmerne napetosti.

Poleg tega je največja dovoljena napetost pri danem toku standardizirana, na primer V @ 10A. W je nazivna disipacijska moč komponente. J je največja energija posameznega absorbiranega impulza, ki določa čas, v katerem bo varistor lahko razpršil nazivno moč in pri tem ostal v dobrem stanju. Ipp — vrhovni tok varistorja, normaliziran s časom vzpona in trajanjem absorbiranega impulza, daljši kot je impulz, nižji je dovoljeni temenski tok (merjeno v kiloamperih).

Za doseganje večje disipacije moči je dovoljena vzporedna in serijska vezava varistorjev. Pri vzporedni povezavi je pomembno izbrati varistorje čim bližje parametrom.