כל מכשיר אלקטרוני הכלול ברשת זקוק להגנה מפני חריגה מערכי הסף של זרם או מתח. נתיכים ומפסקים שונים משמשים להגנה על זרם, אך לרוב משתמשים בווריסטורים להגנה על המכשיר מפני מתח יתר. במאמר זה נשקול את עקרון הפעולה של הווריסטור, המאפיינים שלו, היתרונות והחסרונות של רכיב אלקטרוני זה.
תוֹכֶן
מהו וריסטו ואיפה משתמשים בו
Varistor - זהו נגד משתנה העשוי מחומר מוליכים למחצה, המסוגל לשנות את ההתנגדות החשמלית שלו בהתאם למתח המופעל עליו.
עקרון הפעולה של רכיב אלקטרוני כזה שונה מנגד ופוטנציומטר קונבנציונליים. תֶקֶן נַגָד בעל ערך קבוע של התנגדות בכל עת, ללא קשר למתח במעגל, הפוטנציומטר מאפשר לך לשנות את ההתנגדות באופן ידני על ידי סיבוב כפתור הבקרה. אבל לווריסטור יש מאפיין זרם-מתח סימטרי לא ליניארי וההתנגדות שלו תלויה לחלוטין במתח במעגל.
בשל תכונה זו, וריסטורים נמצאים בשימוש נרחב ויעיל להגנה על רשתות חשמל, מכונות וציוד, כמו גם רכיבים אלקטרוניים, לוחות ומיקרו-מעגלים, ללא קשר לסוג המתח. יש להם עלות ייצור נמוכה, הם אמינים בשימוש והם מסוגלים לעמוד בעומסים גבוהים.
וריסטורים משמשים הן במתקני מתח גבוה עד 20 קילו וולט והן במתקני מתח נמוך מ-3 עד 200 וולט כמגביל מתח. יחד עם זאת, הם יכולים לעבוד הן ברשתות עם זרם חילופין והן עם זרם ישר. הם משמשים לוויסות וייצוב זרם ומתח, כמו גם בהתקני הגנה מפני נחשולי מתח. משמש בתכנון של מסנני רשת, ספקי כוח, טלפונים ניידים, SPD ו-SPEs אחרים.
סוגי ועיקרון הפעולה
כאשר פועל בתנאים רגילים, לווריסטור יש התנגדות עצומה, שיכולה לרדת כאשר המתח חורג מערך סף. כלומר, אם המתח במעגל גדל משמעותית, אז הווריסטור עובר ממצב מבודד למצב מוליך חשמלי ובשל אפקט המפולת במוליך למחצה מייצב את המתח על ידי העברת זרם גדול דרכו.
וריסטורים יכולים לעבוד עם מתח גבוה ונמוך, ובהתאם, מחולקים לשתי קבוצות של מכשירים בעלי אותו עקרון פעולה:
- מתח גבוה: מסוגל לפעול במעגלים בעלי ערכי זרם של עד 20 קילוואט (בשימוש במערכות הגנה של רשתות וציוד, בהתקני הגנה מפני נחשולי מתח).
- מתח נמוך: מתח מדורג עבור סוג זה של רכיבים משתנה בין 3 ל-200 וולט (משמש להגנה על מכשירים אלקטרוניים ורכיבי ציוד עם זרם של 0.1 - 1A והם מותקנים בכניסה או ביציאה של מקור הכוח).
זמן תגובה של Varistor ב נחשול מתח הוא בערך 25 ns, שזה ערך מצוין, אבל במקרים מסוימים לא מספיק. לכן, יצרני רכיבים אלקטרוניים פיתחו טכנולוגיה לייצור נגד smd, בעל זמן תגובה של 0.5 ns.
וריסטורים מכל הסוגים עשויים מסיליקון קרביד או תחמוצת אבץ על ידי סינון חומר זה עם קלסר (שרף, חימר, זכוכית) בטמפרטורה גבוהה. לאחר קבלת אלמנט מוליך למחצה, הוא מתכתי משני הצדדים עם מוביל מתכת הלחמה לחיבור.
סימון, מאפיינים ופרמטרים עיקריים
כל יצרן של וריסטורים מסמן את המוצר שלו בצורה מסוימת, כך שיש מספר גדול למדי של אפשרויות ייעוד והפרשנויות שלהם. הווריסטור הרוסי הנפוץ ביותר הוא K275, ורכיבים פופולריים מתוצרת חוץ הם 7n471k, kl472m ואחרים.
ניתן לפענח את הייעוד של הווריסטור CNR-10d751k באופן הבא: CNR - וריסטור תחמוצת מתכת; ד - פירושו שהרכיב הוא בצורת דיסק; 10 הוא קוטר הדיסק; 751 - מתח תגובה עבור מכשיר זה (חישוב מתרחש על ידי הכפלת שתי הספרות הראשונות ב-10 בהספק השווה לספרה השלישית, כלומר, 75 כפול 10 לתואר הראשון, נקבל 750 V); ק - סטייה מותרת של המתח המדורג, שהוא 10% בכל כיוון (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
המאפיינים העיקריים של וריסטורים הם הפרמטרים הבאים:
מתח סיווג - מתח בערכים מסוימים של זרם הזורם דרך הווריסטור (בדרך כלל ערך זה הוא 1mA). הגדרה זו מותנית ואינה משפיעה על בחירת המכשיר;
מתח מקסימלי מותר - טווח מתח (RMS או RMS), שבו הווריסטור מתחיל להוריד את ההתנגדות שלו;
אנרגיית ספיגה מקסימלית - מאפיין המראה את ערך האנרגיה שהווריסטור מפזר ואינו נכשל כאשר הוא נחשף לפולס בודד (נמדד בג'אול);
זרם נחשול מקסימלי - מנרמל את זמן העלייה ומשך הדופק הנוכחי (נמדד באמפר);
קיבולת הוא פרמטר חשוב מאוד, הנמדד במצב סגור ובתדירות נתונה (יורד לאפס אם מופעל זרם גדול על הווריסטור);
סוֹבלָנוּת - סטייה מהפרש הפוטנציאל הנומינלי בשני הכיוונים (מצוין באחוזים).
זמן תגובה - מרווח הזמן שבו הווריסטור עובר ממצב סגור לפתוח (בדרך כלל כמה עשרות ננו-שניות).
יתרונות וחסרונות של וריסטורים
יתרון חשוב של נגד לא ליניארי (varistor) הוא פעולתו היציבה והאמינה בתדרים גבוהים ובעומסים כבדים. הוא משמש במכשירים רבים הפועלים במתחים מ-3 V עד 20 קילוואט, הוא פשוט וזול יחסית לייצור ויעיל בתפעול. יתרונות חשובים נוספים הם:
- מהירות תגובה גבוהה (ננו-שניות);
- חיי שירות ארוכים;
- היכולת לנטר נפילות מתח (שיטה ללא אינרציה).
למרות העובדה שלרכיב אלקטרוני זה יש הרבה יתרונות, יש לו גם חסרונות המשפיעים על השימוש בו במערכות שונות. אלו כוללים:
- רעש בתדר נמוך במהלך הפעולה;
- הזדקנות רכיבים (אובדן פרמטרים לאורך זמן);
- קיבול גדול: תלוי במתח ובסוג האלמנט, הוא בטווח שבין 70 ל-3200 pF ומשפיע על ביצועי המכשיר;
- בערכי מתח מרבי, הספק אינו מתפזר - הוא מתחמם יתר על המידה באופן משמעותי ונכשל בערכי מתח מרבי ארוכי טווח.
בחירת וריסטור
כדי לבחור את הווריסטור הנכון עבור מכשיר מסוים, אתה צריך לדעת את המאפיינים של מקור הכוח שלו: התנגדות וכוח של פולסים חולפים. ערך הזרם המקסימלי המותר נקבע, בין היתר, על פי משך החשיפה שלו ומספר החזרות, לכן, בהתקנת וריסטור עם ערך שיא זרם נמוך, הוא ייכשל במהירות.בקיצור, להגנה יעילה על המכשיר, יש צורך לבחור בווריסטור עם מתח בעל מרווח קטן לנומינלי.
כמו כן, לפעולה ללא תקלות של רכיב אלקטרוני כזה, קצב פיזור האנרגיה התרמית הנספגת והיכולת לחזור במהירות למצב הפעולה הרגיל חשובים מאוד.
ייעוד בתרשים ואפשרויות לחיבור הווריסטור
על תוכניות וריסטור בדרך כלל מסומן, ממש כמו נגד רגיל, אבל עם U נוסף ליד הקו הנטוי. תכונה זו מציינת בתרשימים שלאלמנט זה יש תלות התנגדות במתח במעגל. גם ב תרשים חיווט אלמנט זה מסומן בשתי אותיות R ו-U בתוספת מספר סידורי (RU1, RU2 ... וכו').
ישנן מספר רב של אפשרויות לחיבור וריסטורים, אך הדבר המשותף לכל השיטות הוא שרכיב זה מחובר במקביל למעגל החשמל. לכן, בהיעדר ערכים מסוכנים של פעימות מתח, לזרם הזורם דרך הווריסטור יש ערך קטן (בשל ערכי התנגדות גדולים) ואינו משפיע על ביצועי המערכת בשום אופן. כאשר מתרחש מתח יתר, הווריסטור משנה התנגדות לערכים קטנים, העומס עובר shunted והאנרגיה הנספגת מתפזרת לחלל שמסביב.
מאמרים דומים:
