Varistoren - werkingsprincipe, typen en toepassing

Een varistor is een halfgeleidercomponent die zijn actieve weerstand niet-lineair kan veranderen, afhankelijk van de grootte van de spanning die erop wordt toegepast. In feite is het een weerstand met zo'n stroom-spanningskarakteristiek, waarvan de lineaire sectie beperkt is tot een smal bereik, waartoe de weerstand van de varistor komt wanneer er een spanning boven een bepaalde drempel op wordt aangelegd.

Op dit punt verandert de weerstand van het element scherp met verschillende ordes van grootte - het neemt af van de eerste tientallen MΩ tot eenheden van Ohm. En hoe meer de aangelegde spanning toeneemt, hoe kleiner en kleiner de weerstand van de varistor wordt. Deze eigenschap maakt de varistor tot een hoofdbestanddeel van moderne overspanningsbeveiligingsmodulen.

Parallel geschakeld met de beveiligde belasting, absorbeert de varistor de stoorstroom en voert deze af als warmte. En aan het einde van deze gebeurtenis, wanneer de aangelegde spanning afneemt en terugkeert boven de drempel, herstelt de varistor zijn aanvankelijke weerstand en is hij weer klaar om een ​​beschermende functie uit te voeren.

We kunnen zeggen dat de varistor een halfgeleideranaloog is van een gasvonkbrug, alleen in een varistor, in tegenstelling tot een gasvonk, wordt de aanvankelijke hoge weerstand sneller hersteld, is er praktisch geen traagheid en begint het bereik van nominale spanningen vanaf 6 en bereikt 1000 en meer volt.

Om deze reden worden varistoren veel gebruikt in beveiligingscircuits. halfgeleider schakelaars, in circuits met inductieve elementen (voor het doven van vonken), evenals onafhankelijke elementen van elektrostatische bescherming van de ingangscircuits van elektronische apparaten.

Het fabricageproces van een varistor bestaat uit het sinteren van een poedervormige halfgeleider met een bindmiddel bij een temperatuur van ongeveer 1700°C. Hierbij worden halfgeleiders gebruikt zoals zinkoxide of siliciumcarbide. Het bindmiddel kan waterglas, klei, vernis of hars zijn. Op het door sinteren verkregen schijfvormige element worden door metalliseren elektroden aangebracht waaraan de montagedraden van het onderdeel worden gesoldeerd.

Naast de traditionele schijfvorm zijn varistoren te vinden in de vorm van staven, kralen en films. Verstelbare varistoren zijn gemaakt in de vorm van staven met een beweegbaar contact. Traditionele halfgeleidermaterialen die worden gebruikt bij de vervaardiging van varistoren op basis van siliciumcarbide met verschillende bindingen: thyriet, williet, lethine, siliet.

Het interne werkingsprincipe van de varistor is dat de randen van kleine halfgeleiderkristallen in de bindingsmassa met elkaar in contact staan ​​en geleidende circuits vormen. Wanneer er een stroom van een bepaalde grootte doorheen gaat, treedt lokale oververhitting van de kristallen op en neemt de weerstand van de circuits af. Dit fenomeen verklaart de CVC-niet-lineariteit van de varistor.

Een van de belangrijkste parameters van de varistor, samen met de rms-responsspanning, is de niet-lineariteitscoëfficiënt, die de verhouding van de statische weerstand tot de dynamische weerstand aangeeft. Voor varistoren op basis van zinkoxide varieert deze parameter van 20 tot 100. Wat betreft de temperatuurcoëfficiënt van de weerstand van de varistor (TCR), deze is meestal negatief.

Varistoren zijn compact, betrouwbaar en presteren goed in een breed bereik van bedrijfstemperaturen.Op printplaten en in SPD's vindt u kleine schijfvaristoren met een diameter van 5 tot 20 mm. Om hogere vermogens af te voeren, worden blokvaristoren met totale afmetingen van 50, 120 en meer millimeter gebruikt, die in staat zijn kilojoule energie in een puls af te voeren en stromen van tienduizenden ampères erdoorheen te laten gaan, zonder aan efficiëntie in te boeten.

Een van de belangrijkste parameters van elke varistor is de reactietijd. Hoewel de typische activeringstijd van een varistor niet langer is dan 25 ns, en in sommige circuits is dit voldoende, toch is op sommige plaatsen, bijvoorbeeld ter bescherming tegen elektrostatische lading, een snellere respons vereist, niet meer dan 1 ns.

In verband met deze behoefte richten 's werelds toonaangevende fabrikanten van varistoren zich op het verbeteren van hun prestaties. Een manier om dit doel te bereiken is het verminderen van de lengte (respectievelijk de inductantie) van de terminals van de meerlaagse componenten. Dergelijke CN-varistoren hebben al een waardige plaats ingenomen in de bescherming tegen statische uitvoer van geïntegreerde schakelingen.

De nominale DC-varistorspanning (1mA) is een voorwaardelijke parameter, bij deze spanning is de stroom door de varistor niet hoger dan 1mA.De nominale spanning wordt aangegeven op de markering van de varistor.

ACrms is de rms wisselspanningsrespons van de varistor. DC - DC-spanningsactivering.

Daarnaast is de maximaal toelaatbare spanning bij een gegeven stroom gestandaardiseerd, bijvoorbeeld V @ 10A. W is het nominale vermogensverlies van de component. J is de maximale energie van een enkele geabsorbeerde puls, die de tijd bepaalt waarin de varistor het nominale vermogen kan dissiperen terwijl hij in goede staat blijft. Ipp — de piekstroom van de varistor, genormaliseerd door de stijgtijd en de duur van de geabsorbeerde puls, hoe langer de puls, hoe lager de toegestane piekstroom (gemeten in kiloampère).

Om een ​​grotere vermogensdissipatie te bereiken, is parallelle en serieschakeling van varistoren toegestaan. Bij parallelschakeling is het belangrijk om varistoren te kiezen die zo dicht mogelijk bij de parameters liggen.