Важно помнить, что исправность тестируемого при помощи мультиметра варистора может быть определена только приблизительно, в соответствии с величиной измеренных показателей и уровнем сопротивления.

Расшифровка результата

Показатели замеряемого сопротивления перегоревшего варистора всегда превышают 100 Ом.

В этом случае удаляются свинцовые остатки, после чего от схемы аккуратно отсоединяется сам варистор.

Извлеченный элемент заменяется новым, с аналогичными параметрами. Тестируемые мультиметром элементы, обладающие сопротивлением более 1 млн Ом, замене не подлежат.

Процесс монтажа люстры зависит от типа прибора. Прежде чем выяснить, как собрать люстру, нужно разобраться с конструкцией прибора.

Схема энергосберегающей лампы и типы ламп вы найдете в этом материале.

Видео на тему

Как проверить варистор мультиметром: инструкция

Как гласит вездесущая Википедия — варистор — это резистор, сопротивление которого способно изменяться в зависимости от входящего на него напряжения, обладает нелинейной характеристикой и имеет два вывода. Может резко уменьшать сопротивление в случае увеличения величины подаваемого на него напряжения.  В нашей статье, мы расскажем, как использовать мультиметр в проверке варистора, если есть подозрения, что он вышел из строя.

Свойства варистора

Основное свойство варистора заключается в его особенности сокращать своё собственное сопротивление в зависимости от поступающего на него напряжения. Чем выше подаётся напряжение, тем более меньшим сопротивлением он начинает обладать.  Варисторы подключаются в электрическую плату параллельно защищаемому устройству, в штатном режиме варистор работает при номинальном напряжении того устройства, которое он защищает.

В обычном режиме электричество проходящее сквозь варистор ничтожно мало, и поэтому он в подобных условиях выполняет роль изолятора.

Если возникает резкий скачок электричества варистор из-за нелинейной своей характеристики мгновенно сокращает значение своего сопротивления до десятых долей Ома и снимает нагрузку с общей сети, защищая ее, излучая теплом излишек полученной энергии. В подобных ситуациях сквозь варистор может мгновенно проходить напряжение силой в тысячи ампер.

Варистор совершенно безынерционный прибор, как только увеличивается напряжение в сети, в нём тотчас же падает его сопротивление.

Принцип действия и применение

Варисторы, это особый вид резисторов, главное свойство которых, способность менять свое напряжение в диапазоне от тысячи мега Ом, до нескольких десятков  Ом при подаче через них тока, сила которого выше их пороговой величины.

Благодаря параллельному включению их в цепь, в случае резкого скачка напряжения весь ток проходит сквозь варисторы, минуя основную цепь прибора.

Точно, как и газоразрядник, варистор прибор многократного использования, только он намного быстрее возвращает свое первоначальное значение сопротивления падения напряжения.

После изучения теоретических основ, можно заняться тестированием

Проведение проверки варистора мультиметром

Для проведения этой уникальнейшей операции, нам необходимы следующие приспособления:

• Первым делом, конечно же отвертка (обычно требуется фигурная). Чтобы пробраться до платы, необходимо вскрыть корпус устройства, а тут как известно без неё не обойтись.
• Требуется запастись будет еще и щёткой.  Она нужна будет, чтобы очистить плату от накопившейся пыли. Из практики уже известно, что в блоках питания всегда ее скапливается очень много, особенно если устройство оснащено собственным охлаждением (вентилятором), характерный пример, – блок питания компьютера.
• Важная вещь в подобной процедуре — паяльник. Без него никак. Нужно отпаять и обратно припаять варистор. Как правило внутри силовых блоков большие дорожки на платах и совершенно нет мелких деталей, поэтому можете смело пользоваться паяльником до 75 Вт.
• Канифоль и припой (наверное, наиболее необходимое. Припаять обратно деталь без них не получится).
• Мультиметр (электронный или аналоговый), чтобы иметь возможность замерить сопротивление.

Как только весь инструментарий будет готов, можно приступать к операции. Главное придерживайтесь схемы и все получится как нужно:

1.  Вскрываем устройство. Детально рассказать, как это сделать сложновато, ведь конструкции разных приборов разнятся между собой. В любом случае, всю эту техническую информацию Вы можете найти в паспорте устройства, в интернете (на различных тематических форумах и сайтах).
2. Как только доберётесь до печатной платы, постарайтесь очистить её от пыли. Работайте как можно более аккуратно, чтобы не нанести вред радиодеталям. Отмечены случаи, когда излишнее усердие наносило больше вреда, чем пользы, так как щетина на щетке царапала тот или иной компонент схемы.
3. Когда с пылью будет покончено, найдите варистор. Его отличает настолько специфический вид, что перепутать его невозможно.
4. Найдя на плате варистор, прежде всего тщательно осмотрите его. Если видны трещинки, какие-либо сколы, либо другие механические повреждения корпуса, то это уже говорит о неисправности.
5. Если были обнаружена какие-либо нарушения целостности корпуса, то выпаиваем повреждённый элемент, а вместо него ставим точно такой же или аналогичный. Найти замену Вы можете самостоятельно, ориентируясь на указанную на варисторе информацию, либо обратитесь к специалисту.
6. Если при тщательном зрительном осмотре видимых повреждений не обнаружено, то следует пустить в ход мультиметр, конечно предварительно будет необходимо выпаять деталь с платы. Цепляем щупы мультиметра к нашей детали и выставляем режим замера максимального сопротивления.
7. Щупы тестера прижимаем к ножкам варистора и замеряем сопротивление. В идеале мультиметр должен показать высокие значения до бесконечности. Если перед Вами другое значение, то это говорит о неисправности варистора и его необходимо заменить.
8. Во время измерений, внимательно следите, чтобы не коснуться руками щупов мультиметра. Иначе он будет показывать сопротивление вашего тела. Если есть необходимость заменяем варистор и собираем корпус устройства обратно.

Измерение сопротивления и проверка варистора, может быть осуществлена двумя способами.

Вариант 1

Первоначально проводим визуальный осмотр. Для этого отключаем аппарат от питания, вскрываем корпус и определяем где находится предохранитель. Далее извлекаем его и проверяем.  Если предохранитель перегорел или негоден, то он заменяется. И только когда мы проверили предохранитель и заменили, переходим к нахождению и тестированию варистора. Его сложно не заметить, так как он выкрашен обычно в красные, синие или жёлтые цвета. Это маленький дискообразный элемент. Обычно крепится на предохраняющем держателе.

Далее отсоединяем любой из проводов, для этого нагреваем его паяльником и извлекаем варистор с платы при помощи плоскогубцев.

Сама проверка основана на замере показателя сопротивления: включаем тестер, переводим его в позицию замера сопротивления; фиксируем жала щупов на выводах варистора.  Далее проводится замер.

Вариант 2

Другой способ берет за основу данные из инструкции или спецификации устройства для определения показателей нормальной работы варистора. За символом «CH», которым обозначается нелинейное сопротивление, указано значение, которое производитель заложил в конструкцию или которые свойственны тому материалу, из которого изготовлен варистор. Значения, сопровождаемые маркировкой «B±…%», показывают уровень предельного сопротивления и допуск.

Если для элемента не предоставлена спецификация, наиболее подходящим будет именно первый вариант.

Трактовка результатов

Проведя наружный осмотр и проверку мультиметром, мы можем определиться с исправностью детали либо убедиться в необходимости его замены. Сопротивление неисправного варистора как правило выше 100 Ом. Если в результате тестирования прибор показывает свыше 1 миллиона Ом, то такой варистор замене не подлежит.

Как проверить варистор мультиметром?

Проверка варистора с помощью тестера или мультиметра – это полезный навык для радиолюбителей и людей, которые сами с руками и любят заняться ремонтом сломанной техники самостоятельно. Речь об этом пойдет в данной статье. Для чего предназначен варистор и что он делает, достаточно подробно расписано в данной статье – статья о варисторе.

Но немного вспомним: варистор предназначен для защиты переменных либо постоянных цепей от перенапряжения. Он стоит параллельно защищаемой цепи и в обычном состоянии имеет высокое сопротивление. При достижении порогового напряжения, которое зависит от марки варистора, у него понижается сопротивление с очень большого, до очень маленького. Варистор поглощает это перенапряжение и рассеивает его в атмосфере в виде тепла. Тем самым он удаляет из схемы излишек энергии, тем самым защищает цепь от выхода из строя.

Теперь приступим к проверке. Перед тем как использовать тестер осмотрите внимательно радиоэлемент. Возможно на нем будут следы подгорания, сколы или он вовсе разломался. Внимательный осмотр избавит вас от лишнего труда, хоть проверка с помощью прибора не занимает много усилий, но все же. Так же варистор может терять свои свойства в течении времени, от внешних условий и в процессе старения – на это тоже стоит обратить внимание.

Проверка по сопротивлению

Перед проверкой нам нужно выпаять один из выводов варистора, делает это для того, чтобы предотвратить утечку тока по другим элементам цепи, что сделает наши измерения не верными, а результат будет ложным.

Теперь переключим наш мультиметр в режим измерения сопротивления на максимальное значение и измерим сопротивление варистора. Если тестер показывает единицу, либо очень высокое сопротивление(МоМы) – то варистор исправен. Но если там низкое сопротивление, то такой радиоэлемент использовать не стоит, иначе в аварийном режиме может сгореть вся схема.

Проверка по ёмкости

Если ваш прибор обладает такой функций как проверка емкости, то вы можете попробовать второй метод проверки исправности варистора, но для этого нужно иметь справочник. У каждого варистора есть своя емкость. Смотрим указанную для вашей модели и сравниваем справочное значение в реальным. Если емкость примерно такая (не стоит забывать о отклонениях), как указана в описании, то варистор тоже исправен.

Заключение

Мы разобрали два варианта как прозвонить варистор с помощью тестера. Кроме мультиметра можно использовать приборы для измерения сопротивления или емкости. Как видно, ничего сложного в этом нет.

ПрактикаКак проверить диодный мост мультиметром?

просто и доступно о радиоэлементе

Автор Aluarius На чтение 3 мин. Просмотров 3.2k. Опубликовано 10.06.2016

Скачки напряжения – бич электрических сетей, поэтому существует различные приборы, которые защищают последние от перепадов. Так как скачки могут быть разными по величине, то и приборы специально подбираются под данное значение. К примеру, варисторы устанавливаются в электрических цепях для их защиты от скачков значительной величины. Но, как и все элементы, варисторы иногда выходят из строя, и причин тому несколько. Но нас в этой статье будет интересовать другой вопрос – как проверить варистор мультиметром? На него и будем отвечать, дополняя информацией о самом радиоэлементе.

Защита электрических схем

Перед тем как отвечать на вопрос, как проверить варистор, необходимо понять, в каких конкретных целях он используется. Наверное, не стоит говорить о том, что защита электрических цепей – это основное требование их корректной работы. Все дело в том, что проводка и приборы в сети обладают определенной изоляцией, которая соответствует номинальному напряжению. То есть, превышение этого показателя тут же влияет на качество изоляции. И если высокое напряжение будет действовать долго, то изоляция будет пробита. Так что до короткого замыкания не так и долго остается.

Но существует такое понятие, как рабочее напряжение. Оно отличается от номинального, и разница (в большую или меньшую сторону) не должна превышать определенный уровень, который обычно называется максимальное рабочее напряжение. В электрических сетях появляются и другие разновидности, которые действуют краткосрочно, правда их величина может быть очень большой. Такое напряжение называется импульсным. Именно для защиты от него в электрические сети устанавливается варистор.

Варистор – применение и проверка

Варистор – это полупроводниковый резистор нелинейного типа. Принцип работы варистора очень прост. Его обычно подключают к защищаемой цепи, участку, приборам параллельно. Он совершенно бездействует, пока в цепи напряжение не переходит черту максимально допустимого значения. То есть, когда возникает импульс, сопротивление самого радиоприбора резко уменьшается, через него проходит ток, нагрузка шунтируется и поглощенная таким образом электроэнергия переходит в энергию тепловую.

Проверка варистора мультиметром

Теперь о том, как правильно проверить данный радиоприбор на его пригодность. Самый лучший вариант – это проверка мультиметром. Варисторы проверяются на сопротивление. Если эта характеристика, показываемая мультиметром, большая, то сам прибор находится в отличном состоянии. Если величина малая, то этот элемент лучше нигде не использовать.

Итак, давайте рассмотрим, как пользоваться мультиметром, для определения сопротивления. Запомните, что этот тестовый прибор может измерять напряжение и силу тока. Напомним, что при проверке постоянного напряжения, тестер выставляется в позицию «ACV», при проверке переменного в позицию «DCV». Но нас интересует именно проверка сопротивления.

Если варистор впаян в схему, то его один конец надо обязательно отпаять, чтобы другие элементы цепи не влияли на корректность снятия показаний. Тестер переключается в режим сопротивления. С помощью рукоятки на мультиметре выставляется величина, обозначенная в кОм, соответствующая величине сопротивления самого варистора, которое указывается на корпусе прибора. Обязательно надо учитывать допуск величины. К примеру, если данный показатель варистора составляет 200 кОм, то с учетом допуска (15%) проверку можно проводить в пределах от 170 до 230 кОм. Если выявляется, что параметр элемента больше или меньше этих значений, то его можно считать неисправным.

Как проверить варистор тестером — Морской флот

Если при ремонте кондиционера вы обнаружили на плате сгоревший предохранитель не спешите его тут же менять, вначале выясните причину по которой он сгорел.

Скорее всего это произошло из-за скачков напряжения в сети.

При измерении в сети напряжение питания оно постоянно колеблется,причём не всегда в пределах безопасных для кондиционеров.

Плюс к этому в сети всегда присутствуют короткие импульсы напряжением в несколько киловольт. Происходит это из-за постоянного отключения и включения индуктивной и ёмкостной нагрузки (электродвигатели,трансформаторы и т. д.), а также из-за атмосферного электричества.

Кондиционеры, как и любую другую электронную технику защищают на этот случай варисторами. Точнее электронную начинку кондиционера-плату управления.

Стандартная схема подключения варистора

параллельно защищаемой нагрузке подключают варистор VA1, а перед ним ставят предохранитель F1:

Принцип действия варистора

По сути варистор представляет собой нелинейный полупроводниковый резистор, проводимость которого зависит от приложенного к нему напряжения. При нормальном напряжении варистор пропускает через себя пренебрежительно малый ток, а при определённом пороговом напряжении он открывается и пропускает через себя весь ток. Таким образом он фильтрует короткие импульсы, если же импульс будет более длинным, и ток идущий через варистор превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то он попросту сгорит, обесточив и защитив нагрузку.

Маркировка варисторов

Существует огромное количество варисторов разных производителей, с разным пороговым напряжение срабатывания и рассчитанные на разный ток. Узнать какой стоял варистор можно по его маркировке. Например маркировка варисторов CNR:

CNR-07D390K , где:

• CNR- серия, полное название CeNtRa металлоксидные варисторы
• 07- диаметр 7мм
• D – дисковый
• 390 – напряжение срабатывания, рассчитываются умножением первых двух цифр на 10 в степени равной третьей цифре, то есть 39 умножаем на 10 в нулевой степени получатся 39 В, 271-270 В и т. д.
• K – допуск 10 %, то есть разброс напряжения может колебаться от номинального на 10 % в любую сторону.

Как же найти на плате варистор?

По схеме приведённой выше, видно что этот элемент находится рядом с предохранителем в месте прихода на плату проводов питания. Обычно это диск жёлтого или тёмно-зелёного цвета.

На фото варистор указан красной стрелкой. Можно было подумать что варистор это синяя деталь, покрытая чёрной копотью, но на увеличении видно трещины на корпусе варистора, от которого покрылись нагаром расположенные рядом детали.Хорошо это видно и с обратной стороны, где написаны условные обозначения. Даже если их не будет, распознать варистор можно, зная что он подсоединён параллельно нагрузке или по маркировке на его корпусе.

VA1- это варистор, а синяя деталь рядом это конденсатор-С70.

Не путайте их, по форме они одинаковые, так что ориентируйтесь на маркировку и условные обозначения на плате.

После того как вы нашли варистор, его нужно выпаять, чтобы потом на его место установить новый.Для выпаивания варисторов я обычно использую газовый паяльник, потому что не всегда в месте ремонта есть электропитание – на строящемся объекте, на крыше, например.Ещё очень удобно пользоваться оловоотсосом -разогреть место пайки и оловоотсосом удалить расплавившийся припой.

Но для этих целей вполне подойдёт пинцет или обычные плоскогубцы-нужно захватить ножку детали и вытянуть когда припой расплавится.Если у вас плохо плавится припой, то скорее всего он на плате высокотемпературный-так называемый бессвинцовый (может заметили на моей плате надпись PbF – плюмбум фри). В этом случае нужно или увеличить температуру жала паяльника или же капнуть сверху другого более низкотемпературного, место пайки расплавится и можно будет удалить деталь. После этого вставляем новый варистор и припаиваем его.

Для пайки очень удобно пользоваться припоем в виде проволоки у которого внутри уже есть флюс.

Ещё обратите внимание, что большинство плат – двусторонние, поэтому припаивать ножки детали нужно с обеих сторон платы, так как нередко бывает что ножка детали выполняет роль перемычки между дорожками с разных сторон платы.

После замены варистора остаётся только поставить новый предохранитель и установить плату на место.

Обычно в платах кондиционера стоят варисторы на напряжение 470 В, и предохранители номиналом от 0.5 А до 5 А. Поэтому рекомендую всегда иметь при себе небольшой запас этих деталей.

Для тех, кто хочет нагляднее увидеть процесс , выкладываю видео урок:

Для тех кому требуется отремонтировать плату, путём замены варистора, помогут наши сервисные специалисты, цены смотрите здесь.

Проверка варистора с помощью тестера или мультиметра – это полезный навык для радиолюбителей и людей, которые сами с руками и любят заняться ремонтом сломанной техники самостоятельно. Речь об этом пойдет в данной статье.

Для чего предназначен варистор и что он делает, достаточно подробно расписано в данной статье – статья о варисторе.

Но немного вспомним: варистор предназначен для защиты переменных либо постоянных цепей от перенапряжения. Он стоит параллельно защищаемой цепи и в обычном состоянии имеет высокое сопротивление. При достижении порогового напряжения, которое зависит от марки варистора, у него понижается сопротивление с очень большого, до очень маленького. Варистор поглощает это перенапряжение и рассеивает его в атмосфере в виде тепла. Тем самым он удаляет из схемы излишек энергии, тем самым защищает цепь от выхода из строя.

Теперь приступим к проверке. Перед тем как использовать тестер осмотрите внимательно радиоэлемент. Возможно на нем будут следы подгорания, сколы или он вовсе разломался. Внимательный осмотр избавит вас от лишнего труда, хоть проверка с помощью прибора не занимает много усилий, но все же. Так же варистор может терять свои свойства в течении времени, от внешних условий и в процессе старения – на это тоже стоит обратить внимание.

Проверка по сопротивлению

Перед проверкой нам нужно выпаять один из выводов варистора, делает это для того, чтобы предотвратить утечку тока по другим элементам цепи, что сделает наши измерения не верными, а результат будет ложным.

Теперь переключим наш мультиметр в режим измерения сопротивления на максимальное значение и измерим сопротивление варистора. Если тестер показывает единицу, либо очень высокое сопротивление(МоМы) – то варистор исправен. Но если там низкое сопротивление, то такой радиоэлемент использовать не стоит, иначе в аварийном режиме может сгореть вся схема.

Проверка по ёмкости

Если ваш прибор обладает такой функций как проверка емкости, то вы можете попробовать второй метод проверки исправности варистора, но для этого нужно иметь справочник. У каждого варистора есть своя емкость. Смотрим указанную для вашей модели и сравниваем справочное значение в реальным. Если емкость примерно такая (не стоит забывать о отклонениях), как указана в описании, то варистор тоже исправен.

Заключение

Мы разобрали два варианта как прозвонить варистор с помощью тестера. Кроме мультиметра можно использовать приборы для измерения сопротивления или емкости. Как видно, ничего сложного в этом нет.

Причины неисправности

Варисторы устанавливают параллельно защищаемой цепи, а последовательно с ним ставят предохранитель. Это нужно для того, чтобы, когда варистор сгорит, при слишком сильном импульсе перенапряжения сгорел предохранитель, а не дорожки печатной платы.

Единственной причиной выхода из строя варистора является резкий и сильный скачок напряжения в сети. Если энергия этого скачка большая, чем может рассеять варистор — он выйдет из строя. Максимальная рассеиваемая энергия зависит от габаритов компонента. Они отличаются диаметром и толщиной, то есть, чем они больше — тем больше энергии способен рассеять варистор.

Скачки напряжения могут возникать при авариях на ЛЭП, во время грозы, при коммутации мощных приборов, особенно индуктивной нагрузки.

Способы проверки

Любой ремонт электроники и электрооборудования начинается с внешнего осмотра, а потом переходят к измерениям. Такой подход позволяет локализовать большую часть неисправностей. Чтобы найти варистор на плате посмотрите на рисунок ниже — так выглядят варисторы. Иногда их можно перепутать с конденсаторами, но можно отличить по маркировке.

Если элемент сгорел и маркировку прочесть невозможно — посмотрите эту информацию на схеме устройства. На плате и в схеме он может обозначаться буквами RU. Условное графическое обозначение выглядит так.

Есть три способа проверить варистор быстро и просто:

1. Визуальный осмотр.
2. Прозвонить. Это можно сделать муьтиметром или любым другим прибором, где есть функция прозвонки цепи.
3. Измерением сопротивления. Это можно сделать омметром с большим пределом измерений, мультиметром или мегомметром.

Варистор выходит из строя, когда через него проходит большой или длительный ток. Тогда энергия рассеивается в виде тепла, и если её количество больше определённого конструкцией — элемент сгорает. Корпус этих компонентов выполняется из твердого диэлектрического материала, типа керамики или эпоксидного покрытия. Поэтому при выходе из строя чаще всего повреждается целостность наружного покрытия.

Можно визуально проверить варистор на работоспособность — на нем не должно быть трещин, как на фото:

Следующий способ — проверка варистора тестером в режиме прозвонки. Сделать это в схеме нельзя, потому что прозвонка может сработать через параллельно подключенные элементы. Поэтому нужно выпаять хотя бы одну его ножку из платы.

Важно: не стоит проверять элементы на исправность не выпаивая из платы – это может дать ложные показания измерительных приборов.

Так как в нормальном состоянии (без приложенного к выводам напряжения) сопротивление варистора большое — он не должен прозваниваться. Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра.

На большинстве мультиметров режим прозвонки совмещен с режимом проверки диодов. Его можно найти по значку диода на шкале селектора режимов. Если рядом с ним есть знак звуковой индикации — в нем наверняка есть и прозвонка.

Другой способ проверки варистора на пробой мультиметром является измерение сопротивления. Нужно установить прибор на максимальный предел измерения, в большинстве приборов это 2 МОма (мегаомы, обозначается как 2М или 2000К). Сопротивление должно быть равным бесконечности. На практике оно может быть ниже, в пределах 1-2 МОм.

Интересно! То же самое можно сделать мегаомметром, но он есть далеко не у каждого. Стоит отметить, что напряжение на выводах мегаомметра не должно превышать классификационное напряжение проверяемого компонента.

На этом заканчиваются доступные способы проверки варистора. В этот раз мультиметр поможет радиолюбителю найти неисправный элемент, как и в большом количестве других случаев. Хотя на практике мультиметр в этом деле не всегда нужен, потому что дело редко заходит дальше визуального осмотра. Заменяйте сгоревший элемент новым, рассчитанным на напряжение и диаметром не меньше чем был сгоревший, иначе он сгорит еще быстрее предыдущего.

как решения для снижения шума двигателей | Руководство по решению

Руководство по решению

Руководство по кольцевым варисторам как средствам устранения шума двигателя — Обзор

Многие небольшие двигатели постоянного тока с щетками и постоянными магнитами для полевых магнитов используются в таких устройствах, как дворники, электрические стеклоподъемники и сиденья с электроприводом в автомобилях. Двигатель постоянного тока с маленькими щетками прост по конструкции, дешев и имеет большой пусковой момент. Но когда он вращается, в месте соприкосновения щеток и коммутаторов возникает искра.Это вызывает шум и изнашивает кисти. Кольцевой варистор можно прикрепить к коммутатору и использовать в качестве устройства защиты от перенапряжения для поглощения и уменьшения шума и защиты контактов.

TDK используется полупроводниковый керамический материал на основе титаната стронция, электрические и физические характеристики которого значительно улучшены по сравнению с традиционными уровнями. Эта линейка охватывает широкий спектр форм и размеров, а также стандартные размеры для удовлетворения различных требований.Такая гибкость и простота использования — большие преимущества для этой линейки.

Что такое варистор?

Термин «варистор» происходит от «переменного резистора», что означает компонент, значение сопротивления которого изменяется в зависимости от напряжения. Поддерживается высокое значение сопротивления и почти не проходит электрический ток, пока напряжение не достигнет определенного значения (напряжения варистора). Когда напряжение превышает это значение, значение сопротивления внезапно падает, и пропускается большой электрический ток.Это свойство позволяет использовать его в качестве устройства защиты от перенапряжения для предотвращения неисправности схемы и разрушения ИС из-за выброса аномально высокого напряжения. Для электронных устройств используется много варисторов дискового типа и многослойного чипа. В двигателях постоянного тока с щетками, используемых для автомобильных компонентов и т.п., тонкие кольцевые варисторы широко используются для снижения шума и защиты контактов.

Роль кольцевых варисторов в микродвигателях

Кольцевой варистор прикреплен к коммутатору двигателя постоянного тока с помощью щеток.Коммутатор — это устройство, которое переключает направление тока в соответствии с вращением ротора. В точке соприкосновения коллектора с щеткой высокое импульсное напряжение, возникающее в момент переключения направления тока, вызывает искру, которая приводит к шуму и износу щетки. Кольцевой варистор поглощает импульсное напряжение и предотвращает искру (Рисунок 1).

Рисунок 1: Конструкция и принцип действия кольцевого варистора

Противодействие шуму в автомобильных двигателях постоянного тока (1): решение проблемы шума двигателя с помощью кольцевых варисторов

могут быть легко и компактно прикреплены к коммутатору двигателя постоянного тока и обеспечивают отличное шумопоглощение и подавление, а также защиту от прикосновения.Доступны типы электродов с плоской поверхностью, электроды которых сформированы на поверхности варисторного элемента кольцевой формы, и типы электродов с боковой поверхностью, электроды которых сформированы на внешней окружности варисторного элемента. Каждый варистор имеет 3, 5, 6 или 7 электродов в зависимости от количества электродов коммутатора. Варисторы с плоскими электродами (VAR-18-P) и варисторы с боковыми электродами (VAR-18-S) от TDK поставляются с различными количествами электродов и различными размерами.Мы можем предоставить совместимые варисторы практически для всех небольших двигателей постоянного тока, включая автомобильные двигатели постоянного тока.

Меры противодействия шуму в автомобильных двигателях постоянного тока (2): решение за счет комбинации с MLCC с погруженным радиальным выводом

TDK также предлагает более эффективные меры противодействия шумам для автомобильных двигателей постоянного тока за счет комбинации кольцевого варистора и другого компонента. Конденсаторы также используются в качестве средств защиты от шума для автомобильных двигателей постоянного тока. Для этой цели MLCC (многослойные керамические чип-конденсаторы) с загнутыми радиальными выводами, которые могут быть легко и надежно соединены сваркой или обжатием, намного более эффективны, чем стандартные MLCC, которые припаяны на печатной плате.Одна из сильных сторон TDK заключается в том, что мы производим и поставляем как кольцевые варисторы, так и MLCC с загнутыми радиальными выводами. Мы предлагаем решения, отвечающие требованиям наших клиентов, благодаря нашему обширному ассортименту продукции.

Что касается свинцовых конденсаторов, мы предлагаем новую серию безгалогенных конденсаторов, продукты которой демонстрируют очень эффективные характеристики в качестве средств противодействия акустическому шуму, деформации печатной платы, шуму двигателя постоянного тока и т.п.

• Электрод плоской поверхности типа
  VAR-18-P
• Электрод боковой поверхности типа
  VAR-18-S

Простые и эффективные решения для снижения шума двигателя с использованием кольцевых варисторов

Ниже приведены принципы и характеристики варисторов, а также подробные сведения о шумовых решениях для автомобильных двигателей постоянного тока, предлагаемых кольцевыми варисторами TDK.

1．Материал и характеристики варистора

Специальная полупроводниковая керамика, не подчиняющаяся закону Ома

Рисунок 2: Вольт-амперные характеристики варисторов

Чистый резистивный элемент подчиняется закону Ома, V = RI (V: напряжение, R: сопротивление, I: ток). Ток увеличивается пропорционально приложенному напряжению и отображается на графике в виде прямой линии. Однако некоторые резистивные элементы не подчиняются закону Ома, и их сопротивление изменяется в зависимости от приложенного напряжения.Варистор использует эту характеристику. Он поглощает нерегулярно генерируемое высокое напряжение, такое как импульсное напряжение и электростатические разряды (электростатические разряды), и разряжает их на землю.

Вольт-амперная характеристика варистора аппроксимируется формулой I = KV ^α . K — постоянная величина, а α — коэффициент нелинейности напряжения (коэффициент α). Коэффициент α равен 1 для чисто резистивного элемента, но больше 1 для варистора. Чем больше значение, тем больше нелинейная вольт-амперная характеристика отклоняется от закона Ома (рисунок 2).Полупроводящая керамика, такая как ZnO (оксид цинка) и SrTiO ₃ (титанат стронция), используется в качестве материалов варисторов.

2. Противодействие шуму в автомобильных двигателях постоянного тока (1): решение, предлагаемое кольцевым варистором

Подавляет широкий спектр шумов для предотвращения негативного воздействия на автомобильные электронные устройства

Благодаря недавним улучшениям в безопасности и удобстве, количество небольших двигателей постоянного тока, используемых в некоторых автомобилях, увеличилось до более чем 100. Автомобильный двигатель постоянного тока может оказывать негативное влияние на электронное устройство.Например, работа дворников в автомобиле может вызывать шум, который можно услышать по радио. Это вызвано искровым разрядом в точке контакта между коммутатором двигателя постоянного тока и щеткой. Шум варьируется от низкой до высокой. В качестве меры противодействия шуму в автомобильных двигателях постоянного тока широко используются кольцевые варисторы, а также такие компоненты, как конденсаторы, особенно в небольших двигателях постоянного тока (рис. 3).

Рисунок 3: Устройства с электрическим приводом с небольшими двигателями постоянного тока, для которых можно использовать кольцевые варисторы

Характеристики кольцевых варисторов TDK

В серии VAR-18 TDK предлагает различные кольцевые варисторы, использующие полупроводниковый керамический материал SrTiO ₃ (титанат стронция).Основные характеристики, а также электрические и физические характеристики кольцевых варисторов TDK описаны ниже.

● Комбинированные функции поглотителя перенапряжения и байпасного конденсатора

SrTiO ₃ — это материал с высокой диэлектрической проницаемостью в широком диапазоне температур. Использование материала с высокой диэлектрической проницаемостью в варисторе позволяет получить варистор с большой емкостью и большим коэффициентом α.Для напряжения высокого уровня, такого как скачок, он работает как варистор, а для напряжения низкого уровня он работает как конденсатор и подавляет компонент шума, отправляя его на землю. Другими словами, он имеет характеристики как поглотителя перенапряжения, так и байпасного конденсатора.

● Медные электроды и керамический элемент с отличной термостойкостью и прочностью на изгиб

В кольцевых варисторах

TDK используются медные электроды и керамический элемент с превосходной термостойкостью и прочностью на изгиб.В результате нет необходимости беспокоиться об эрозии электродов или термических трещинах — даже при более высоких температурах пайки, которые используются при бессвинцовой пайке. Керамический элемент обладает отличной прочностью на изгиб и подходит для автоматизированной сборки двигателей.

● Температурная характеристика напряжения варистора положительная

Температурная характеристика кольцевого варистора TDK положительна, что означает, что значение его сопротивления увеличивается с повышением температуры.Это исключает риск снижения напряжения варистора при высоких температурах и, как следствие, больших токов, протекающих через варистор. Нет необходимости идти на компромисс с уровнями снижения шума при установке более высокого напряжения варистора комнатной температуры (значение E ₁₀ ), что дает преимущество в конструкции. Кроме того, это устраняет проблему увеличения уровня шума при низких температурах и отрицательного влияния на срок службы двигателя.

● Превосходное поглощение и подавление шума в различных частотных диапазонах, достигаемое за счет оптимальной емкости и коэффициента α

Для небольшого маломощного двигателя постоянного тока только кольцевой варистор достаточно эффективен для подавления высокочастотного радиационного шума (рис. 4).

Рисунок 4: Подавление шума с помощью кольцевого варистора

3. Противодействие шуму в автомобильных двигателях постоянного тока (2): решение за счет комбинации с MLCC с загнутыми радиальными выводами

Легко и надежно устанавливается в небольших помещениях без использования печатных плат

Комбинация кольцевого варистора и электронного компонента, такого как конденсатор, обеспечивает более эффективное решение проблемы шума двигателя постоянного тока. Как правило, в качестве меры противодействия шуму для электронных устройств используются компоненты SMD, такие как MLCC (многослойные керамические конденсаторы микросхемы).Однако использование печатной платы для монтажа SMD-компонентов автомобильного двигателя постоянного тока вызывает различные проблемы, включая ограничения пространства, увеличение затрат и ухудшение эффектов шумоподавления из-за проводов. Компоненты с подводящими проводами в последнее время привлекают внимание как способ решения этих проблем.

, припаянные к автомобильным печатным платам, которые используются в неблагоприятных условиях, часто подвергаются термическим и механическим нагрузкам и имеют риск растрескивания припоя и т. Д. С другой стороны, компоненты с подводящими проводами можно легко и надежно установить в небольших помещениях. сваркой или обжимкой.Это обеспечивает высокую надежность и может решить проблемы нехватки места и затрат. Компоненты с подводящими проводами имеют то преимущество, что их можно использовать без печатной платы.

На рисунке 5 показан пример кольцевого варистора и MLCC с загнутыми радиальными выводами, установленными в небольшом двигателе постоянного тока. Два MLCC с загнутыми радиальными выводами приварены к небольшому щеткодержателю. MLCC с погруженными радиальными выводами покрыты смолой. Таким образом, они могут соответствовать требованиям по устойчивости к атмосферным воздействиям, влагостойкости и т. Д.

Рисунок 5: Решение проблемы шума двигателя за счет комбинации MLCC с загнутыми радиальными выводами и кольцевого варистора

отменяет требования CISPR 25, класс 5, чрезвычайно строгие правила по шуму

Двигатель постоянного тока излучает два типа шума: шум проводимости и шум излучения. Как показано на графиках на рисунке 6, комбинация кольцевого варистора и MLCC с загнутыми радиальными выводами может значительно подавить как шум проводимости, так и радиационный шум, обеспечивая соответствие CISPR 25 Class 5, чрезвычайно жесткому регулированию шума транспортных средств.

Кроме того, моторные блоки для таких систем, как система трансмиссии и система привода и рулевого управления, все чаще размещаются внутри моторных отсеков. Поэтому потребность в электронных компонентах, способных выдерживать температуру до 150 ° C, возрастает. TDK предлагает линейку различных продуктов автомобильного класса, которые могут выдерживать температуры до 150 ° C, включая MLCC с радиальными выводами погружения.

Рисунок 6: Подавление шума с использованием комбинации MLCC с загнутыми радиальными выводами и кольцевого варистора

Мы предлагаем как кольцевые варисторы, так и MLCC с загнутыми радиальными выводами

На рис. 7 показаны примеры применения кольцевых варисторов и MLCC с загнутыми радиальными выводами в автомобильных двигателях постоянного тока.С порогом от 30 до 40 мм кольцевые варисторы используются для двигателей меньшего диаметра, а MLCC с загнутыми радиальными выводами используются для двигателей большего размера. Поскольку ожидается, что в будущем нормы шума для автомобилей станут более строгими, многие ожидают, что комбинация кольцевого варистора и MLCC с радиальными выводами ближнего света будет решением проблемы шума двигателя. Одна из сильных сторон TDK как производителя электронных компонентов и устройств заключается в том, что мы производим как кольцевые варисторы, так и MLCC с радиальными выводами ближнего света.Мы можем оперативно предоставить оптимальные решения, удовлетворяющие потребности клиентов, благодаря нашей обширной линейке продуктов.

Рисунок 7: Примеры применения кольцевых варисторов и MLCC с загнутыми радиальными выводами в автомобильных двигателях постоянного тока

Руководство по решениям для снижения шума двигателя, предлагаемым кольцевыми варисторами — Заключение

TDK VAR-18 используется полупроводниковый керамический материал на основе титаната стронция, электрические и физические характеристики которого значительно улучшены по сравнению с традиционными уровнями.Это простые, легкие и эффективные защитные устройства, прикрепленные к коммутаторам двигателей постоянного тока с помощью щеток, такие как двигатели для автомобильных компонентов, которые могут предотвратить образование шума и износ. Ожидается, что в будущем для повышения безопасности и удобства правила по шуму для автомобилей ужесточатся. Комбинация кольцевого варистора и MLCC с загнутыми радиальными выводами обеспечивает соответствие стандарту CISPR 25, класс 5. Воспользуйтесь преимуществами этой превосходной производительности в своих продуктах.

《Основные характеристики, применение и характеристики кольцевых варисторов серии VAR-18 для микродвигателей》

【Основные характеристики】

• использовать полупроводниковый керамический материал, состоящий в основном из SrTiO ₃ (титанат стронция)
• используют медные электроды и керамический элемент с повышенной термостойкостью.
Керамический элемент
• обладает отличной прочностью на изгиб и подходит для автоматизированной сборки двигателей.
• выпускаются в широком диапазоне размеров, подходящих почти для всех двигателей
Модельный ряд
• включает варисторы боковых электродов, которые можно использовать с ультракомпактными микродвигателями

【Основные приложения】

• Противодействие шуму и защита от прикосновения для микродвигателей, включая автомобильные электродвигатели постоянного тока

【Основные характеристики】

• Температурная характеристика напряжения варистора (значение E ₁₀ ) положительная
• Уровень шума не усиливается при низких температурах и не влияет на срок службы двигателя
Варисторы
• имеют большую емкость, как и обычные варисторы, и превосходные функции по устранению и контролю шума в высокочастотных диапазонах.

Ассортимент продукции серии ВАР-18, кольцевые варисторы для микродвигателей

Плоский электрод типа

Электрод боковой поверхности типа

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

【Серия VAR-18, кольцевые варисторы】 Информация о продукте и образец покупки

* Пожалуйста, выберите тип и размер, подходящие для ваших приложений, чтобы повысить надежность ваших продуктов.

Плоский электрод типа

Электрод боковой поверхности типа

Роль кольцевого варистора | предоставить кольцевой варистор от Xuansn

Кольцевой варистор

Кольцевой варистор — это резистор, который изменяется с напряжением в диапазоне тока и напряжения, возможно, резистор, чувствительный к напряжению. Английское название — «резистор, зависящий от напряжения», сокращенно «VDR», возможно, называемый «варистор». Данные корпуса резистора кольцевого варистора являются полупроводниками, поэтому это тип полупроводникового резистора.Многие из используемых сегодня кольцевых варисторов из «оксида цинка» (ZnO) состоят из двухвалентного элемента (Zn) и шестивалентного элемента (O). Следовательно, с точки зрения данных, кольцевой варистор из оксида цинка является «полупроводником из оксидов II-VI групп».
Кольцевые варисторы, сокращенно VSR, представляют собой чувствительный к напряжению нелинейный полупроводниковый компонент для поддержания перенапряжения. Это обозначается текстовым символом «RV» или «R» в верхней части цепи.

Действие кольцевого варистора:

Самая большая характеристика кольцевого варистора заключается в том, что, когда приложенное к нему напряжение ниже его порогового значения, ток, протекающий через него, чрезвычайно мал, что эквивалентно закрытому клапану, и когда напряжение превышает UN, оно протекает через него.Скачки тока, эквивалентные открытию клапана. Используя эту функцию, цепь можно защитить от перенапряжения, нажав на аномальное перенапряжение, которое часто возникает в цепи. Обычно кольцевой варистор имеет высокое сопротивление при низком напряжении и переходит в состояние низкого сопротивления после превышения определенного напряжения. Он в основном используется для поддержания перенапряжения и для поглощения импульсных токов. Например, в выключателе защиты от перенапряжения в качестве чувствительного компонента используется кольцевой варистор.
Одним из параметров кольцевых варисторов является параметр напряжения. Кольцевой варистор подключается параллельно электроприбору. Если напряжение превышает свое значение, включается кольцевой варистор, и напряжение понижается для поддержания электроприбора. Когда напряжение на двух концах кольцевого варистора больше, чем сопротивление кольцевого варистора, кольцевой варистор включается, линейный ток становится большим, предохранитель сгорает, а затем прибор для обслуживания не повреждается высоким напряжением.

Варистор: определение, работа, работа и тестирование

Варистор — это устройство с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Когда напряжение, приложенное к варистору, ниже его порогового значения, ток, протекающий через него, чрезвычайно мал, что эквивалентно резистору с бесконечным сопротивлением, наоборот. Самый распространенный варистор — это металлооксидный варистор (MOV).

Каталог

Ⅰ Что такое варистор?

Варистор — это устройство с нелинейной вольт-амперной характеристикой.Он в основном используется для ограничения напряжения, когда цепь подвергается перенапряжению, и поглощения избыточного тока для защиты чувствительных устройств. Его также называют «резистор, зависимый от напряжения », сокращенно « VDR ». Материал корпуса резистора варистора — полупроводник, поэтому это разновидность полупроводниковых резисторов. Варистор «оксид цинка» (ZnO), который сейчас широко используется, имеет основной материал, состоящий из двухвалентного элемента цинка (Zn) и шестивалентного элемента кислорода (O).Таким образом, с точки зрения материалов, варистор из оксида цинка — это своего рода «оксидный полупроводник II-VI».

Варистор

Варистор — это устройство защиты с ограничением напряжения. Используя нелинейные характеристики варистора, когда между двумя полюсами варистора возникает перенапряжение, варистор может ограничивать напряжение до относительно фиксированного значения напряжения, тем самым обеспечивая защиту последующей цепи. Основными параметрами варистора являются напряжение варистора, токовая нагрузка, емкость перехода, время отклика и т. Д.

Ⅱ Как работают варисторы?

Время отклика варистора составляет нс, что быстрее, чем у газоразрядной трубки, и немного медленнее, чем у трубки TVS. Как правило, скорость срабатывания защиты от перенапряжения для электронных схем может соответствовать требованиям. Емкость перехода варистора обычно составляет от сотен до тысяч ПФ. Во многих случаях его не следует напрямую применять для защиты высокочастотных сигнальных линий. При применении для защиты цепей переменного тока большая емкость перехода увеличивает утечку.При проектировании схемы защиты необходимо полностью учитывать ток. Варистор имеет большую пропускную способность, но меньше газоразрядной трубки.

Когда напряжение, подаваемое на варистор ниже его порогового значения, ток, протекающий через него, чрезвычайно мал, что эквивалентно резистору с бесконечным сопротивлением. То есть, когда приложенное к нему напряжение ниже его порогового значения, это эквивалентно переключателю в выключенном состоянии.

Когда напряжение, приложенное к варистору, превышает его пороговое значение, ток, протекающий через него, резко увеличивается, что эквивалентно бесконечно малому сопротивлению.Другими словами, когда приложенное к нему напряжение превышает его пороговое значение, это эквивалентно переключателю в замкнутом состоянии.

Ⅲ Основные параметры варистора

Основными параметрами варистора являются номинальное напряжение, коэффициент напряжения, максимальное управляющее напряжение, коэффициент остаточного напряжения, ток утечки, ток утечки, температурный коэффициент напряжения, текущий температурный коэффициент, коэффициент нелинейности напряжения, изоляция сопротивление, статическая емкость и т. д.

1. Номинальное напряжение относится к значению напряжения на варисторе при прохождении постоянного тока 1 мА.

2. Отношение напряжений относится к соотношению значения напряжения, генерируемого, когда ток варистора составляет 1 мА, и значения напряжения, генерируемого, когда ток варистора составляет 0,1 мА.

3. Максимальное ограничивающее напряжение относится к максимальному значению напряжения, которое могут выдержать два конца варистора.

4. Коэффициент остаточного напряжения : Когда ток, протекающий через варистор, имеет определенное значение, генерируемое на нем напряжение называется этим значением тока как остаточным напряжением.Коэффициент остаточного напряжения — это отношение остаточного напряжения к номинальному напряжению.

5. Пропускная способность по току также называется пропускной способностью, которая относится к максимальному импульсному (пиковому) току, разрешенному для прохождения через варистор при определенных условиях (с заданным интервалом времени и количеством раз, применяется стандартный пусковой ток).

6. Thw ток утечки и ток ожидания относятся к току, протекающему через варистор при указанной температуре и максимальном постоянном напряжении.

7. Температурный коэффициент напряжения относится к скорости изменения номинального напряжения варистора в заданном диапазоне температур (температура 20 ~ 70 ° C), то есть, когда ток через варистор остается постоянным, относительное изменение обоих концов варистора при изменении температуры на 1 ℃.

8. Температурный коэффициент тока относится к относительному изменению тока, протекающего через варистор, когда температура на варисторе остается постоянной, а температура изменяется на 1 ° C.

9. Коэффициент нелинейности напряжения относится к отношению значения статического сопротивления к значению динамического сопротивления варистора при заданном приложенном напряжении.

10. Сопротивление изоляции относится к значению сопротивления между выводом (выводом) варистора и изолирующей поверхностью корпуса резистора.

11. Статическая емкость относится к внутренней емкости самого варистора.

Ⅳ Функция варистора

Основная функция варистора — защита переходного напряжения в цепи.По принципу работы, описанному выше, варистор эквивалентен переключателю. Только когда напряжение выше его порогового значения, а переключатель замкнут, ток, протекающий через него, резко возрастает, и влияние на другие цепи не сильно изменяется, тем самым уменьшая влияние перенапряжения на последующие чувствительные цепи. Эта функция защиты варистора может использоваться многократно, а также может быть преобразована в одноразовое защитное устройство, подобное токовому предохранителю.

Функция защиты варистора получила широкое распространение.Например, в цепи питания домашнего цветного телевизора используется варистор для выполнения функции защиты от перенапряжения. Когда напряжение превышает пороговое значение, варистор отражает его характеристики фиксации. Чрезмерное напряжение понижается, так что последующая цепь работает в безопасном диапазоне напряжений.

Варистор в основном используется для защиты от переходных перенапряжений в цепи, но из-за его вольт-амперных характеристик, аналогичных полупроводниковому стабилитрону, он также имеет множество функций элементов схемы.Например, варистор представляет собой своего рода высоковольтный стабилизирующий элемент постоянного тока с малым током-напряжением со стабильным напряжением в тысячи вольт или более, чего нельзя достичь с помощью кремниевого стабилитрона. Варистор можно использовать в качестве элемента обнаружения флуктуации напряжения, битового элемента сдвига уровня постоянного тока, флуоресцентного пускового элемента, элемента выравнивания напряжения и так далее.

Ⅴ Варистор из оксида металла

Наиболее распространенным варистором является варистор из оксида металла (MOV), который содержит керамический блок, состоящий из частиц оксида цинка и небольшого количества других оксидов металлов или полимеров, зажатых между двумя металлическими листами.На стыке частиц и соседних оксидов образуется диодный эффект. Из-за большого количества грязных частиц это эквивалентно большому количеству диодов с обратным подключением. При низком напряжении наблюдается лишь небольшая обратная утечка тока. Когда встречается высокое напряжение, происходит обратный коллапс диода из-за горячих электронов и туннельного эффекта, и течет большой ток. Следовательно, кривая вольт-амперной характеристики варистора сильно нелинейна: высокое сопротивление при низком напряжении и низкое сопротивление при высоком напряжении.

Металлооксидные варисторы в настоящее время являются наиболее распространенными устройствами ограничения напряжения и могут использоваться для различных напряжений и токов. Использование оксидов металлов в его структуре означает, что MOV очень эффективны в поглощении кратковременных скачков напряжения и имеют более высокие возможности управления энергией.

Как и обычные варисторы, металлооксидные варисторы начинают проводить при определенном напряжении и перестают проводить, когда напряжение ниже порогового. Основное различие между стандартным варистором из карбида кремния (SiC) и варистором типа MOV заключается в том, что ток утечки материала из оксида цинка через MOV очень мал при нормальных рабочих условиях, а его рабочая скорость намного выше в переходном режиме зажима.

MOV обычно имеют радиальные выводы и твердое внешнее синее или черное эпоксидное покрытие, которое очень похоже на дисковые керамические конденсаторы и может быть физически установлено на печатных платах и ​​печатных платах аналогичным образом. Типичный металлооксидный варистор имеет следующую структуру:

Металлооксидный варистор

Чтобы выбрать правильный MOV для конкретного применения, необходимо понимать полное сопротивление источника и возможную импульсную мощность переходного процесса. .Для входных линейных или фазовых переходных процессов выбор правильного MOV немного сложнее, потому что характеристики источника питания, как правило, неизвестны. Вообще говоря, электрическая защита от переходных процессов и всплесков мощности схемы выбора MOV обычно является просто обоснованным предположением.

Однако металлооксидные варисторы можно использовать для различных напряжений варисторов, от примерно 10 вольт до более 1000 вольт переменного или постоянного тока, поэтому он может помочь вам сделать выбор, зная напряжение питания.Например, выберите MOV или кремниевый варистор. Для напряжения его максимальный непрерывный корень означает квадратное номинальное напряжение, которое должно быть немного выше, чем максимальное ожидаемое напряжение источника питания. Например, источник питания на 120 вольт составляет 130 вольт среднеквадратического значения, а 230 вольт — это источник питания на 260 вольт.

Максимальное значение импульсного тока, которое будет использовать варистор, зависит от ширины переходного импульса и количества повторений импульсов. Можно сделать предположение о ширине переходного импульса, которая обычно составляет от 20 до 50 микросекунд (мкс).Если пикового значения импульсного тока недостаточно, варистор может перегреться и выйти из строя. Следовательно, если варистор работает без сбоев или деградации, он должен иметь возможность быстро рассеивать поглощенную энергию переходного импульса и безопасно возвращаться в свое предимпульсное состояние.

Ⅵ Характеристики поврежденного варистора

Резистор — это самый многочисленный компонент в электрооборудовании, но он не является компонентом с самой высокой степенью повреждения. Обрыв цепи — наиболее распространенный вид повреждения сопротивления.Редко сопротивление становится большим, и очень редко сопротивление становится маленьким. Распространенными типами являются резисторы с углеродной пленкой, резисторы с металлической пленкой, резисторы с проволочной обмоткой и резисторы с плавкими предохранителями. Наиболее широко используются первые два типа резисторов. Их характеристики повреждения — низкое сопротивление (ниже 100 Ом;) и высокое сопротивление (выше 100 Ом;). Во-вторых, при повреждении резистора с низким сопротивлением он часто сгорает и почернеет, что легко найти, а при повреждении резистора с высоким сопротивлением остается мало следов.Резисторы с проволочной обмоткой обычно используются для ограничения высокого тока, а сопротивление невелико. Когда цилиндрический резистор с проволочной обмоткой сгорит, часть его станет черным или поверхность взорвется, треснет. Цементное сопротивление — это разновидность проволочного сопротивления намотки, которое может сломаться при выгорании, иначе не останется видимых следов. Когда предохранитель перегорит, некоторые поверхности оторвутся, а на некоторых не останется следов, но они никогда не сгорят и не станут черными.

Ⅶ Как проверить варисторы?

Подключите два измерительных провода (независимо от положительного и отрицательного) к двум концам резистора, чтобы измерить фактическое значение сопротивления. Для повышения точности измерения диапазон выбран в соответствии с номиналом измеряемого сопротивления. Из-за нелинейной зависимости шкалы Ом средняя часть шкалы в порядке. Следовательно, значение указателя должно упасть, насколько это возможно, до середины шкалы, то есть в диапазоне от 20% до 80% радиана полной шкалы.В зависимости от уровня погрешности сопротивления допускается погрешность ± 5%, ± 10% или ± 20% между показанием и номинальным сопротивлением, соответственно. Если диапазон ошибок превышен, резистор изменил стандартное значение.

Для оценки варистора обычно требуется источник питания с широким диапазоном регулируемого напряжения, и он имеет хороший эффект ограничения тока. При измерении параллельно варистору подключают вольтметр с хорошей точностью.Подключите регулируемый провод питания к обоим концам варистора.

Вольтметр показывает напряжение питания. Вам следует медленно регулировать напряжение и вы увидите, что напряжение внезапно падает после достижения определенного напряжения. Напряжение в последний момент перед понижением является значением защиты варистора.

При постоянном напряжении, подаваемом на варистор, значение его сопротивления может изменяться от МОм (МОм) до МОм (Миллиом). Когда напряжение низкое, варистор работает в области тока утечки, показывая большое сопротивление, а ток утечки невелик; когда напряжение повышается до нелинейной области, ток изменяется в относительно большом диапазоне, и напряжение не изменяется сильно, показывая хорошую характеристику ограничения напряжения; когда напряжение снова повышается, варистор входит в область насыщения и имеет очень маленькое линейное сопротивление.Из-за большого тока варистор со временем перегреется и сгорит или даже лопнет.

Мультиметр

При выборе варистора необходимо учитывать особые условия цепи и, как правило, следует соблюдать следующие принципы:

(1) Выбор напряжения варистора V1mA

В соответствии с выбором напряжения источника питания, напряжение источника питания, непрерывно подаваемое на варистор, не должно превышать значение «максимального продолжительного рабочего напряжения», указанное в спецификации.То есть максимальное рабочее напряжение постоянного тока варистора должно быть больше, чем рабочее напряжение постоянного тока VIN линии питания (сигнальной линии), то есть VDC ≥ VIN; При выборе источника питания 220 В переменного тока необходимо полностью учитывать диапазон колебаний рабочего напряжения электросети. Общий диапазон колебаний внутренней электросети составляет 25%. Следует выбрать варистор с напряжением варистора от 470 В до 620 В. Выбор варистора с более высоким напряжением варистора может снизить частоту отказов и продлить срок службы, но остаточное напряжение немного увеличивается.

(2) Выбор трафика

Номинальный ток разряда варистора должен быть больше, чем импульсный ток, необходимый для выдерживания, или максимальный импульсный ток, который может возникнуть во время работы оборудования. Номинальный ток разряда должен быть рассчитан путем нажатия значения более 10 ударов на кривой номинальных значений времени работы от перенапряжения, что составляет около 30% от максимального потока удара (т. Е. 0,3IP).

(3) Выбор напряжения фиксации

Напряжение фиксации варистора должно быть меньше максимального напряжения (т. Е. Безопасного напряжения), которое может выдержать защищаемый компонент или оборудование.

(4) Выбор конденсатора Cp

Для сигналов высокочастотной передачи емкость Cp должна быть меньше, и наоборот

(5) Согласование внутреннего сопротивления (согласование сопротивления)

Взаимосвязь между внутреннее сопротивление R (R≥2Ω) защищаемого компонента (линии) и переходное внутреннее сопротивление Rv варистора: R≥5Rv; для защищаемого компонента с малым внутренним сопротивлением, не влияющим на скорость передачи сигнала, следует попробовать использовать большой варистор конденсатора.

Статьи по теме:

Резисторы SMD: коды, размер, испытания, допуски и выбор

В чем разница между подтягивающими и понижающими резисторами?

Как и почему происходит отказ варистора, включая эффект многоимпульсных скачков

Это был 2011 год, и в Китае проводился эксперимент по регистрации воздействия сработавшей вспышки молнии на воздушной линии электропередачи. Линия была оборудована для регистрации наведенных токов, а инструменты были защищены металлооксидным варистором (MOV).Варистор часто называют MOV (металлооксидный варистор). Зарегистрированная вспышка молнии состояла из нескольких обратных ударов, ни один из которых не превышал рейтинг Imax MOV. Но, к большому удивлению экспериментаторов, MOV был поврежден.

Как такое могло случиться? И что еще более важно, почему Imax не может быть хорошей основой для выбора MOV для защиты от молний, ​​и есть ли альтернативы? Чтобы помочь ответить на эти вопросы, мы обсудим в этой статье, что такое MOV и как способ его создания влияет на его поведение при скачках напряжения, как происходят отказы и как многоимпульсные скачки отличаются от одиночных скачков по их влиянию на свойства MOV.

Чтобы понять неисправность, полезно обсудить, как делаются варисторы. В этой связи следует отметить три момента.

Во-первых, варисторы представляют собой керамический материал, состоящий в основном из оксида цинка (ZnO). В условиях окружающей среды ZnO кристаллизуется в гексагональную структуру вюрцита, как показано на рисунке 1, где большие шары представляют Zn, а маленькие шары представляют кислород (O). Это сложная структура, которая, если бы она идеально кристаллизовалась, была бы изолятором.Но из-за несовершенства процесса кристаллизации образующиеся кислородные вакансии или межузельные частицы цинка превращают эту структуру в широкозонный полупроводник с относительно низким удельным сопротивлением 1-100 Ом-см при комнатной температуре.

Рисунок 1: Структура вюрцита. Большие шары представляют собой Zn, а меньшие шары представляют собой кислород.

Во-вторых, варистор — это не один однородный кристалл вюрцита, а множество, которые сливаются в зерна. Чтобы превратить ZnO в варистор, добавляется небольшое количество Bi ₂ O ₃ .Bi ₂ O ₃ входит в границы зерен, как показано на рисунке 2. В дополнение к Bi ₂ O ₃ , MnO может быть добавлен для улучшения нелинейных свойств; Sb2O3 для контроля роста зерен ZnO и небольшое количество Al ₂ O ₃ для увеличения проводимости зерен ZnO.

Рисунок 2: Типичная микрофотография варисторной структуры

Bi ₂ O ₃ между двумя зернами ZnO приводит к образованию обратных диодов Шоттки.Таким образом, по сути, варистор представляет собой последовательно-параллельную схему из материала n-типа, разделенного обратными диодами Шоттки, имеющими падение напряжения около 2–3 В на межзеренный переход (независимо от размера зерна). Согласно He [1], эта структура может быть электрически охарактеризована уравнением (1).

(1)

Где V — приложенное напряжение, а I — ток через варистор. Здесь E, A ₁ , A ₂ , V _th и m — константы, связанные с электрическими характеристиками варистора, а α — обычный нелинейный коэффициент варистора.Уравнение (1) полезно для объяснения формы кривой V-I варистора. E — энергия возбуждения варистора, K постоянная Больцмана, A ₁ , A ₂ и m — константы, связанные с электрическими характеристиками варистора, V _th — пороговое напряжение.

Первый член в уравнении (1) редко включается в описание варистора V-I. Это ток эмиссии Шоттки в слаботочной области варистора. Второй член — это обычный нелинейный ток в сильноточной области.

Константы в уравнении (1) контролируются путем изменения состава материала варистора и времени спекания в производственном процессе. Пороговое напряжение V _th также зависит от состава и условий спекания. Они контролируют количество границ зерен между двумя электродами. Поскольку V _th пропорционален количеству границ зерен, большее количество границ приводит к более высокому V _th .

В-третьих, это изменение в процессе изготовления варистора и сопровождающие его статистические флуктуации свойств, которые обычно возникают в поликристаллических материалах, приводят к тому, что получаемые варисторы имеют неоднородные электрические свойства.Это говорит о том, что:

1. Константы в модели варистора, такой как уравнение (1), вероятно, будут разными для каждого варистора; и
2. Не все варисторы одинаковых размеров обладают одинаковыми свойствами — важный фактор при выборе MOV для защиты.

Варисторы должны поглощать энергию, выделяемую при временном перенапряжении, импульсах переключения или грозовых импульсах. Эксперименты показывают, что различия в размерах зерен и характеристиках границ зерен вызывают неоднородную микроструктуру.Неоднородная микроструктура приводит к изменчивости возможностей управления током варистора и связанной с этим способности поглощения энергии. Это, в свою очередь, имеет прямое отношение к режимам отказа, которые включают электрический прокол, физическое растрескивание и тепловой разгон.

Способность к поглощению энергии можно разделить на способность поглощения тепловой энергии и способность поглощения энергии импульса. Способность к поглощению энергии импульса зависит от того, как импульс приложен:

• Напряжение единичным импульсом
• Множественное импульсное напряжение (без достаточного охлаждения между импульсами)
• Повторяющееся импульсное напряжение (при достаточном охлаждении между напряжениями)

С другой стороны, способность поглощать тепловую энергию в основном зависит от способности рассеивать тепло всей конструкции разрядника в дополнение к электрическим свойствам варисторов.

Рисунок 3: Типичная микрофотография горячих точек границ зерен

Давайте сначала рассмотрим отказ варистора, вызванный нагревом. При более низких токах нагрев локализуется в цепочках крошечных горячих точек, которые возникают на границах зерен, где потенциал падает через барьеры типа Шоттки (см. Рисунок 3). Теплопередача в этом случае слишком быстрая, чтобы допускать перепады температур, которые могут вызвать отказ.

Теперь рассмотрим более высокие токи. В небольших варисторах (например, <25 мм), где количество зерен ZnO между электродами может составлять всего около 40, изменение в 3-4 зерна может привести к тому, что ток, протекающий по заданному пути, будет на порядок отличаться от окружающего пути.Пути с низким пробивным напряжением несут большую часть тока и становятся более горячими, что приводит к последствиям, отмеченным в исследовании Sargent и др. [4]. В этом исследовании анализ неисправных образцов MOV показал растрескивание и образование нового аморфного материала вблизи канала проводимости. Исследование этого аморфного материала показало, что локальные горячие точки (фактически горячие каналы) образовывались, когда энергия, возникающая в результате импульса тока, приложенного к MOV, поглощалась быстрее, чем могла рассеиваться.Аморфный материал в этих горячих точках, вероятно, возник в результате образования плазмы во время импульса тока. После этого горячие точки быстро охлаждались за счет теплопроводности к окружающим зернам ZnO.

При различных текущих условиях режимы отказа включают электрический пробой (см. Рисунок 4), физическое растрескивание (см. Рисунок 5) и тепловой разгон. Растрескивание происходит потому, что варисторы в основном представляют собой керамический материал, и удар по ним резким скачком большой амплитуды подобен удару молотка по обеденной тарелке.

Рисунок 4: Типичная микрофотография прокола

Рисунок 5: Типичное образование трещин

Пробойное разрушение происходит в небольших варисторах, когда ток относительно низкий и длительный (например, см. Рисунок 6). В результате варистор нагревается. Анализ прокола в этих варисторах убедительно показывает, что нить формируется при температурах, достаточно высоких, чтобы расплавить Bi ₂ O ₃ (817 ^o C). Когда это происходит, последовательно включенные диоды Шоттки разрушаются, что приводит к снижению сопротивления нити накала [1].Пониженное сопротивление нити обеспечивает более высокую плотность тока, иногда вызывая достаточно высокую температуру для плавления ZnO (2000 ^o C).

Рисунок 6: Пример комбинаций плотности тока и длительности импульса, вызывающих отказ варисторов. Этот график предназначен для конкретного варистора. Для любого другого варистора шкалы могут отличаться от показанных.

Если ток будет продолжаться достаточно долго, энергия, вложенная в варистор, может повысить его температуру до точки теплового разгона из-за отрицательного температурного коэффициента удельного сопротивления материала [1].

Самые высокие импульсные токи с короткой продолжительностью могут вызвать отказ из-за растрескивания (см. Рисунок 5), который обычно возникает на краю варистора, поскольку температура увеличивается больше на краю микросхемы (белая область на рисунке 7). Причина в том, что рост зерен во время спекания часто происходит быстрее во внешней части блока, чем в центре блока, что приводит к меньшему количеству и большему количеству зерен между электродами и, следовательно, к более низкому напряжению пробоя.

Рисунок 7: Типичное тепловое сканирование варистора, работающего в импульсном режиме под высоким током

На рисунке 6 показаны условия, при которых могут возникать трещины и проколы.Для данного варистора красная сплошная линия показывает случаи, при которых может произойти растрескивание, а черной пунктирной линией — случаи, когда может произойти прокол.

Почему мы говорим о многоимпульсной молнии? Что ж, наблюдения за молниями и данные об искусственно инициированных молниях, обобщенные в [6], показывают, что почти 70% ударов молний между облаками и землей включают от двух до 26 ударов. У этих ударов средний геометрический интервал между ударами составляет около 60 мс.Они также могут иметь продолжительный ток с интервалом между ударами до нескольких сотен миллисекунд. Типичная многоимпульсная последовательность показана на рисунке 8.

Рисунок 8: Пример многоимпульсной молнии

Многоимпульсная молния только что описанного типа важна, потому что она способна вызывать повышение температуры, которое приводит к только что обсужденным видам отказов, в то время как одиночный импульсный разряд — нет. Например, в исследовании Sargent et al [4] половина набора 18-миллиметровых образцов MOV была подвергнута многоимпульсному импульсу 8/20 скачков при номинальном токе.Эти образцы показали признаки повреждения, тогда как другая половина образцов, испытанных при однократном скачке напряжения 8/20 номинального тока, повторяемом с интервалами 60 секунд или более, не показала никаких повреждений. В другом многоимпульсном тесте Руссо и др. [7] без сбоев подвергли MOV 60 импульсам 20 кА 8/20 с интервалом 60 секунд. Но когда такой же тип MOV подвергся всего лишь пяти скачкам 20 кА 8/20 с интервалом в 50 мс, произошел сбой. В этих случаях отказ варистора, вероятно, был вызван накоплением тепла из-за относительно большой тепловой постоянной времени варисторов (рисунок 9), что проиллюстрировано для одиночного выброса с использованием теплового моделирования, как показано на рисунке 10 (подробности см. В [8]).

Рисунок 9: Тепловая постоянная времени варистора

Рисунок 10: Пример повышения температуры в MOV 25 мм после одного скачка напряжения 10/63 6 кА

Как отмечалось ранее, в исследовании Sargent и др. анализ неисправных 18-миллиметровых образцов MOV, подвергнутых испытанию многоимпульсным взрывом, показал образование около канала проводимости нового аморфного материала, для которого, как считалось, требуется местная температура. около 1000 ^o C. Тепловое моделирование предполагает, что это повышение температуры произойдет, если мощность импульса будет сосредоточена примерно в 2% от объема MOV.Это важное наблюдение, потому что расчет энергии, поглощенной при испытании многоимпульсными импульсами, показал, что повышение температуры MOV было бы только 231 ^o C, если бы распределение температуры было однородным, что намного меньше, чем температура, которая, как считается, вызвала ущерб.

Результаты Sargent и др. предполагают, что критерием отказа MOV является локальное повышение температуры до 1000 ^o C (или его окрестности). Итак, для рассматриваемого MOV нам нужно определить, может ли локализованная область достигать 1000 ^o C.На рисунке 11 показано дополнительное повышение температуры, которое происходит, когда импульс, использованный для создания рисунка 10, применяется к тому же MOV второй раз через 30 мс. Дополнительное повышение температуры происходит из-за относительно большой тепловой постоянной времени MOV, которая не позволяет MOV рассеивать много тепловой энергии (и, следовательно, охлаждение) до того, как наступит второй скачок. Повышение температуры теперь находится в красной области выше 1000 ^o C, где ожидается отказ. Это пример того, как варистор может быть разрушен многоимпульсными скачками.

Рисунок 11: Пример повышения температуры для MOV 25 мм, подверженного двум скачкам напряжения 10/63 6 кА

В другом взгляде на эффекты многоимпульсной молнии, в исследовании Zhang и др. [5] изучалась прогрессия отказа варисторов при множественных ударах молнии, с использованием серии пятиимпульсных групп из 8/20 разрядов молнии, имеющих пульс. интервалы 50 мс и амплитуды импульсов, установленные при номинальном токе разряда 20 кА. Время между приложением одной группы импульсных токов к варистору и следующей группой импульсных токов составляло 30 минут, что позволяло вернуться к исходным условиям.

