Obwody i elektronika są znaczącą częścią naszego życia i codziennych czynności. Niestety skoki napięcia mogą wystąpić z kilku powodów i spowodować uszkodzenia układów elektronicznych. Można jednak użyć warystory tlenku metalu do zabezpieczenia obwodu. Warystory te nie są nowe, ponieważ pochodzą z początku lat 70. i stały się preferowaną metodą ochrony obwodów.
MOV są idealne do różnych zastosowań, szczególnie na płytkach drukowanych. Oto wszystko, co musisz wiedzieć o tym elemencie elektronicznym.
Treść
Co to są warystory tlenku metalu?
Jak działa MOV?
MOV Budownictwo
Charakterystyka elektryczna MOV
Wydajność MOV
MOV Dane techniczne
Jak używać MOV w swoim obwodzie?
Wskazówki dotyczące projektowania obwodów ochronnych MOV
Zastosowania MOV
Streszczenie
Co to są warystory tlenku metalu?
Mówiąc prościej, warystor tlenku metalu jest rezystorem zmiennym, ale z lekkim skrętem. W przeciwieństwie do potencjometru, może zmieniać rezystancję w oparciu o napięcie wejściowe. Wzrost napięcia zmniejsza rezystancję, podczas gdy spadek napięcia podnosi rezystancję.
Warystor tlenku metalu
Źródło: Wikimedia Commons
Dzięki tej właściwości elektrycznej warystor przydaje się w technologiach ochrony obwodów.
Jak działa MOV?
Warystory tlenku metalu występują w szerokim zakresie wahań napięcia, od około 10 V do ponad 1000 woltów AC lub DC. Dlatego wybór lub skonstruowanie jednego jest łatwiejsze, jeśli znasz napięcie zasilania.
Na przykład, jeśli napięcie zasilania wynosi 120 V, wybierz warystor krzemowy lub metalowo-tlenkowy o nieco wyższym napięciu RMS, takim jak 130 V. Jeśli moc wynosi 230 V, wybierz warystor o wartości RMS 260 V.
Warystor tlenku metalu na płytce drukowanej
Źródło: Wikimedia Commons
Oprócz napięcia zasilania, ważne jest również zrozumienie impulsu mocy przejściowej i impedancji źródła. Trudno jest wybrać właściwy MOV dla linii przychodzących i przejściowych przenoszonych fazowo, ponieważ charakterystyka zasilania jest nieznana. Dlatego wybór MOV do ochrony obwodów elektrycznych przed skokami i stanami przejściowymi zasilania jest zwykle wykształconym przypuszczeniem.
Jednak w przypadku prądu maksymalny skok, jaki może przyjąć warystor, zależy od liczby powtórzeń impulsów i przejściowej szerokości impulsu.
Można założyć przejściową szerokość impulsu, która zwykle mierzy 20 - 50 mikrosekund.
To powiedziawszy, warystor może się przegrzać, jeśli szczytowy prąd impulsowy jest niewystarczający. Dlatego musi szybko rozpraszać pochłoniętą przejściową energię impulsu i powrócić do stanu sprzed impulsu, aby zapobiec katastrofalnej awarii.
MOV Budownictwo
Warystory tlenku metalu zawierają jeden główny składnik: ceramiczny proszek tlenku metalu. Najczęściej stosowanym materiałem warystorowym jest tlenek (ziarna ZnO), ale tlenki kobaltu, bizmutu i manganu mogą również działać.
Konstrukcja warystora z tlenku metalu
Źródło: Wikimedia Commons
Dwie metalowe elektrody utrzymują ziarna ZnO na miejscu, a każde ziarno tworzy połączenie diodowe z sąsiednim. Tak więc MOV jest jak pary diod połączone szeregowo.
Małe napięcie na elektrodach powoduje odwrotny prąd upływu, ale duże napięcie osłabia i rozbija złącza granic diod. Problem ten wynika z awarii lawinowej i tunelowania elektronów.
To powiedziawszy, warystor zaczyna przewodzić tylko wtedy, gdy napięcie na przewodach łączących przekracza napięcie progowe. Dlatego powinieneś podłączyć je szeregowo, jeśli chcesz uzyskać wysokie napięcie znamionowe. Ale jeśli wolisz bardziej efektywną obsługę energii, dołącz do nich równolegle.
Charakterystyka elektryczna MOV
Aby zrozumieć właściwości MOV, musisz znać jego charakterystykę elektryczną, która obejmuje:
Rezystancja statyczna
Kiedy kreślisz wykres napięcia MOV przeciwko rezystancji, rezystancja jest na najwyższym poziomie przy standardowym napięciu. Jednak wraz ze wzrostem napięcia rezystancja maleje.
Statyczna krzywa rezystancji
Ten wykres jest ważny, ponieważ pomaga zrozumieć ilość rezystancji w MOV na różnych napięciach.
Charakterystyka V-I
Zgodnie z prawem Ohma, charakterystyką V-I rezystora liniowego jest linia prosta. Ale z warystorem tworzy dwie symetryczne krzywe dwukierunkowe. Krzywa przypomina atrybuty dwóch diod Zenera.
Gdy nie przewodzi, urządzenie warystorowe ma wysoką rezystancję i utrzymuje tę rezystancję do około 200V. Jeśli jednak zakres napięcia wynosi 200-250V, rezystancja maleje, umożliwiając przepływ prądu przez urządzenie. Ten mały przepływ prądu tworzy niewielkie krzywe na wykresie.
Jednakże, gdy napięcie przekroczy 250V (napięcie znamionowe / zaciskowe), urządzenie warystorowe zapewnia lepsze przewodzenie elektryczne, umożliwiając przepływ około 1mA.
Rezystancja MOV zmniejsza się znacznie, jeśli napięcie przejściowe wzrasta do poziomu równego lub przekraczającego napięcie zaciskowe. W tym momencie efekt lawinowy materiału półprzewodnikowego skutecznie zamienia warystor w przewodnik.
Pojemność MOV
Ponieważ MOV ma dwie elektrody, działa jak medium dielektryczne i wytwarza efekt kondensatora. Wartość pojemności zależy od obszaru, który odwrotnie zależy od grubości.
To powiedziawszy, dopuszczalna pojemność warystora nie stanowi problemu w obwodach prądu stałego, ponieważ pozostaje stała, dopóki zakres napięcia dc działającego urządzenia nie będzie równy napięciu zaciskowemu.
Jednak w przypadku obwodów prądu przemiennego pojemność może wpływać na ogólną rezystancję ciała, powodując prąd upływu. Ponieważ MOV łączy się z urządzeniem objętym ochroną równolegle, rezystancja maleje wraz ze wzrostem częstotliwości. Taki scenariusz zwiększa prąd upływu, tworząc nieprzewodzący obszar wycieku na krzywej V-I.
Wartość reaktancji MOV można obliczyć za pomocą następującej formuły:
Xc = 1/2πfC
Xc jest rezystancją pojemnościową, a f jest częstotliwością AC,
Wydajność MOV
Bezpieczniki i wyłączniki są również urządzeniami zabezpieczającymi, ale ich mechanizmy robocze są podobne do MOV. Warystory są nieliniowe i zależne od napięcia, gdzie ich rezystancja zmienia się automatycznie w zależności od zasilania.
Bezpiecznik
Warystory zapewniają prawie pełną ochronę przed katastrofalnymi awariami, a urządzenia takie jak warystor Littelfuse zapewniają najszerszy zakres ochrony obwodu. Jednak urządzenie może ulec trwałemu uszkodzeniu, jeśli napięcie, które tłumi, jest zbyt wysokie.
Wyłączniki nadprądowe
Ponieważ nawet małe skoki powodują niewielkie uszkodzenia, urządzenie z czasem staje się wolniejsze, a producenci zwykle wyjaśniają żywotność urządzenia za pomocą wykresu.
Klasa energetyczna wpływa również na żywotność warystora. Wysoka wartość energetyczna zmienia impulsy przejściowe, które urządzenie może obsłużyć, co podnosi napięcie zacisku przy każdej krótkiej awarii.
Możesz poprawić wydajność, łącząc wiele MOV równolegle. Ponadto można zakłócać czas reakcji, zmieniając indukcyjność przewodu komponentu i konstrukcję montażową.
Warto zauważyć, że warystor tlenku metalu może działać zarówno w polaryzacji do przodu, jak i do tyłu.
MOV Dane techniczne
Przed wybraniem warystora tlenku metalu należy znać jego parametry, które obejmują:
Maksymalne napięcie robocze warystora
Określane również jako napięcie stałe w stanie ustalonym, napięcie to występuje tam, gdzie prąd upływu jest niższy niż określona wartość.
Napięcie zacisku
Odnosi się do napięcia, przy którym warystor zaczyna przewodzić, rozpraszając prąd udarowy.
Prąd udarowy
Prąd udarowy to prąd szczytowy, który urządzenie może obsłużyć bez żadnych uszkodzeń, a producenci zwykle wyrażają go jako prąd na dany czas.
Warystor
Przesunięcie przepięciowe
Zmiana napięcia po skoku napięcia przejściowego jest przesunięciem udarowym.
Absorpcja energii
Odnosi się do maksymalnej ilości energii, którą warystor może rozproszyć przez określony czas. Standardowy stan przejściowy x/y wyraża tę energię, przy czym x jest przejściowym wzrostem, podczas gdy y jest czasem osiągnięcia połowy wartości szczytowej. Wartość tę można określić, zasilając urządzenia w obwodzie kontrolowanym o określonych wartościach.
Czas reakcji
Po skoku okres, w którym MOV zaczyna prowadzić, to czas reakcji (zwykle przy 100nS).
Maksymalne napięcie AC
Określana również jako maksymalne napięcie linii RMS, wartość ta jest zwykle wyższa od rzeczywistego napięcia linii RMS. Napięcie szczytowe i warystorowe nie powinny zachodzić na siebie, ponieważ mogą skrócić żywotność elementów elektronicznych.
Prąd upływu
Wreszcie, prąd upływu przepływa przez warystor podczas pracy poniżej napięcia zaciskowego i bez przepięć w obwodzie.
Jak używać MOV w swoim obwodzie?
W większości przypadków MOV znajduje się równolegle obok bezpiecznika w obwodzie, jak pokazano poniżej:
MOV połączony równolegle.
Gdy nie ma skoku napięcia, rezystancja w urządzeniu MOV będzie bardzo wysoka, więc żaden prąd nie przepłynie przez nią. Zamiast tego wszystko wpływa do obwodu.
Jednak skok przekraczający zakres napięcia AC występuje natychmiast w całym MOV, ponieważ jest równoległy do zasilania. Takie przepięcia obniżają wartość rezystancji elektrycznej w MOV, przepuszczając prąd.
Ponieważ opór drastycznie spada, przepływ prądu przez MOV idzie bardzo wysoko, wyglądając jak krótki. Przepływ ten wydmuchuje podłączony bezpiecznik i odcina zasilanie obwodu.
Jednak skoki napięcia zwykle nie trwają wystarczająco długo, aby wysadzić bezpiecznik, więc obwód wznawia regularną pracę bez konieczności wymiany bezpiecznika.
Ale każdy skok napięcia pozostawia ślad na warystorze, więc katastrofalna awaria MOV oznacza, że musiał on przejść wiele przepięć.
Wskazówki dotyczące projektowania obwodów ochronnych MOV
Podczas projektowania obwodu skorzystaj z poniższych wskazówek.
MOV na płytce drukowanej
Zastosowania MOV
Zastosowania warystorów obejmują:
Ochrona przed przepięciami, skokami napięcia, line-to-line, łukami i przełączaniem
Chroni urządzenia przed usterkami
Zapobiega awariom urządzeń przełączających, takich jak tranzystory, tranzystory MOSFET i mostki tyrystorowe
Tranzystor MOSFET mocy
Źródło: Wikimedia Commons
Ochrona przeciwprzepięciowa zwykłych urządzeń elektronicznych, takich jak odtwarzacze mp3, aparaty cyfrowe itp.
Zabezpiecz przemysłowe systemy zasilania, systemy danych, linie AC i DC itp.
Stosowany w adapterach i listwach
Streszczenie
Podsumowując, MOV mają unikalne właściwości elektryczne, co czyni je krytycznymi dla urządzeń elektronicznych. Jest to prosty element z kilkoma materiałami warystorowymi, ale jest bardzo przydatny w ochronie przed przepięciami napięcia przemiennego. Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące tego urządzenia, skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji.