Varistory - princíp činnosti, typy a použitie
Varistor je polovodičová súčiastka, ktorá môže meniť svoj aktívny odpor nelineárne v závislosti od veľkosti napätia, ktoré je na ňu aplikované. V skutočnosti ide o rezistor s takou charakteristikou prúdového napätia, ktorého lineárny úsek je obmedzený na úzky rozsah, do ktorého prichádza odpor varistora, keď je naň privedené napätie nad určitý prah.
V tomto bode sa odpor prvku prudko mení o niekoľko rádov — klesá z počiatočných desiatok MΩ na jednotky Ohm. A čím viac sa zvyšuje aplikované napätie, tým menší a menší je odpor varistora. Táto vlastnosť robí z varistora základ moderných zariadení na ochranu proti prepätiu.
Paralelne pripojený k chránenej záťaži varistor absorbuje rušivý prúd a odvádza ho ako teplo. A na konci tejto udalosti, keď aplikované napätie klesne a vráti sa nad prahovú hodnotu, varistor obnoví svoj počiatočný odpor a je opäť pripravený vykonávať ochrannú funkciu.
Dá sa povedať, že varistor je polovodičovým analógom plynového iskriska, iba vo varistore sa na rozdiel od plynovej iskry rýchlejšie obnoví počiatočný vysoký odpor, prakticky neexistuje zotrvačnosť a rozsah menovitých napätí začína od 6 a dosahuje 1000 a viac voltov .
Z tohto dôvodu sú varistory široko používané v ochranných obvodoch. polovodičové spínače, v obvodoch s indukčnými prvkami (na hasenie iskier), ako aj nezávislými prvkami elektrostatickej ochrany vstupných obvodov elektronických zariadení.
Proces výroby varistora pozostáva zo spekania práškového polovodiča so spojivom pri teplote cca 1700 °C. Používajú sa tu polovodiče ako oxid zinočnatý alebo karbid kremíka. Spojivom môže byť vodné sklo, hlina, lak alebo živica. Na kotúčovitý prvok získaný spekaním sú pokovovaním nanesené elektródy, na ktoré sú prispájkované montážne drôty súčiastky.
Okrem tradičnej diskovej formy možno varistory nájsť vo forme tyčí, guľôčok a fólií. Nastaviteľné varistory sú vyrobené vo forme tyčí s pohyblivým kontaktom. Tradičné polovodičové materiály používané pri výrobe varistorov na báze karbidu kremíka s rôznymi väzbami: tyrit, willit, letin, silit.
Vnútorný princíp činnosti varistora spočíva v tom, že okraje malých polovodičových kryštálov vo vnútri spojovacej hmoty sú vo vzájomnom kontakte a tvoria vodivé obvody. Keď nimi prechádza prúd určitej veľkosti, dochádza k lokálnemu prehrievaniu kryštálov a znižuje sa odpor obvodov. Tento jav vysvetľuje nelinearitu CVC varistora.
Jedným z hlavných parametrov varistora spolu s efektívnou odozvou napätia je koeficient nelinearity, ktorý udáva pomer statického odporu k dynamickému odporu. Pri varistoroch na báze oxidu zinočnatého sa tento parameter pohybuje od 20 do 100. Čo sa týka teplotného koeficientu odporu varistora (TCR), je zvyčajne záporný.
Varistory sú kompaktné, spoľahlivé a dobre fungujú v širokom rozsahu prevádzkových teplôt.Na doskách plošných spojov a v SPD nájdete malé kotúčové varistory s priemerom 5 až 20 mm. Na odvádzanie vyšších výkonov sa používajú blokové varistory s celkovými rozmermi 50, 120 a viac milimetrov, schopné rozptýliť kilojouly energie v impulze a prechádzať nimi prúdy desaťtisíc ampérov, pričom nestrácajú účinnosť.
Jedným z najdôležitejších parametrov každého varistora je doba odozvy. Typická doba aktivácie varistora síce nepresahuje 25 ns a v niektorých obvodoch je to postačujúce, no na niektorých miestach, napríklad na ochranu pred elektrostatikou, je potrebná rýchlejšia odozva, nie viac ako 1 ns.
V súvislosti s touto potrebou smerujú poprední svetoví výrobcovia varistorov svoje úsilie na zvýšenie ich výkonu. Jedným zo spôsobov, ako dosiahnuť tento cieľ, je znížiť dĺžku (resp. indukčnosť) vývodov viacvrstvových komponentov. Takéto varistory CN už zaujali dôstojné miesto v ochrane pred statickým výstupom integrovaných obvodov.
Menovité napätie DC varistora (1 mA) je podmienený parameter, pri tomto napätí prúd cez varistor neprekročí 1 mA.Menovité napätie je uvedené na označení varistora.
ACrms je efektívna odozva striedavého napätia varistora. DC – ovládanie jednosmerným napätím.
Okrem toho je štandardizované maximálne prípustné napätie pri danom prúde, napríklad V @ 10A. W je menovitý stratový výkon komponentu. J je maximálna energia jedného absorbovaného impulzu, ktorá určuje čas, počas ktorého bude varistor schopný rozptýliť menovitý výkon, pričom zostane v dobrom stave. Ipp — špičkový prúd varistora, normalizovaný časom nábehu a trvaním absorbovaného impulzu, čím dlhší je impulz, tým nižší je prípustný špičkový prúd (meraný v kiloampéroch).
Na dosiahnutie väčšieho rozptylu výkonu je povolené paralelné a sériové pripojenie varistorov. Pri paralelnom zapojení je dôležité zvoliť varistory čo najbližšie k parametrom.