были признаны вышедшими из строя при изменении исходного напряжения варистора более чем на ± 10% U _{1 мА} ; ток утечки I _{, т.е.} превысил 20 мкА; или произошло прямое повреждение (обычно в результате растрескивания кромок). Среднее изменение уровня U _{1 мА} и I _{, т. Е.} для серии групп импульсов показано на рисунке 12.

Рисунок 12: Напряжение варистора U _{1 мА} и ток утечки I _{, т. Е. Изменение варистора} при множественном импульсном токе молнии (источник: Zhang et al [5])

Рисунок 12 показывает, что в отсутствие постоянного тока одиночный многоимпульсный импульс не доставил достаточно энергии на MOV, чтобы вызвать отказ.Повторное применение многоимпульсной пачки в конечном итоге привело к отказу.

Таким образом, возможно, что единичный неразрушающий многоимпульсный импульс обусловливает отказ MOV от будущих многоимпульсных пакетов, о чем свидетельствует постоянно увеличивающийся ток утечки. Это кондиционирование можно рассматривать как своего рода ускоренный процесс износа.

Микроструктурное исследование вышедших из строя варисторов показало, что после нескольких ударов молнии размер зерна уменьшился, а доля Bi в межзеренно-пограничном слое значительно увеличилась.Эти эффекты были совокупным результатом множественных токов молнии и были вызваны тепловым повреждением и повреждением структуры границ зерен из-за температурного градиента термического напряжения. Это повреждение в конечном итоге привело к отказу MOV. Обратите внимание, что при однократном испытании на помпаж этот механизм износа будет пропущен.

Похоже, что повторяющиеся колебания MOV изменяют его микроструктуру, и понимание того, как это происходит, важно для понимания того, как MOV выходят из строя.Что вызывает некоторые вопросы. В частности, является ли деградация микроструктуры кумулятивной, как показано на текущем графике на предыдущем рисунке? Или эффекты деградации скрыты до тех пор, пока не достигнут критической точки, как показано на графике напряжения на предыдущем рисунке? Ответ, вероятно, будет зависеть от величины и разноса скачков, и может быть порог величины помпажа и интервала помпажа, ниже которого не происходит значительного ухудшения характеристик. Чтобы ответить на вопросы, необходимы дополнительные исследования.

Испытания короткими одиночными импульсами высокой амплитуды (например, 6 кВ, 3 кА 8/20) обычно используются для оценки отказа варистора. Этот тип испытания может вызвать режим отказа, отличный от режима отказа варистора, подверженного многоимпульсным ударам молнии с меньшей амплитудой (например, растрескивание или износ). Одноимпульсные испытания также могут пропустить сбои по накоплению тепла, которые могут вызвать многоимпульсные молнии, особенно многоимпульсные молнии, которые включают постоянный ток.

Возвращаясь к отказу, описанному в начале, сработавшая вспышка молнии с множественными обратными ударами была зарегистрирована во время эксперимента с молниями.Эта вспышка повредила УЗИП, несмотря на то, что номинальное значение Imax для УЗИП (определенное с помощью одного импульсного теста) было намного выше, чем зарегистрированный пиковый ток освещения [9]. Почему?

Как указано в [10], причиной отказа была продолжающаяся текущая часть многоимпульсной последовательности, а продолжающийся ток не учитывается в рейтинге Imax. Продолжающийся ток накапливал достаточно энергии в MOV, чтобы вывести его из строя.

Поскольку мы обычно живем в среде с многоимпульсной вспышкой молнии, типичный график снижения характеристик (созданный с помощью одиночных скачков), показанный на рисунке 13, необходимо изменить, если он будет использоваться для MOV, который был установлен для защиты от многоимпульсных молний. .В частности, линии на Рисунке 13, возникающие в результате (повторного) применения одиночных скачков, вероятно, необходимо будет уменьшить, чтобы учесть эффект микроструктурной деградации, предложенный исследованиями Zhang и др. [5].

График многоимпульсного снижения номинальных характеристик может быть создан путем повторения многоимпульсного группового теста Чжана таким же образом, который использовался для создания диаграммы снижения номинальных характеристик на рис. 13, но теперь с использованием многоимпульсных групп вместо одиночных выбросов. Так, например, для линии с одним попаданием группа скачков с относительно узкой формой волны будет применяться при токе, который вызовет сбой во втором приложении.Затем процесс будет повторяться с использованием групп скачков с более широкими формами волны. Результатом будет что-то вроде верхней строки на Рисунке 13.

Рисунок 13: Типичные кривые снижения мощности для MOV

Точно так же амплитуда тока будет уменьшена так, что a для линии с двумя ударами вторая группа скачков вызовет отказ в третьем приложении, и процесс будет повторяться с использованием групп скачков с более широкими формами волны. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не будет создано достаточно линий для адекватной характеристики продукта.

Для получения дополнительной информации о варисторах см. Стандарт IEEE PC62.33 ™ на методы испытаний и рабочие характеристики металлооксидных варисторных элементов защиты от импульсных перенапряжений [11].

Процесс изготовления варистора и статистические колебания свойств, которые обычно возникают в поликристаллических материалах, приводят к тому, что варисторы имеют неоднородные электрические свойства. В результате несколько токопроводящих дорожек с низким пробивным напряжением несут большую часть тока и становятся более горячими.Если температура этих путей достигает значения 1000 ^o C, происходит плавление и MOV разрушается. В случае 18-миллиметровых MOV это повышение температуры произойдет, если неоднородности в MOV вызывают концентрацию импульсной мощности примерно в 2% от объема MOV (2% могут отличаться в других размерах MOV). Это повышение температуры могло быть причиной отказа прокола, наблюдаемого в случае длительных скачков низкой амплитуды.

В случае кратковременных скачков большой амплитуды отказ MOV может произойти из-за растрескивания до того, как произойдет плавление.В линиях электропередач могут возникать одиночные кратковременные скачки большой амплитуды, поэтому установленные таким образом параметры MOV могут быть подходящими для применений в линиях электропередач

Для защиты от молнии более важными могут быть характеристики, полученные при многоимпульсном испытании. Это связано с тем, что многоимпульсный удар молнии часто является движущей силой повышения температуры, поскольку он вызывает накопление энергии в MOV из-за его большой тепловой постоянной времени. Вот почему важно многоимпульсное тестирование, поскольку одно импульсное испытание может пропустить сбои, которые могут вызвать многоимпульсные молнии, в частности, износ, и особенно многоимпульсные молнии, которые включают постоянный ток.И чаще всего молнии многоимпульсного типа. При построении кривых снижения характеристик может потребоваться учитывать эффект ухудшения микроструктуры из-за повторяющихся многоимпульсных скачков.

Понимание механизма того, как помпаж MOV изменяет его микроструктуру, важно для понимания того, как MOV выходят из строя. Это тема, требующая дальнейшего изучения.

1. Jinliang He, Металлооксидные варисторы: от микроструктуры к макрохарактеристикам , John Wiley and Sons, 2019
2. М.Бартковяк, «Локализация тока, неравномерный нагрев и отказы варисторов ZnO», Осеннее собрание Общества исследования материалов, Бостон, Массачусетс, 1-5 декабря 1997 г.
3. Гордон Пайк, «Пробой варисторов ZnO под действием мощных электрических импульсов», Sandia Report SAND2001-2160 , июль 2001.
4. Р. А. Сарджент, Г. Л. Данлоп и М. Дарвениза. «Влияние многократных импульсных токов на микроструктуру и электрические свойства металлооксидных варисторов», IEEE Transactions по электрической изоляции Vol.27 No. 3, June 1992.
5. Chunlong Zhang, Hongyan Xing, Pengfei Li, Chunying Li, Dongbo Lv и Shaojie Yang, «Экспериментальное исследование режима отказа варисторов ZnO при множественных ударах молнии», Electronics, , февраль 2019 г.
6. CIGRE WG C4.407, «Параметры молнии TB549 для инженерных приложений», 2013 г.
7. А. Руссо, Х. Чжан и М. Тао, «Множественные выстрелы по SPD — дополнительные испытания», Международная конференция по молниезащите (ICLP) , Шанхай, 2014 г.
8. A.R. Мартин, «Влияние многократных вспышек молнии на устройства защиты от перенапряжения, использующие MOV», в журнале Compliance Magazine , ноябрь 2017 г., стр. 32–39.
9. С. Дж. Ян, С. Д. Чен, Ю. Дж. Чжан, В. С. Донг, Дж.Г. Ван, М. Чжоу, Д. Чжэн и Х. И Хуэй, «Анализ срабатывания молнии дает новое представление о влиянии сверхтока на устройства защиты от перенапряжения», http://www.ten350.com/papers/icae- conghua.pdf, 2011.
10. М. Мэйтум, «Технический бюллетень CIGRÉ (Совет по большим электрическим системам) (TB) 549 (2013) Параметры молний для инженерных приложений», Конференция группы инженеров по защите решений для телекоммуникационной отрасли , Литтлтон, Колорадо, 2014 г.
11. Стандарт IEEE PC62.33 ™ на методы испытаний и значения характеристик для металлооксидных варисторных элементов защиты от перенапряжения

Варистор | Металлооксидный варистор

Обзор варистора

Для обеспечения надежной работы подавление переходных напряжений следует учитывать на ранних этапах процесса проектирования. Это может быть сложной задачей, поскольку электронные компоненты все более чувствительны к паразитным электрическим переходным процессам. Разработчик должен определить типы временных угроз и определить, какие приложения необходимы, соблюдая нормы и стандарты продуктового агентства.

все чаще используются в качестве передового решения для защиты от импульсных перенапряжений. Littelfuse предоставляет разработчикам знания и опыт и предлагает на выбор самый широкий спектр технологий защиты цепей.

Littelfuse доступны в различных формах для широкого спектра применений. Опции включают в себя сверхмалые многослойные подавители (MLV) для поверхностного монтажа для небольших электронных устройств, а также традиционные металлооксидные варисторы (MOV) среднего уровня и осевые металлооксидные варисторы для защиты небольшого оборудования, источников питания и компонентов.Littelfuse также предлагает более крупные MOV с клеммным креплением для промышленного применения.

Являясь более поздней инновацией в линейке продуктов Littelfuse, MLV обращаются к определенной части спектра переходных напряжений — среде на уровне печатной платы, где, несмотря на меньшую энергию, переходные процессы от электростатического разряда, индуктивного переключения нагрузки и даже остатков грозовых перенапряжений могли бы в противном случае достигают чувствительных интегральных схем. Каждое из этих событий может относиться к электромагнитной совместимости продукта (ЭМС) или к его невосприимчивости к переходным процессам, которые могут вызвать повреждение или неисправность.

Littelfuse предлагает пять различных версий MLV, включая подавитель электростатических разрядов серии MHS ​​для высоких скоростей передачи данных, серию ML, которая поддерживает самый широкий диапазон приложений, серию MLE, предназначенную для электростатического разряда с одновременным обеспечением функций фильтрации, серию MLN Quad Array в 1206 и 0805 микросхема и серия AUML, предназначенная для определенных переходных процессов, встречающихся в автомобильных электронных системах.

Накладные устройства MOV (металлооксидный варистор) упрощают процесс сборки SMT и решают проблему ограничения места на печатной плате.Они подходят для пайки оплавлением и волной пайки и включают серии CH, SM7, SM20, MLE, MHS, ML и MLN.

Традиционные устройства MOV (металлооксидный варистор) с радиальным сквозным отверстием доступны в диаметрах 5 мм, 7 мм, 10 мм, 14 мм, 20 мм и 25 мм. Они подходят для обеспечения защиты от перенапряжения для самых разных приложений и включают серии C-III, iTMOV, LA, TMOV, RA, UltraMOV, UltraMOV25S и ZA.

Варисторы неизолированные дисковые — это промышленные высокоэнергетические элементы. Они разработаны для специальных применений, требующих уникальных электрических контактов или методов упаковки, о которых просили заказчики.Ограничители импульсных перенапряжений серии CA представляют собой промышленные высокоэнергетические дисковые варисторы (MOV), предназначенные для специальных приложений, требующих уникальных электрических контактов или методов упаковки, предоставляемых заказчиком.

разработаны в соответствии с требованиями UL 1449 к аномальным перенапряжениям. Их можно припаять волной припоя без каких-либо специальных или дорогостоящих процессов сборки и включают серии iTMOV, TMOV, TMOV25S и TMOV34S.

Промышленные высокоэнергетические варисторы обеспечивают гораздо более высокие показатели перенапряжения и энергопотребления, чем обычные MOV (металлооксидные варисторы), а также имеют различные клеммы для различных требований и условий сборки.К ним относятся серии BA, BB, CA, DA, HA, HB34, HC, HF34, HG34, TMOV34S, UltraMOV25S, C-III, FBMOV и TMOV25S.

(металлооксидные варисторы) доступны в уникальной форме и обладают различным диапазоном напряжения и возможностями перенапряжения. К ним относятся серии C-III, FBMOV, MA и RA.

Интегрированные варисторы состоят из конструктивного блока варистора (MOV) на 40 кА со встроенным термически активируемым элементом. Эти устройства признаны UL как независимые SPD типа 1.

Термозащищенный и нефрагментирующий варистор серии Littelfuse FBMOV представляет собой новую разработку в области защиты цепей. Он состоит из блока варистора (MOV) на 40 кА со встроенным термически активируемым элементом, предназначенным для размыкания в случае перегрева из-за аномального перенапряжения и условий ограничения тока.

Littelfuse для устройств PolySwitch сертифицированы по ISO / TS 16949: 2009 и ISO 9001: 2008.

Введение в систему подавления перенапряжения

Переходные процессы напряжения определяются как кратковременные скачки электрической энергии и являются результатом внезапного высвобождения энергии, которая была ранее сохранена или вызвана другими способами, такими как тяжелые индуктивные нагрузки или удары молнии.В электрических или электронных схемах эта энергия может выделяться предсказуемым образом посредством контролируемых переключающих действий или произвольно индуцироваться в цепи от внешних источников.

Повторяющиеся переходные процессы часто вызваны работой двигателей, генераторов или переключением компонентов реактивной цепи. С другой стороны, случайные переходные процессы часто вызываются молнией (рисунок 1) и электростатическим разрядом (ESD) (рисунок 2). Молнии и электростатические разряды обычно возникают непредсказуемо, и для их точного измерения может потребоваться тщательный мониторинг, особенно если они индуцируются на уровне печатной платы.Многочисленные группы стандартов электроники проанализировали возникновение переходных напряжений с использованием общепринятых методов мониторинга или тестирования. Ключевые характеристики нескольких переходных процессов показаны ниже в таблице 1.

Рис. 1. Форма волны переходного процесса при молнии

Таблица 1.Примеры кратковременных источников и магнитуды

Характеристики переходных всплесков напряжения

Пики напряжения переходного процесса обычно имеют форму волны «двойной экспоненты», показанную на Рисунке 1 для молнии и на Рисунке 2 для ESD. Время экспоненциального нарастания молнии находится в диапазоне от 1,2 мкс до 10 мкс (по существу, от 10% до 90%), а продолжительность находится в диапазоне от 50 мкс до 1000 мкс (50% пиковых значений). С другой стороны, ESD — это событие гораздо меньшей продолжительности. Время нарастания было охарактеризовано как менее 1 нс.Общая продолжительность составляет примерно 100 нс.

Рис. 2. Форма сигнала ESD-теста

Почему переходные процессы вызывают все большее беспокойство?

Миниатюризация компонентов привела к повышенной чувствительности к электрическим нагрузкам. Например, микропроцессоры имеют структуры и токопроводящие дорожки, которые не способны выдерживать высокие токи от переходных процессов электростатического разряда. Такие компоненты работают при очень низких напряжениях, поэтому нарушения напряжения необходимо контролировать, чтобы предотвратить прерывание работы устройства и скрытые или катастрофические отказы.Чувствительные устройства, такие как микропроцессоры, внедряются с экспоненциальной скоростью. Микропроцессоры начинают выполнять невидимые ранее прозрачные операции. Все, от бытовой техники, такой как посудомоечные машины, до промышленных устройств управления и даже игрушек, расширило использование микропроцессоров для повышения функциональности и эффективности.

В настоящее время в автомобилях используется множество электронных систем для управления двигателем, климатом, тормозами и, в некоторых случаях, системами рулевого управления. Некоторые из нововведений предназначены для повышения эффективности, но многие из них связаны с безопасностью, например, системы ABS и контроля тяги.Многие функции бытовой техники и автомобилей используют модули, которые представляют временные угрозы (например, электродвигатели). Не только общая среда враждебна, но и оборудование или устройства также могут быть источниками угроз. По этой причине тщательная разработка схемы и правильное использование технологии защиты от перенапряжения значительно улучшат надежность и безопасность конечного приложения. В таблице 2 показаны уязвимости различных компонентных технологий.

ТАБЛИЦА 2.ДИАПАЗОН УЯЗВИМОСТИ УСТРОЙСТВА.

Сценарии переходного напряжения

ESD (электростатический разряд)

Электростатический разряд характеризуется очень быстрым временем нарастания и очень высокими пиковыми напряжениями и токами. Эта энергия является результатом дисбаланса положительных и отрицательных зарядов между объектами.

Ниже приведены некоторые примеры напряжений, которые могут возникать в зависимости от относительной влажности (RH):

• Ходьба по ковру:
  35 кВ при относительной влажности = 20%; 1.5 кВ при относительной влажности = 65%
• Ходьба по виниловому полу:
  12кВ при относительной влажности = 20%; 250 В при относительной влажности = 65%
• Рабочий у верстака:
  6кВ при относительной влажности = 20%; 100 В при относительной влажности = 65%
• Виниловые конверты:
  7кВ при относительной влажности = 20%; 600 В при относительной влажности 65%
• Полиэтиленовый мешок, взятый со стола:
  20кВ при относительной влажности = 20%; 1,2 кВ при относительной влажности = 65%

Обращаясь к таблице 2 на предыдущей странице, можно увидеть, что электростатический разряд, генерируемый повседневной деятельностью, может намного превзойти порог уязвимости стандартных полупроводниковых технологий.На рисунке 2 показана форма волны электростатического разряда, как определено в спецификации испытаний IEC 61000-4-2.

Индуктивное переключение нагрузки

Коммутация индуктивных нагрузок приводит к возникновению переходных процессов с высокой энергией, величина которых увеличивается с увеличением нагрузки. Когда индуктивная нагрузка отключена, коллапсирующее магнитное поле преобразуется в электрическую энергию, которая принимает форму двойного экспоненциального переходного процесса. В зависимости от источника эти переходные процессы могут достигать сотен вольт и сотен ампер с длительностью до 400 мс.

Типичные источники индуктивных переходных процессов:

• Генератор
• Двигатель
• Реле
• Трансформатор

Эти примеры очень распространены в электрических и электронных системах. Поскольку размеры нагрузок меняются в зависимости от приложения, форма волны, продолжительность, пиковый ток и пиковое напряжение — все это переменные, которые существуют в реальных переходных процессах. После того, как эти переменные могут быть аппроксимированы, можно выбрать подходящую технологию подавления.

Рисунок 3. Автомобильная разгрузка

Переходные процессы, вызванные молнией

Хотя прямой удар явно разрушителен, переходные процессы, вызванные молнией, не являются результатом прямого удара. Когда происходит удар молнии, это событие создает магнитное поле, которое может вызвать переходные процессы большой величины в близлежащих электрических кабелях.

На рис. 4 показано, как удар от облака к облаку повлияет не только на кабели RHead, но и на проложенные кабели.Даже при ударе на расстоянии 1 мили (1,6 км) в электрических кабелях может возникнуть напряжение 70 В.

Рис. 4. Удар молнии из облака в облако

На рис. 5 на следующей странице показан эффект удара облака о землю: эффект, вызывающий переходные процессы, намного больше.

Рис. 5. Удар молнии между облаками и землей

На рис. 6 показана типичная форма волны тока для наведенных помех от молнии.

Рис. 6. Форма тестового сигнала пикового импульсного тока

Технологические решения для временных угроз

Из-за различных типов переходных процессов и приложений важно правильно согласовать решение по подавлению с различными приложениями.Littelfuse предлагает широчайший спектр технологий защиты цепей, чтобы гарантировать, что вы получите правильное решение для вашего приложения. Пожалуйста, обратитесь к нашей онлайн-библиотеке заметок по применению и заметок по дизайну для получения дополнительной информации о типичных проблемах дизайна, встречающихся на https://www.littelfuse.com.

Металлооксидные варисторы и многослойные варисторы

Варисторы — это нелинейные устройства, зависящие от напряжения, которые имеют электрические характеристики, аналогичные последовательно соединенным стабилитронам.Они состоят в основном из Z _N O с небольшими добавками других оксидов металлов, таких как висмут, кобальт, магнез и другие. Металлооксидный варистор или «MOV» спекается во время производственной операции в керамический полупроводник, что приводит к кристаллической микроструктуре, которая позволяет MOV рассеивать очень высокие уровни переходной энергии по всей массе устройства. Поэтому MOV обычно используются для подавления молний и других переходных процессов с высокой энергией, которые встречаются в промышленных приложениях или линиях переменного тока.Кроме того, MOV используются в цепях постоянного тока, таких как источники питания низкого напряжения и автомобильные приложения. Их производственный процесс допускает использование множества различных форм-факторов, наиболее распространенным из которых является диск с радиальными выводами.

изготовлены из материала Z _N O, аналогичного стандартным MOV, однако они изготовлены с переплетенными слоями металлических электродов и поставляются в безвыводных керамических корпусах. Как и в случае стандартных MOV, многослойные устройства переходят из состояния с высоким импедансом в состояние проводимости при воздействии напряжений, превышающих их номинальное напряжение.MLV имеют чипы различных размеров и способны генерировать значительную импульсную энергию для своего физического размера. Таким образом, подавление линии передачи данных и источника питания достигается с помощью одной технологии.

Следующие параметры применимы к варисторам и / или многослойным варисторам и должны быть поняты разработчику схем, чтобы правильно выбрать устройство для данного приложения.

Введение в варисторную технологию

Корпус варистора состоит из матрицы проводящих зерен Z _N O, разделенных границами зерен, обеспечивающих полупроводниковые характеристики P-N перехода.Эти границы несут ответственность за блокировку проводимости при низких напряжениях и являются источником нелинейной электропроводности при более высоких напряжениях.

РИСУНОК 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТИПОВОГО ВАРИСТОРА V-I

Симметричные, резкие характеристики пробоя, показанные на рисунке 1, позволяют варистору обеспечивать превосходные характеристики подавления переходных процессов. Под воздействием переходных процессов высокого напряжения импеданс варистора изменяется на много порядков величины от почти разомкнутой цепи до высокопроводящего уровня, тем самым ограничивая переходное напряжение до безопасного уровня.Потенциально разрушительная энергия входящего переходного импульса поглощается варистором, тем самым защищая уязвимые компоненты схемы.

Поскольку электрическая проводимость, по сути, возникает между зернами Z _N O, распределенными по всей массе устройства, варистор Littelfuse по своей природе более прочен, чем его аналоги с одиночным P-N переходом, такие как стабилитроны. В варисторе энергия равномерно поглощается по всему корпусу устройства, в результате чего нагрев равномерно распространяется по его объему.Электрические свойства регулируются в основном физическими размерами корпуса варистора, который спечен в различных форм-факторах, таких как диски, микросхемы и трубки. Номинальная мощность определяется объемом, номинальным напряжением по толщине или длине пути прохождения тока, а допустимая нагрузка по току определяется площадью, измеренной перпендикулярно направлению прохождения тока.

Физические свойства

предназначены для защиты чувствительных цепей от внешних переходных процессов (молнии) и внутренних переходных процессов (переключение индуктивной нагрузки, переключение реле и разряды конденсаторов).И другие переходные процессы высокого уровня, встречающиеся в промышленных приложениях, в сети переменного тока или переходные процессы более низкого уровня, встречающиеся в автомобильных линиях постоянного тока с номинальным пиковым током от 20 до 500 А и пиковым значением энергии от 0,05 Дж до 2,5 Дж.

Привлекательным свойством MOV является то, что электрические характеристики относятся к основной части устройства. Каждое зерно ZnO ​​в керамике действует так, как будто оно имеет полупроводниковый переход на границе зерен. Поперечное сечение материала показано на рисунке 2, который иллюстрирует микроструктуру керамики.Варисторы изготавливаются путем формования и спекания порошков на основе оксида цинка в керамические детали. Эти детали затем покрываются либо толстым слоем серебра, либо металлом, нанесенным дуговым / пламенным напылением.

Границы зерен ZnO отчетливо видны. Поскольку нелинейное электрическое поведение возникает на границе каждого полупроводникового зерна ZnO, варистор можно рассматривать как «многопереходное» устройство, состоящее из множества последовательных и параллельных соединений границ зерен. Поведение устройства может быть проанализировано в отношении деталей керамической микроструктуры.Средний размер зерна и гранулометрический состав играют важную роль в электрических характеристиках.

РИСУНОК 2. ОПТИЧЕСКАЯ ФОТОМИКРОГРАФИЯ ПОЛИРОВАННОГО И ТРАВЛЕННОГО СЕЧЕНИЯ ВАРИСТОРА

Микроструктура варистора

Основная часть варистора между контактами состоит из зерен ZnO среднего размера « d », как показано на схематической модели на Рисунке 3. Удельное сопротивление ZnO составляет <0,3 Ом-см.

РИСУНОК 3.СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ВАРИСТРА ОКСИДА МЕТАЛЛА
, ЗЕРНА ПРОВОДЯЩЕГО ZnO (СРЕДНИЙ РАЗМЕР
d) РАЗДЕЛЯЮТСЯ МЕЖГРАНУЛЯРНЫМИ ГРАНИЦАМИ.

Проектирование варистора для заданного номинального напряжения варистора ( В, _N ), в основном, заключается в выборе толщины устройства таким образом, чтобы соответствующее количество зерен ( n ) располагалось последовательно между электродами. На практике материал варистора характеризуется градиентом напряжения, измеряемым по его толщине определенным значением вольт / мм.Контролируя состав и условия производства, градиент остается фиксированным. Поскольку существуют практические ограничения диапазона достижимой толщины, желательно более одного значения градиента напряжения. Изменяя состав добавок оксидов металлов, можно изменить размер зерна « d » и достичь желаемого результата.

Фундаментальным свойством варистора из ZnO является то, что падение напряжения на единственном интерфейсе «стык» между зернами почти постоянно.Наблюдения за диапазоном вариаций состава и условий обработки показывают фиксированное падение напряжения около 2–3 В на переход границы зерен. Также падение напряжения не меняется для зерен разного размера. Следовательно, напряжение варистора будет определяться толщиной материала и размером зерен ZnO. Отношения можно очень просто описать следующим образом:

Напряжение варистора ( В, _N ) определяется как напряжение на варисторе в точке его VI характеристики, где завершен переход ( В ) от низкоуровневой линейной области к сильно нелинейной. область.Для стандартных целей измерения это произвольно определяется как напряжение при токе 1 мА. Некоторые типичные значения размеров варисторов Littelfuse приведены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1.

ПРИМЕЧАНИЕ: Состав для низкого напряжения.

Теория работы

Из-за поликристаллической природы металлооксидных полупроводниковых варисторов физическая работа устройства более сложна, чем у обычных полупроводников. Интенсивные измерения позволили определить многие электрические характеристики устройства, и прилагаются большие усилия, чтобы лучше определить работу варистора.Однако с точки зрения пользователя это не так важно, как понимание основных электрических свойств, поскольку они относятся к конструкции устройства.

Ключ к объяснению работы металлооксидного варистора заключается в понимании электронных явлений, происходящих вблизи границ зерен или переходов между зернами Z _N O. Хотя некоторые из ранних теорий предполагали, что электронное туннелирование происходит через изолирующий второй фазовый слой на границах зерен, работа варистора, вероятно, лучше описывается последовательно-параллельным расположением полупроводниковых диодов.В этой модели границы зерен содержат дефектные состояния, которые захватывают свободные электроны из полупроводниковых зерен Z _N O n-типа, образуя, таким образом, слой обеднения объемного заряда в зернах ZnO в области, прилегающей к границам зерен. (См. Примечания на последней странице этого раздела).

Признаки истощения слоев в варисторе показаны на рисунке 4, где величина, обратная квадрату емкости на границу, нанесена на график в зависимости от приложенного напряжения на границе. Это тот же тип поведения, наблюдаемая концентрация носителей, N , была определена как примерно 2 x 1017 на см ³ .Кроме того, ширина истощающего слоя была рассчитана примерно на 1000 единиц Ангстрема. Однопереходные исследования также подтверждают диодную модель.

Именно эти обедненные слои блокируют свободный поток носителей и отвечают за изолирующие свойства при низком напряжении в области утечки, как показано на рисунке 5. Ток утечки возникает из-за свободного потока носителей через барьер с пониженным полем, и термически активируется, по крайней мере, выше примерно 25 ° C. Для полупроводниковых диодов с резким P-N переходом.Отношения:

Где:
(В _b ) = напряжение барьера,
(В) = приложенное напряжение,
(q) = заряд электрона,
(es) = диэлектрическая проницаемость полупроводника и
(Н ) = концентрация носителя.
Исходя из этого соотношения, концентрация носителей ZnO, N , была определена как примерно 2 · 10 ¹⁷ на см ³ .

Кроме того, ширина истощающего слоя была рассчитана примерно на 1000 единиц Ангстрема.Однопереходные исследования также подтверждают диодную модель.

РИСУНОК 4. ЕМКОСТЬ-НАПРЯЖЕНИЕ ПОВЕДЕНИЕ ВАРИСТОРНЫХ ОБРАЗЦОВ
ПЕРЕРЫВ ПОЛУПРОВОДНИКА ОБРАТНЫЙ
СМЕЩЕННЫЙ ДИОД Nd ˜ 2 x 10 ¹⁷ / см ³

На рисунке 5 показана диаграмма энергетических зон для перехода ZnO-граница зерна-ZnO. Левое зерно смещено вперед, V _L , а правая сторона смещено назад до V _R .Ширина обедненного слоя составляет X _L и X _R , а соответствующие высоты барьера составляют f _L и f _R . Высота барьера со смещением нуля составляет f _O . По мере увеличения напряжения смещения f _L уменьшается, а f _R увеличивается, что приводит к снижению барьера и увеличению проводимости.

Высота барьера f _L варистора низкого напряжения была измерена как функция приложенного напряжения и представлена ​​на рисунке 6.Быстрое уменьшение барьера при высоком напряжении представляет собой начало нелинейной проводимости.

РИСУНОК 5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ДИАГРАММА ПЕРЕХОДА ZnO-ЗЕРНО-ГРАНИЦА-ZnO

РИСУНОК 6. ТЕПЛОВЫЙ БАРЬЕР в зависимости от ПРИЛОЖЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Транспортные механизмы в нелинейной области очень сложны и до сих пор являются предметом активных исследований. Большинство теорий черпают вдохновение из теории переноса полупроводников и не рассматриваются подробно в этом документе.

Конструкция варистора

Процесс изготовления варистора Littelfuse проиллюстрирован на блок-схеме на рис. 7. Исходный материал может отличаться по составу добавок оксидов, чтобы охватить диапазон напряжения продукта.

РИСУНОК 7. СХЕМА ПОТОКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАЛЕНЬКОГО ВАРИСТОРА

Характеристики устройства определяются при операции прессования. Порошок прессуют в форму заданной толщины, чтобы получить желаемое значение номинального напряжения.Для получения желаемых значений пикового тока и энергетической способности варьируются площадь электродов и масса устройства. Диапазон диаметров, доступных для дисковых продуктов, указан здесь:

Конечно, другие формы, такие как прямоугольники, также возможны при простой замене штампов пресса.Для изготовления различных форм можно использовать другие методы изготовления керамики. Например, стержни или трубки изготавливают путем экструзии и резки до нужной длины. После формования необожженные (т.е. необожженные) детали помещают в печь и спекают при пиковых температурах, превышающих 1200 ° C. Оксид висмута плавится при температуре выше 825 ° C, что способствует первоначальному уплотнению поликристаллической керамики. При более высоких температурах происходит рост зерен, образуя структуру с контролируемым размером зерен.

Электродирование радиальных устройств и устройств со стружкой осуществляется обжигом толстой пленки серебра на керамической поверхности.Затем припаиваются провода или клеммы для перемычек. Проводящая эпоксидная смола используется для соединения выводов с осевыми 3-миллиметровыми дисками. Для более крупных промышленных устройств (диски диаметром 40 мм и 60 мм) контактный материал представляет собой алюминий, напыленный дуговым напылением, с дополнительным напылением меди, если необходимо, чтобы получить поверхность, пригодную для пайки.

При сборке различных корпусов варистора Littelfuse используется множество методов инкапсуляции. Большинство радиальных устройств и некоторые промышленные устройства (серия HA) имеют эпоксидное покрытие в псевдоожиженном слое, тогда как эпоксидная смола «наматывается» на осевое устройство.

Радиалы также доступны с фенольными покрытиями, наносимыми мокрым способом. Корпус серии PA состоит из пластика, залитого вокруг 20-миллиметрового дискового узла. Все устройства серий RA, DA и DB похожи тем, что все они состоят из дисков или микросхем с выводами или выводами, заключенных в формованный пластиковый корпус, заполненный эпоксидной смолой. Различные стили корпуса позволяют варьировать номинальную мощность, а также механический монтаж.

ТАБЛИЦА 2. РАЗМЕРЫ КЕРАМИКИ ПО ТИПАМ

На рис. 9A, 9B и 9C (ниже) показаны детали конструкции некоторых варисторных корпусов Littelfuse.Размеры керамики в зависимости от типа корпуса приведены выше в таблице 2.

РИСУНОК 9A. РАЗРЕЗ MA СЕРИИ

РИСУНОК 9B. РАЗРЕЗ РАДИАЛЬНОГО ВЫВОДА УПАКОВКИ

РИСУНОК 9C. ИЗОБРАЖЕНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СЕРИИ DA, DB И BA / BB

Электрические характеристики ВАХ варистора

Обращаясь теперь к области сильноточного подъема на рисунке 10, мы видим, что поведение V-I приближается к омической характеристике.Предельное значение сопротивления зависит от электропроводности тела полупроводниковых зерен ZnO, концентрация носителей которых находится в диапазоне от 10 ¹⁷ до 10 ¹⁸ на см ³ . Это снизит удельное сопротивление ZnO ниже 0,3 Ом · см.

РИСУНОК 10. ТИПИЧНАЯ ВАРИСТОРНАЯ КРИВАЯ V-I, ПОКАЗАННАЯ НА МАСШТАБЕ ЖУРНАЛА

удобно отображаются в логарифмическом формате, чтобы показать широкий диапазон кривой V-I.Формат журнала также более ясен, чем линейное представление, которое имеет тенденцию преувеличивать нелинейность пропорционально выбранному текущему масштабу. Типичная характеристическая кривая V-I показана на рисунке 10. Этот график показывает более широкий диапазон тока, чем обычно указывается в технических паспортах варисторов, чтобы проиллюстрировать три различных области электрического режима.

Электрическая модель варистора может быть представлена ​​упрощенной схемой замещения, показанной на Рисунке 11.

РИСУНОК 11. ВАРИСТОРНАЯ МОДЕЛЬ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ЦЕПИ

Область утечки в рабочем состоянии

При низких уровнях тока кривая V-I приближается к линейной (омической) зависимости и показывает значительную температурную зависимость. Варистор находится в режиме высокого сопротивления (приближается к 10 ⁹ Ом) и выглядит как разомкнутая цепь. Нелинейную составляющую сопротивления ( R _X ) можно игнорировать, потому что ( R _OFF ) при параллельном подключении будет преобладать.Кроме того, ( R _ON ) будет незначительным по сравнению с ( R _OFF ).

РИСУНОК 12. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ЦЕПЬ НА НИЗКИХ ТОКАХ

Для данного варисторного устройства емкость остается примерно постоянной в широком диапазоне напряжения и частоты в области утечки. При подаче напряжения на варистор значение емкости уменьшается незначительно. Когда напряжение приближается к номинальному напряжению варистора, емкость уменьшается.Емкость остается почти постоянной при изменении частоты до 100 кГц. Точно так же изменение температуры невелико, значение емкости 25 ° C соответствует +/- 10% от -40 ° C до + 125 ° C.

Температурный эффект характеристической кривой V-I в области утечки показан на рисунке 13. Отмечается отчетливая температурная зависимость.

РИСУНОК 13. ЗАВИСИМОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ В ОБЛАСТИ УТЕЧКИ

Соотношение между током утечки (I) и температурой (T) равно

Фактически, изменение температуры соответствует изменению ( R _OFF ).Однако ( R _OFF ) сохраняет высокое значение сопротивления даже при повышенных температурах. Например, он все еще находится в диапазоне от 10 МОм до 100 МОм при 125 ° C.

Хотя ( R _OFF ) имеет высокое сопротивление, оно зависит от частоты. Отношение приблизительно линейно с обратной частотой.

Если, однако, параллельная комбинация ( R _OFF ) и ( ° C ) является преимущественно емкостной на любой интересующей частоте.Это связано с тем, что емкостное реактивное сопротивление также изменяется приблизительно линейно с 1 / f .

При более высоких токах, в диапазоне мА и выше, изменение температуры становится минимальным. График температурного коэффициента ( dV / dT ) приведен на рисунке 14. Следует отметить, что температурный коэффициент отрицательный (-) и уменьшается с ростом тока. В диапазоне напряжения фиксации варистора ( I> 1A ) температурная зависимость приближается к нулю.

РИСУНОК 14. ОТНОШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА DV / DT К ВАРИСТОРНОМУ ТОКУ

Номинальный диапазон работы варистора

Характеристика варистора соответствует уравнению:

I = кВ ^a , где ( k ) — постоянная величина, а показатель степени ( a ) определяет степень нелинейности. Альфа — это показатель качества, который можно определить по наклону кривой V-I или рассчитать по формуле:

В этой области варистор является проводящим, и R _X будет преобладать над C , R _ON и R _OFF . R _X становится на много порядков меньше, чем R _OFF , но остается больше, чем R _ON .

РИСУНОК 15. Эквивалентная цепь при варисторной проводимости

Во время проводимости напряжение варистора остается относительно постоянным при изменении тока на несколько порядков. Фактически, сопротивление устройства R _X изменяется в зависимости от тока. Это можно наблюдать, исследуя статическое или динамическое сопротивление как функцию тока.Статическое сопротивление определяется как:

Графики типичных значений сопротивления в зависимости от тока ( I ) приведены на рисунках 16A и 16B.

РИСУНОК 16A. R _X СТАТИЧЕСКОЕ ВАРИСТОРНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ РИСУНОК

РИСУНОК 16B. Z _X ДИНАМИЧЕСКОЕ ВАРИСТОРНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Восходящий регион деятельности

При больших токах, приближающихся к максимальному значению, варистор приближается к короткому замыканию.Кривая отклоняется от нелинейной зависимости и приближается к значению объемного сопротивления материала, примерно 1–10 Ом. Подъем происходит, когда R _X приближается к значению R _ON . Резистор R _ON представляет собой объемное сопротивление зерен Z _N O. Это сопротивление является линейным (что проявляется как более крутой наклон на графике) и возникает при токах от 50 до 50 000 А, в зависимости от размера варистора.

РИСУНОК 17.ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ЦЕПЬ ПРИ ПОВОРОТЕ ВАРИСТОРА

Скорость реакции и скорость воздействия

Действие варистора зависит от механизма проводимости, аналогичного механизму других полупроводниковых приборов. По этой причине проводимость происходит очень быстро, без видимой задержки по времени — даже в наносекундном (нс) диапазоне. На рисунке 18 показана составная фотография двух кривых напряжения с варистором, вставленным в импульсный генератор с очень низкой индуктивностью, и без него. Вторая кривая (которая не синхронизирована с первой, а просто накладывается на экран осциллографа) показывает, что эффект ограничения напряжения варистора возникает менее чем за 1.0 нс.

РИСУНОК 18. ОТКЛИК ZnO ВАРИСТОРА НА БЫСТРОЕ ВРЕМЯ НАРАСТЕНИЯ (500ps) ИМПУЛЬС

В обычных устройствах, установленных на выводах, индуктивность выводов полностью маскирует быстрое действие варистора; поэтому для испытательной схемы на Рисунке 18 потребовалось вставить небольшой кусок варисторного материала в коаксиальную линию, чтобы продемонстрировать собственный отклик варистора.

Испытания, проведенные на устройствах, установленных на выводах, даже с уделением особого внимания минимизации длины выводов, показывают, что напряжения, индуцируемые в контуре, образованном выводами, составляют значительную часть напряжения, возникающего на выводах варистора при высоком и быстром токе. подниматься.К счастью, токи, которые могут быть доставлены источником переходных процессов, неизменно медленнее по времени нарастания, чем наблюдаемые переходные процессы напряжения. Варисторы чаще всего используют при времени нарастания тока более 0,5 мкс.

Скорость нарастания напряжения — не лучший термин для использования при обсуждении реакции варистора на быстрый импульс (в отличие от искровых разрядников, где на переключение из непроводящего в проводящее состояние требуется конечное время). Время отклика варистора на переходный ток, который может выдать схема, является подходящей характеристикой, которую следует учитывать.

Вольт-амперная характеристика на рисунке 19A показывает, как на отклик варистора влияет форма тока. Исходя из таких данных, эффект «выброса» может быть определен как относительное увеличение максимального напряжения, возникающего на варисторе во время быстрого нарастания тока, с использованием в качестве эталона стандартной волны тока 8/20 мкс. На рисунке 19B показано типичное изменение напряжения фиксации в зависимости от времени нарастания для различных уровней тока.

РИСУНОК 19. РЕАКЦИЯ ВАРИСТОРОВ, УСТАНОВЛЕННЫХ НА СВИНЦЕ, НА ТЕКУЮ ВОЛНУЮ ФОРМУ

РИСУНОК 19A.ХАРАКТЕРИСТИКИ V-I ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ВРЕМЕНИ НАРАБОТКИ ТОКА

РИСУНОК 19B. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО НАСТРОЙКИ НА ОСНОВЕ ОСНОВНЫХ 8/20 ТОК ИМПУЛЬСА

Как подключить варистор Littelfuse

Подавители переходных процессов могут подвергаться воздействию высоких токов в течение коротких промежутков времени от наносекунд до миллисекунд.

Littelfuse подключаются параллельно нагрузке, и любое падение напряжения на выводах варистора снижает его эффективность.Наилучшие результаты достигаются при использовании коротких проводов, которые расположены близко друг к другу, чтобы уменьшить наведенные напряжения, и низкого омического сопротивления, чтобы уменьшить падение I • R.

Однофазный

РИСУНОК 23.

Это наиболее полная защита, которую можно выбрать, но во многих случаях выбираются только Варистор 1 или Варистор 1 и 2.

РИСУНОК 24.

Трехфазный

РИСУНОК 25A. 3 ФАЗА 220В / 380В, НЕЗЕМЛЯЮЩАЯ

РИСУНОК 25B.3 ФАЗА 220 В ИЛИ 380 В, НЕЗЕМЛЯЮЩАЯ

РИСУНОК 25C. 3 ФАЗА 220 В, ОДНА ФАЗА ЗАЗЕМЛЕННАЯ

РИСУНОК 25D. 3 ФАЗА 220 В

РИСУНОК 25E. 3 ФАЗЫ 120 В / 208 В, 4 ПРОВОДА

РИСУНОК 25F. 3 ФАЗА 240 В / 415 В

Для более высоких напряжений используйте те же соединения, но выбирайте варисторы для соответствующего номинального напряжения.

Приложение постоянного тока

постоянного тока требуется соединение между плюсом и минусом или плюсом и землей, а также минусом и землей.

Например, если переходный процесс к земле существует на всех трех фазах (переходные процессы синфазного режима), только подавители переходных процессов, соединенные фазой с землей, будут поглощать энергию. Подавители переходных процессов, подключенные между фазами, не будут эффективны.

РИСУНОК 26. ПЕРЕХОДНОЕ И ПРАВИЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ОБЩЕГО РЕЖИМА

С другой стороны, если существует дифференциальный режим переходного процесса (фаза к фазе), то подавители переходных процессов, соединенные между фазами, будут правильным решением.

РИСУНОК 27. ПЕРЕХОДНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕЖИМ И ПРАВИЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ

Это лишь некоторые из наиболее важных вариантов подключения ограничителей переходных процессов.

Логический подход состоит в том, чтобы подключить подавитель переходных процессов между точками разности потенциалов, создаваемых переходным процессом. Подавитель затем уравняет или уменьшит эти потенциалы до более низких и безопасных уровней.

Термины и определения варистора

Определения (Стандарт IEEE C62.33, 1982)

Характеристика — это неотъемлемая и измеряемая характеристика устройства. Такое свойство может быть электрическим, механическим или тепловым и может быть выражено как значение для указанных условий.

Рейтинг — это значение, которое устанавливает либо ограничивающую способность, либо ограничивающее условие (максимальное или минимальное) для работы устройства. Он определен для заданных значений окружающей среды и эксплуатации. Рейтинги указывают уровень нагрузки, которая может быть приложена к устройству, не вызывая ухудшения характеристик или выхода из строя.Символы варистора определены на линейном графике V-I, показанном на рисунке 20.

РИСУНОК 20. СИМВОЛЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ НА ГРАФИКЕ НА ГРАФИКЕ

Устройство фиксации напряжения

Зажимное устройство, такое как MOV, относится к характеристике, при которой эффективное сопротивление изменяется с высокого на низкое состояние в зависимости от приложенного напряжения. В проводящем состоянии между зажимным устройством и сопротивлением источника цепи устанавливается действие делителя напряжения.Зажимные устройства обычно являются «рассеивающими» устройствами, преобразующими большую часть переходной электрической энергии в тепло.

Выбор наиболее подходящего подавителя зависит от баланса между приложением, его работой, ожидаемыми угрозами переходного напряжения и уровнями чувствительности компонентов, требующих защиты. Также необходимо учитывать форм-фактор / стиль упаковки.

Тестовая форма сигнала

При высоких уровнях тока и энергии характеристики варистора обязательно измеряются с помощью формы импульса.На рисунке 21 показана форма волны стандарта ANSI C62.1, экспоненциально затухающая форма волны, представляющая грозовые скачки и разряд накопленной энергии в реактивных цепях.

Волна тока 8/20 мкс (нарастание 8 мкс и спад от 20 мкс до 50% пикового значения) используется в качестве стандарта, основанного на отраслевых практиках, для описанных характеристик и номинальных значений. Единственным исключением является класс энергопотребления (W _TM ), в котором используется более длинная форма волны 10/1000 мкс. Это состояние более характерно для высоких скачков энергии, обычно возникающих при индукционном разряде двигателей и трансформаторов.Варисторы рассчитаны на максимальный импульс энергии, который приводит к сдвигу напряжения варистора (V _N ) менее чем на +/- 10% от начального значения.

РИСУНОК 21. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛНЫ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА

Номинальные параметры рассеиваемой мощности

Когда переходные процессы происходят в быстрой последовательности, средняя рассеиваемая мощность равна энергии W _TM (ватт-секунды) за импульс, умноженной на количество импульсов в секунду. Разрабатываемая таким образом мощность должна соответствовать спецификациям, указанным в таблице характеристик и характеристик конкретного устройства.Некоторые параметры должны быть снижены при высоких температурах.

РИСУНОК 22. НОМИНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВА

ТАБЛИЦА 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВАРИСТОРА (СТАНДАРТ IEEE C62.33-1982, ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ 2.3 И 2.4)

Глобальный отчет по траектории и аналитике рынка оксидно-металлического варистора (MOV) 2020-2027 — ResearchAndMarkets.com

ДУБЛИН — (БИЗНЕС-ПРОВОД) — Отчет «Металлооксидный варистор (MOV) — Траектория глобального рынка и аналитика» добавлен в ResearchAndMarkets.com предложение.

В условиях кризиса COVID-19 мировой рынок металлооксидного варистора (MOV), оцениваемый в 9,4 миллиарда долларов США в 2020 году, по прогнозам, достигнет пересмотренного размера в 18,8 миллиарда долларов США к 2027 году, при этом среднегодовой темп роста составит 10,4% по сравнению с предыдущим годом. Период анализа 2020-2027 гг.

Disc MOV, один из сегментов, проанализированных в отчете, по прогнозам, достигнет 12,2% CAGR и достигнет 3,4 млрд долларов США к концу периода анализа. После раннего анализа последствий пандемии для бизнеса и вызванного ею экономического кризиса рост сегмента Strap MOV был скорректирован до пересмотренного 8.7% CAGR на следующий 7-летний период.

Рынок США оценивается в 2,8 миллиарда долларов, в то время как в Китае прогнозируется рост на 9,7% в год в год

Рынок металлооксидных варисторов (MOV) в США оценивается в 2,8 миллиарда долларов США в 2020 году. Китай, вторая по величине экономика мира, по прогнозам, достигнет прогнозируемого размера рынка в 3,2 миллиарда долларов США к 2027 году, отставая от среднегодового темпа роста в размере 3,2 миллиарда долларов США. 9,6% за период анализа с 2020 по 2027 год. Среди других примечательных географических рынков — Япония и Канада, каждый из которых прогнозирует рост на 9.4% и 8,5% соответственно за период 2020-2027 гг. В Европе прогнозируется среднегодовой темп роста Германии примерно 8,4%.

Блокировать сегмент MOV для записи 9,2% CAGR

В глобальном сегменте Block MOV США, Канада, Япония, Китай и Европа будут обеспечивать среднегодовой темп роста 9,3% для этого сегмента. Эти региональные рынки, на которые в совокупности приходится 1,3 миллиарда долларов США в 2020 году, достигнут прогнозируемого размера в 2,4 миллиарда долларов США к концу периода анализа.Китай останется одним из самых быстрорастущих в этом кластере региональных рынков. Рынок Азиатско-Тихоокеанского региона, возглавляемый такими странами, как Австралия, Индия и Южная Корея, к 2027 году достигнет 2,2 миллиарда долларов США.

В отчете представлены краткие сведения о том, как пандемия повлияла на производство и покупательную способность в 2020 и 2021 годах. Также рассматривается краткосрочное поэтапное восстановление по ключевым географическим регионам.

Ключевые темы:

I. ВВЕДЕНИЕ, МЕТОДОЛОГИЯ И ОБЪЕМ ОТЧЕТА

II.КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

1. ОБЗОР РЫНКА

• Доли мирового рынка конкурентов
• Сценарий рыночной доли конкурентов варистора на основе оксида металла (MOV) в мире (в%): 2019 и 2025 гг.
• Влияние Covid-19 и надвигающейся глобальной рецессии

2. ФОКУС НА ВЫБОР ИГРОКОВ

• Centra Science Corp.
• Dean Technology, Inc.
• Компания General Electric
• KEMET Corporation
• MDE Semiconductor, Inc.
• Moda-Innochips Co. Ltd.
• Murata Manufacturing Co., Ltd.
• Корпорация TDK
• Vishay Intertechnology, Inc.

3. ТЕНДЕНЦИИ И ДРАЙВЕРЫ НА РЫНКЕ

4. ПЕРСПЕКТИВА МИРОВОГО РЫНКА

• Мировой рынок дисков MOV (Type) по регионам / странам в миллионах долларов США: с 2020 по 2027 год
• Распределение доли рынка Disc MOV (Тип) в мировых продажах по регионам / странам: 2020 VS 2027
• Strap MOV (Type) Потенциальный рост мировых рынков в миллионах долларов США: с 2020 по 2027 год
• Ремешок MOV (Тип) Распределение рыночных продаж по регионам / странам в процентах: 2020 г. по сравнению с 2027 г.
• Block MOV (Type) Географический охват рынка по всему миру в миллионах долларов США: с 2020 по 2027 год
• Блок MOV (Тип) Распределение доли рынка в процентах по регионам / странам: 2020 VS 2027
• Ring MOV (Type) Оценки и прогнозы мирового рынка по регионам / странам в миллионах долларов США: с 2020 по 2027 год
• Распределение доли рынка Ring MOV (Type) по регионам / странам: 2020 VS 2027
• Другие типы (типы) Мировой рынок по регионам / странам в миллионах долларов США: с 2020 по 2027 год
• Другие типы (Тип) Распределение доли рынка в процентах по регионам / странам: 2020 VS 2027
• Оценки и прогнозы продаж автомобильной электроники (конечного использования) в миллионах долларов США по регионам / странам на период с 2020 по 2027 год
• Распределение доли рынка автомобильной электроники (конечного использования) на мировом рынке по регионам / странам в 2020 и 2027 годах
• Глобальная оценка возможностей оборудования линейного напряжения (конечного использования) в миллионах долларов США по регионам / странам: 2020-2027 гг.
• Мировые продажи беспроводных мобильных телефонов (конечное использование) в миллионах долларов США по регионам / странам: 2020-2027 гг.
• Оценки и прогнозы мирового рынка промышленной силовой электроники (конечное использование) в миллионах долларов США по регионам / странам: 2020-2027 гг.
• Потенциал спроса на бытовую электронику (конечное использование) во всем мире в миллионах долларов США по регионам / странам: 2020-2027 гг.
• Прогнозы скрытого спроса на балласты (конечное использование) во всем мире в миллионах долларов США по регионам / странам: 2020-2027 гг.
• Прочие оценки и прогнозы продаж конечного потребления (конечного использования) в миллионах долларов США по регионам / странам на период с 2020 по 2027 годы
• Оценки и прогнозы мирового рынка поверхностного монтажа (строительства) в миллионах долларов США по регионам / странам: с 2020 по 2027 год
• Анализ возможностей рынка сквозных отверстий (строительство) во всем мире в миллионах долларов США по регионам / странам: с 2020 по 2027 год

III.АНАЛИЗ РЫНКА

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЫНКА

• Факты и цифры рынка
• Доля рынка металлооксидного варистора (MOV) (в%) по компаниям: 2019 и 2025 годы
• Аналитика рынка
• Рыночные оценки и прогнозы металлооксидного варистора (MOV) в миллионах долларов США по типам: с 2020 по 2027 год
• Распределение доли рынка варистора на основе оксида металла (MOV) по типам: 2020 VS 2027
• Прогнозы скрытого спроса на варисторы на основе оксида металла (MOV) в миллионах долларов США по конечным потребителям: с 2020 по 2027 год
• Распределение доли рынка варисторов на основе оксида металла (MOV) по конечным потребителям: 2020 г. по сравнению с 2027 г.
• Оценка и прогнозы рынка металлооксидного варистора (MOV) в миллионах долларов США на строительство: с 2020 по 2027 год
• Распределение доли рынка металлооксидных варисторов (MOV) в зависимости от конструкции: 2020 VS 2027

IV.КОНКУРС

• Всего представлено компаний: 51

Для получения дополнительной информации об этом отчете посетите https://www.researchandmarkets.com/r/igmyym.

Варисторная керамика — обзор

Неоднородность микроструктуры варисторов

Из-за микроструктурной природы зерен керамики из оксида цинка, распределения добавок и производственного процесса неоднородность стала унаследованным свойством любого варистора ZnO (Modine, 2001).Первыми исследователями явления неоднородности были Мизукоши и др. . (1983). После их результатов (Eda, 1984) обсуждался отказ от прокола варисторов ZnO из-за локализации тока, вызванной неоднородностью варистора. Было доказано, что структурная неоднородность варистора ZnO является ключевым фактором, вызывающим локализацию тока внутри варисторной керамики. Авторы Greuter и Blatter (1990) экспериментально показали локализацию тока в микроструктуре с помощью электролюминесценции (Pike et al ., 1985). Тот факт, что происхождение «электрической» неоднородности варистора ZnO вызвано не только структурной неоднородностью, такой как гранулометрический состав, был доказан Тао и др. . (1987). Авторы экспериментально показали, что каждый микропереход в варисторной керамике имеет свою электрическую характеристику.

Следовательно, распределение электрического тока внутри варистора ZnO определяется структурной неоднородностью, распределением электрических свойств отдельных микропереходов и, как показано в Mizukoshi et al .(1983) и He and Hu (2007), а также в этой работе по приложенному напряжению на варисторе.

Локализация тока, лежащая в основе разрушения крошечного отверстия, была дополнительно исследована Войта и Кларк (1997), где микроструктура варистора была смоделирована как однородная сеть нелинейных резисторов. Физический процесс разрушения точечного отверстия будет обсужден позже, а здесь дается краткое введение. Локализация тока приводит к сильному нагреву на локализованном пути тока, плавлению его и, в конечном итоге, из-за высоких температур к испарению материала из него.После разрушения варистора и отключения от сети (срабатывания последовательно включенного предохранителя или теплового разъединителя) отказ варистора в точечном режиме проявляется в виде сквозного отверстия шириной примерно 1 мм в корпусе варистора. Внутренняя стенка точечного отверстия в основном состоит из расплавленной фазы, обогащенной Bi, и зерен ZnO (MOV), имеющих очень низкое омическое сопротивление, что эффективно замыкает варистор. Изображение поперечного сечения режима точечного разрушения показано на рис. 6.

Рис. 6.Прокол (прокол) неисправности варистора. Этот вид отказа приводит к образованию сквозного отверстия в корпусе варистора с высокопроводящими отложениями на стенках отверстия. Точечное отверстие обычно составляет около 0,5–1 мм в диаметре.

По материалам Войта, А., Кларк, Д., 1997. Микроструктурное происхождение локализации тока и повреждения прокола в варисторной керамике. Журнал прикладной физики. 81, 985–993. DOI: 10,1063 / 1,364226.

Рис. 7. Подход сети Вороного к моделированию микроструктуры варисторов, предложенный Bartkowiak et al .Моделирование приводит к созданию неоднородно связанной сетки (нелинейных) резисторов, свойства которой вычисляются из сети Вороного (длины ребер di, j) и некоторых эмпирических выражений, описывающих поведение характеристик IV . N — общее количество резисторов в сети и R _g омическое сопротивление зерна. После того, как ток через сетевые резисторы Ri, j вычислен, эти значения могут быть затем представлены цветовым кодом на зернах сети Вороного, что обычно делается в литературе.

Воспроизведено из Bartkowiak, M., Mahan, G.D., Modine, F.A., et al. , 1996. Сетевая модель Вороного варисторов ZnO с разными типами границ зерен. Журнал прикладной физики. 80, 6516–6522.

Для более явного представления неоднородности поликристаллической структуры варистора авторы в Bartkowiak et al . (1996) предложили сеть Вороного в качестве основы для создания неоднородно связанной сетки нелинейных резисторов, как показано на рис. 7. Сравнение геометрии сети Вороного и изображения кристаллов ZnO с помощью SEM (сканирующего электронного микроскопа), как показано в Clarke (1999). и Чен и др. .(2002), можно легко оправдать использование такого подхода. Авторы в Bartkowiak et al . (1996) использовали сеть Вороного в качестве основы для построения неравномерно связанной сети нелинейных резисторов, которая, как также показано в Войте и Кларке (1997), приводит к решению набора уравнений сохранения тока с помощью анализа цепей. Присваивая различные (распределенные) пороговые напряжения и коэффициенты нелинейности нелинейным резисторам в сети, генерируемой Вороным, авторы в Bartkowiak et al .(1996) удалось совместить как структурную, так и «электрическую» неоднородность варисторной керамики.

После этой работы было опубликовано несколько статей (Bartkowiak et al ., 2001; Chen et al ., 2002; He et al ., 2005; He and Hu, 2007; Long et al ). ., 2010) с использованием численных моделей с сеткой Вороного для анализа электрических характеристик варистора ZnO. Моделирование неравномерности тока внутри варистора ZnO с использованием сети Вороного, представленное He и Hu (2007), показало зависимость явления локализации тока от приложенного напряжения на варисторе.Результаты показали, что локализация достигает максимума в области значений напряжения TOV (временного перенапряжения).

О моделировании варистора из ZnO с помощью МКЭ (метод конечных элементов) ранее сообщалось Ленгауэром и др. . (2000). Они выполнили анализ методом конечных элементов для расчета механических напряжений внутри диска ZnO, где керамика диска была представлена ​​в виде однородного твердого цилиндра. Авторы в Frigura-Iliasa et al . (2010) представили модель МКЭ для расчета тепловых потерь в варисторе, приняв варисторную керамику как однородное твердое тело (как в Ленгауере и др. .(2000)). Авторы в Bavelis et al . (2014) предложили трехмерную модель FEM для анализа распределения тока внутри варистора ZnO, представляя геометрию зернистой структуры с помощью трехмерной сети Вороного. Недостатком этой работы является то, что модель FEM использовалась только для расчета матрицы проводимости зерен ZnO, которая позже была использована в трехмерной нелинейной резисторной сети. Таким образом, представленная модель по-прежнему приводит к анализу схемы без решения для электрического поля в моделируемой геометрии.

Способность варисторов к поглощению (обработке) энергии (EAC) (Matsouka, 1971; Clarke, 1999; Eda, 1989; He, 2019) является ключевым параметром, влияющим на их характеристики, а также характеристики отказов. В начале 1980-х было осознано, что EAC варистора в основном зависит от его микроструктуры (неоднородности), а также от напряженных условий (Mizukoshi et al ., 1983; Kan et al ., 1983). В Mizukoshi и др. . (1983) и Кан и др. .(1983) авторы экспериментально получили отношения между однородностью варистора, TOV и EAC, выяснив их количественную взаимозависимость.

Для углубления понимания EAC, Eda (1984) предложил модель варистора, способную решать и прогнозировать электротермическое поведение варисторов при заданных напряжениях и неоднородностях микроструктуры. Представленная модель была основана на изображении варистора как композиции нескольких однородных цилиндров, электрически описываемых с одинаковыми характеристиками плотности тока и электрического поля ( JE ), имеющими разные напряжения пробоя.Независимо от геометрической простоты модели, полученные результаты хорошо согласовывались с экспериментальными данными, демонстрирующими сильную локализацию тока и джоулева нагрев в корпусе варистора, что, в свою очередь, приводило к отказу варистора в условиях точечного отверстия (прокола).

Дополнительные работы в этом направлении были выполнены Bartkowiak et al . (1999), представившая модель варистора, которая включает моделирование механических напряжений из-за быстрого и неоднородного нагрева.Этот подход охватывает два режима отказа варистора: растрескивание и прокол.

Растрескивание варистора, наряду с повреждением прокола, является вторым наиболее распространенным видом отказа варистора. Обычно это происходит, когда варистор подвергается воздействию чрезвычайно коротких импульсов (в диапазоне 10 микросекунд), имеющих гораздо более высокие плотности тока и величины напряжения, чем те, которые возникают в случае повреждения точечного отверстия. Такое напряжение варистора вызывает быстрое сильно неоднородное тепловое расширение материала (механическая ударная волна), что в конечном итоге приводит к растрескиванию корпуса варистора.На рис. 8 показано нарушение режима растрескивания, на котором можно наблюдать отдельные области; Трещина параллельна напряженному электрическому полю (токопроводимость) и распространяется по всему корпусу варистора. Внутренние стенки трещины демонстрируют сильное разрушение материала без расплавленной фазы, вблизи трещины также может происходить процесс рекристаллизации (He, 2019).

Рис. 8. Изображение поперечного сечения трещины в корпусе варистора. В то время как здесь трещина напоминает точечное разрушение (см. Рис.6), его ширина (длина) распространяется на гораздо большую часть корпуса варистора.

По материалам He, J., 2019. Металлооксидные варисторы: от микроструктуры к макро-характеристикам. Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. DOI: 10.1002 / 9783527684038.

На рис. 9 показаны типичные режимы отказов MOV, если смотреть сверху (в направлении приложенного напряжения). Он также указывает на напряженные условия, которые вызывают определенные режимы отказа. Однако, хотя большая часть наблюдаемых видов отказов в зависимости от условий нагружения будет соответствовать наблюдаемой характеристике, показанной на рис.9, все еще остается неотразимая неопределенность относительно того, какой отказ в конечном итоге произойдет. Стоит упомянуть, что отказ от растрескивания обычно не приводит к короткому замыканию MOV, тем не менее, также может возникнуть комбинация отказа от точечного отверстия и растрескивания.

Рис. 9. Вверху: иллюстрация режимов разрушения варисторов, вид сверху на поверхность электрода с режимами разрушения в зависимости от условий нагружения по Эда и Не. Ниже: изображения нескольких типичных видов разрушения: (а) растрескивание на краю, (б) точечное отверстие (прокалывание) на боковой стенке, (в) трещина во внутренней области и (г) разрушение и прокалывание под действием импульсных токов.

По материалам Eda, K., 1984. Механизм разрушения варисторов ZnO из-за высоких токов. Журнал прикладной физики. 56, 2948–2955. Он, Дж., 2019. Варисторы из оксида металла: от микроструктуры к макро-характеристикам. Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. DOI: 10.1002 / 9783527684038. Мэн П., Чжао X., Ян X., и др. , 2019. Явление поломки варисторов ZnO, вызванное неравномерным распределением внутренних пор. Журнал Европейского керамического общества. 39, 4824–4830, DOI: 10,1016 / j.jeurceramsoc.2019.06.043.

Предыдущие отчеты (Mizukoshi et al ., 1983; Kan et al ., 1983; Eda, 1984; Ringler et al ., 1997; Bartkowiak et al ., 1999, 2001; He and Hu, 2007) недвусмысленно продемонстрировали зависимости EAC от напряжения варисторов, где мы можем наблюдать падение EAC на ~ 50% в условиях TOV по сравнению с уровнями EAC в области перенапряжения. Этот вывод также проявляется в характеристиках наработки до отказа варисторов, демонстрируя экспоненциальное уменьшение для перенапряжений в диапазоне 1.1–1,6-кратное номинальное напряжение (Кан и др. ., 1983; Ханмири и др. ., 2017). Недавние крупномасштабные экспериментальные данные, о которых сообщили Тучек и Хинрихсен (2014), подтвердили и подтвердили предыдущие экспериментальные данные и данные моделирования.

На рис. 10 показана способность варистора поглощать энергию в зависимости от плотностей тока, где видно существенное увеличение значения EAC при более высоких плотностях. Стоит отметить, что при измерении EAC в TOV и в областях скачка напряжения используются разные формы волны тока.Для величин тока TOV используется источник переменного тока, а для величин импульсного тока используются генераторы импульсных перенапряжений (IEC, 2011).

Рис. 10. Способность к поглощению энергии как функция плотности тока: (a) экспериментальные результаты, представленные в Ringler и др. ., И (b) крупномасштабные экспериментальные результаты, представленные в Tuczek и Hinrichsen.

Воспроизведено по материалам Ringler, K.G., Kirkby, P., Erven, C.C., Lat, M.V., Malkiewicz, T.A., 1997. Способность к поглощению энергии и время до отказа варисторов, используемых в металлооксидных ОПН.IEEE Transactions on Power Delivery. 12, 203–212, DOI: 10.1109 / 61.568242. Tuczek, M.N., Hinrichsen, V., 2014. Недавние экспериментальные данные о возможности обработки энергии одно- и многоимпульсными металлооксидными варисторами для использования в высоковольтных ограничителях перенапряжения. IEEE Transactions on Power Delivery. 29, 2197–2205, DOI: 10.1109 / TPWRD.2013.2283911.

Несомненно, как отмечалось ранее, такое нежелательное падение EAC варистора в области TOV возникает из-за сильной локализации тока в микроструктуре, где эффективный токопроводящий ток (т.е.е. энергопоглощающий) объем резко уменьшается. Количественная оценка эффективного уменьшения объема все еще остается в основном туманной; Войта (Войта и Кларк, 1997; Войта и др. ., 1996) на основе моделирования устанавливает минимальную эффективную громкость (при максимальной локализации) на ~ 10%, а недавний IEEE C62.

No related posts.