Что такое варистор и для чего он нужен?

  • Принцип действия
  • Оборудование
  • Основные параметры
  • Маркировка и подбор варисторов
  • Потребительские приложения

Принцип действия

Варисторы — это полупроводниковые приборы с симметричной нелинейной вольт-амперной характеристикой. Его форма позволяет утверждать, что варистор работает как с переменным, так и постоянным током. Давайте рассмотрим это подробнее.

В нормальном состоянии ток, протекающий через варистор, очень мал, это так называемый ток утечки. Его можно рассматривать как диэлектрический элемент с определенной электрической емкостью и можно сказать, что он непроводящий. Однако при определенном напряжении (на фото это + — 60В) он начинает пропускать ток.

Другими словами, работа варистора в схемах защиты аналогична работе ограничителя, только в полупроводниковом приборе нет дуги, а меняется его внутреннее сопротивление. За счет уменьшения сопротивления сила тока увеличивается с микроампер до сотен или тысяч ампер.

Условное графическое изображение варистора в схемах:

Маркировка элемента на схемах напоминает штатный резистор, но пересекается диагональной линией, на которой можно обозначить букву U. Чтобы найти этот элемент на плате или в схеме — обратите внимание на надпись, они обычно маркируются как RU или VA.

Внешний вид варистора:

Варистор устанавливается параллельно цепи для ее защиты. Поэтому, когда в защищенной цепи возникает скачок напряжения, энергия не поступает в устройство, а рассеивается в виде тепла на варисторе. Если энергия импульса будет слишком высокой, варистор сгорит. Но понятие выгорания расплывчато, есть две возможности. Либо варистор просто распадется, либо его кристалл сломается и электроды замкнут накоротко. Это приведет к сгоранию направляющих и проводки или возгоранию корпуса и других деталей.

Чтобы избежать этого, предохранитель должен быть подключен последовательно к сигнальной или силовой линии перед варистором. Тогда при сильном импульсе напряжения и длительном срабатывании или сгорании варистора также сработает предохранитель, разомкнув цепь.

Вкратце, зачем нужен такой компонент — его свойства позволяют защитить электрическую цепь от деструктивных скачков напряжения, которые могут возникнуть как на линиях передачи данных, так и на электрических линиях, например, при включении мощных электроприборов. Подробнее мы обсудим этот вопрос ниже.

Устройство

Принцип работы варисторов довольно прост — внутри находится кристалл полупроводникового материала, чаще всего оксида цинка (ZiO) или карбида кремния (SiC). Спрессованный порошок из этих материалов подвергается высокотемпературной обработке (обжигу) и покрывается диэлектрическим покрытием. Они доступны в виде осевых кабелей, для монтажа в отверстия на печатной плате или в корпусе SMD.

На следующем рисунке показана внутренняя структура варистора:

Основные параметры

Чтобы правильно выбрать варистор, нужно знать его основные технические данные:

  1. Классификационное напряжение можно обозначить как Un. Это напряжение, при котором через варистор начинает течь ток в 1 мА с дальнейшим лавинообразным возрастанием тока. Это значение на маркировке варистора.
  2. Рейтинг рассеиваемой мощности P. Указывает, сколько может рассеиваться элементом при сохранении своих свойств.
  3. Максимальная энергия одиночного импульса W. Измеряется в джоулях.
  4. Максимальный импульсный ток Ipp. При том, что край увеличивается на 8 мкс и его общая длительность составляет 20 мкс.
  5. Закрытая емкость Co. Поскольку в закрытом состоянии варистор подобен конденсатору, поскольку его электроды разделены непроводящим материалом, он имеет определенную емкость. Это важно, когда устройство используется в высокочастотных цепях.

Также существует два типа натяжения:

— Максимальное RMS или RMS переменного тока;

  • Um = — максимальное прямое значение.
  • Маркировка и выбор варистора

    На практике, например, при ремонте электронного устройства, необходимо работать с маркировкой варистора, обычно этов виде:

    20Д 471К.

    Что это такое и как это понимать? Первые 20D-символы представляют диаметр. Чем он больше и толще, тем больше энергии может рассеять варистор. Тогда 471 — это классификационное напряжение.

    Могут быть и другие дополнительные символы, обычно указывающие на производителя или особенности компонента.

    Теперь разберемся, как правильно выбрать варистор, чтобы он правильно выполнял свою функцию. Чтобы выбрать компонент, нужно знать, при каком напряжении и при каком токе он будет работать. Например, можно предположить, что для защиты устройств, работающих в цепи 220В, следует использовать варистор с чуть более высоким классификационным напряжением (для активации при значительном превышении номинального напряжения), т.е. 250-260В. Это в корне неверно.

    Дело в том, что в цепях переменного тока действующим значением является 220В. Не вдаваясь в подробности, амплитуда синусоидального сигнала равна корню z, умноженному на 2 действующего значения, то есть в 1,41 раза. В результате амплитуда напряжения в наших розетках составляет 300-310 В.

    Где 1,1 — запас прочности.

    При таких расчетах элемент начнет отключаться при скачке рабочего напряжения более 240 В, поэтому его классификационное напряжение должно быть не менее 370 В.

    Типовые характеристики варисторов для сетей переменного тока с напряжением в:

    120) — 271к; 200 В (180

    220В) — 431к; 240 В (210

    250) — 471к; 240 В (240 В

    Применение в быту

    Задача варисторов — защитить схемы от сетевых импульсов и перенапряжений. Благодаря этому свойству рассматриваемые элементы нашли свое применение в качестве защиты:

    • линии связи;
    • Информационные входы для электронных устройств;
    • силовые цепи.

    Большинство дешевых блоков питания не имеют никакой защиты. Но в хороших моделях варисторы устанавливаются на входе.

    Кроме того, всем известно, что компьютер необходимо подключать к блоку питания через специальный удлинитель с кнопкой — сетевой фильтр. Он не только отфильтровывает помехи, но и обычные схемы фильтров содержат варисторы.

    Часто электрики рекомендуют защитить китайские светодиодные лампы, установив варистор параллельно розетке. Другие устройства также защищены, некоторые устанавливают варистор в розетку или вилку для защиты подключенных устройств.

    Для защиты всей квартиры — можно установить варистор на DIN-рейку, в хороших приборах в корпусе действительно мощные варисторы до кулака. Пример такого устройства — ОИН-1, который изображен на фото ниже:

    В заключение следует отметить, что задача варистора — защитить какую-то электрическую цепь. Принцип работы основан на изменении сопротивления полупроводниковой структуры под действием высокого напряжения. Напряжение, при котором через элемент начинает течь ток в 1 мА, называется классификационным напряжением. Это и диаметр элемента являются основными параметрами для выбора. Итак, мы четко объяснили, что такое варистор и для чего он нужен, задавайте вопросы в комментариях, если что-то не понимаете.

    Напоследок рекомендуем посмотреть полезное видео по этой статье:

    Вы, наверное, не знаете: