Mỗi thiết bị điện tử được bao gồm trong mạng cần được bảo vệ chống lại việc vượt quá các giá trị ngưỡng của dòng điện hoặc điện áp. Nhiều cầu chì và cầu dao khác nhau được sử dụng để bảo vệ dòng điện, nhưng biến trở thường được sử dụng nhất để bảo vệ thiết bị khỏi quá áp. Trong bài này, chúng ta sẽ xem xét nguyên lý hoạt động của varistor, đặc điểm, ưu nhược điểm của linh kiện điện tử này.
Nội dung
Varistor là gì và nó được sử dụng ở đâu
Varistor - Đây là một biến trở làm bằng vật liệu bán dẫn, có khả năng thay đổi điện trở phụ thuộc vào hiệu điện thế đặt vào nó.
Nguyên lý hoạt động của linh kiện điện tử như vậy khác với điện trở và chiết áp thông thường. Tiêu chuẩn điện trở có giá trị điện trở không đổi tại bất kỳ thời điểm nào, không phụ thuộc vào điện áp trong mạch, chiết áp cho phép bạn thay đổi điện trở bằng tay bằng cách xoay núm điều khiển. Nhưng varistor có đặc tính dòng điện-điện áp đối xứng phi tuyến tính và điện trở của nó phụ thuộc hoàn toàn vào điện áp trong mạch.
Do tính chất này, biến trở được sử dụng rộng rãi và hiệu quả để bảo vệ mạng điện, máy móc và thiết bị, cũng như các linh kiện điện tử, bo mạch và vi mạch, bất kể loại điện áp. Chúng có chi phí sản xuất thấp, sử dụng đáng tin cậy và có khả năng chịu tải cao.
Biến trở được sử dụng cả trong lắp đặt điện áp cao đến 20 kV và lắp đặt điện áp thấp từ 3 đến 200 V như một bộ giới hạn điện áp. Đồng thời, chúng có thể hoạt động được cả trong mạng có dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều. Chúng được sử dụng để điều chỉnh và ổn định dòng điện và điện áp, cũng như trong các thiết bị chống sét lan truyền. Được sử dụng trong thiết kế bộ lọc mạng, bộ nguồn, điện thoại di động, SPD và các SPE khác.
Các loại và nguyên lý hoạt động
Khi hoạt động trong điều kiện bình thường, biến trở có điện trở rất lớn, có thể giảm khi điện áp vượt quá một giá trị ngưỡng. Nghĩa là, nếu điện áp trong mạch tăng đáng kể, thì biến trở chuyển từ trạng thái cách điện sang trạng thái dẫn điện và do hiệu ứng tuyết lở trong chất bán dẫn, ổn định điện áp bằng cách cho dòng điện lớn chạy qua chính nó.
Biến trở có thể hoạt động với điện áp cao và thấp, do đó, được chia thành hai nhóm thiết bị có cùng nguyên lý hoạt động:
- Cao áp: có khả năng hoạt động trong mạch có giá trị dòng điện đến 20 kV (dùng trong hệ thống bảo vệ của mạng và thiết bị, trong các thiết bị chống sét lan truyền).
- Điện áp thấp: điện áp định mức cho loại linh kiện này dao động từ 3 đến 200 V (dùng để bảo vệ các thiết bị điện tử và linh kiện thiết bị có dòng điện từ 0,1 - 1A và được lắp ở đầu vào hoặc đầu ra của nguồn điện).
Thời gian phản hồi Varistor lúc tăng điện là khoảng 25 ns, đây là một giá trị tuyệt vời, nhưng trong một số trường hợp là không đủ. Do đó, các nhà sản xuất linh kiện điện tử đã phát triển công nghệ sản xuất điện trở smd, có thời gian đáp ứng 0,5 ns.
Tất cả các loại đều được làm bằng silic cacbua hoặc oxit kẽm bằng cách thiêu kết vật liệu này với chất kết dính (nhựa, đất sét, thủy tinh) ở nhiệt độ cao. Sau khi nhận một phần tử bán dẫn, nó được kim loại hóa trên cả hai mặt với các dây dẫn kim loại hàn để kết nối.
Đánh dấu, đặc điểm chính và thông số
Mỗi nhà sản xuất biến thể đều dán nhãn sản phẩm của mình theo một cách nhất định, do đó, có một số lượng khá lớn các tùy chọn chỉ định và cách giải thích của chúng. Biến thể phổ biến nhất của Nga là K275 và các thành phần phổ biến do nước ngoài sản xuất là 7n471k, kl472m và các loại khác.
Ký hiệu của biến thể CNR-10d751k có thể được giải mã như sau: CNR - varistor oxit kim loại; d - có nghĩa là thành phần ở dạng đĩa; 10 là đường kính của đĩa; 751 - điện áp đáp ứng cho thiết bị này (phép tính xảy ra bằng cách nhân hai chữ số đầu tiên với 10 để công suất bằng chữ số thứ ba, nghĩa là 75 nhân với 10 bậc đầu, ta được 750 V); k - độ lệch cho phép của điện áp danh định, là 10% theo bất kỳ hướng nào (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Các đặc điểm chính của biến thể là các tham số sau:
Phân loại điện áp - điện áp tại các giá trị nhất định của dòng điện chạy qua biến trở (thường giá trị này là 1mA). Cài đặt này có điều kiện và không ảnh hưởng đến việc lựa chọn thiết bị;
Điện áp tối đa cho phép - dải điện áp (RMS hoặc RMS), tại đó biến thể bắt đầu giảm sức đề kháng của nó;
Năng lượng hấp thụ tối đa - một đặc tính cho thấy giá trị của năng lượng mà biến thể phân tán và không bị hỏng khi tiếp xúc với một xung đơn (đo bằng joules);
Dòng điện tăng tối đa - bình thường hóa thời gian tăng và thời gian của xung hiện tại (đo bằng ampe);
Dung tích là một tham số rất quan trọng, được đo ở trạng thái đóng và một tần số nhất định (giảm xuống 0 nếu một dòng điện lớn được áp dụng cho biến thể);
Sức chịu đựng - sai lệch so với hiệu điện thế danh nghĩa theo cả hai hướng (được biểu thị dưới dạng phần trăm).
Thời gian đáp ứng - khoảng thời gian mà varistor chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở (thường là vài chục nano giây).
Ưu điểm và nhược điểm của biến thể
Một ưu điểm quan trọng của điện trở phi tuyến tính (varistor) là hoạt động ổn định và đáng tin cậy ở tần số cao và tải nặng. Nó được sử dụng trong nhiều thiết bị hoạt động với điện áp từ 3 V đến 20 kV, chế tạo tương đối đơn giản, rẻ tiền và vận hành hiệu quả. Các lợi ích quan trọng khác là:
- tốc độ phản hồi cao (nano giây);
- tuổi thọ lâu dài;
- khả năng theo dõi sụt giảm điện áp (phương pháp quán tính).
Mặc dù thực tế là linh kiện điện tử này có rất nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng có những nhược điểm ảnh hưởng đến việc sử dụng nó trong các hệ thống khác nhau. Bao gồm các:
- tiếng ồn tần số thấp trong quá trình hoạt động;
- lão hóa thành phần (mất các thông số theo thời gian);
- điện dung lớn: phụ thuộc vào điện áp và loại phần tử, nằm trong khoảng từ 70 đến 3200 pF và ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị;
- ở các giá trị điện áp tối đa, công suất không bị tiêu tán - nó quá nóng đáng kể và không hoạt động ở các giá trị điện áp tối đa trong thời gian dài.
Lựa chọn biến thể
Để chọn đúng biến thể cho một thiết bị cụ thể, bạn cần biết các đặc điểm của nguồn điện của nó: điện trở và công suất của các xung nhất thời. Giá trị dòng điện tối đa cho phép được xác định, trong số những thứ khác, bằng khoảng thời gian tiếp xúc của nó và số lần lặp lại, do đó, khi cài đặt một biến thể có giá trị dòng điện đỉnh bị đánh giá thấp, nó sẽ nhanh chóng bị lỗi.Tóm lại, để bảo vệ thiết bị hiệu quả, cần chọn một biến trở có điện áp có biên độ nhỏ hơn danh định.
Ngoài ra, để linh kiện điện tử hoạt động không gặp sự cố, tốc độ tiêu tán nhiệt năng đã hấp thụ và khả năng nhanh chóng trở lại trạng thái hoạt động bình thường là rất quan trọng.
Chỉ định trên sơ đồ và các tùy chọn để kết nối varistor
Trên kế hoạch varistor thường biểu thị, giống như một điện trở thông thường, nhưng có thêm chữ U bên cạnh dấu gạch chéo. Đặc điểm này cho biết trong các sơ đồ phần tử này có điện trở phụ thuộc vào hiệu điện thế trong mạch. Cũng trên sơ đồ hệ thống dây điện phần tử này được đánh dấu bằng hai chữ cái R và U kèm theo một số sê-ri (RU1, RU2 ... vv).
Có một số lượng lớn các tùy chọn để kết nối các biến trở, nhưng điểm chung cho tất cả các phương pháp là thành phần này được kết nối song song với mạch nguồn. Do đó, trong trường hợp không có giá trị nguy hiểm của xung điện áp, dòng điện chạy qua biến trở có giá trị nhỏ (do giá trị điện trở lớn) và không ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống theo bất kỳ cách nào. Khi xảy ra quá áp, biến trở thay đổi điện trở thành giá trị nhỏ, tải bị ngắt và năng lượng hấp thụ bị tiêu tán vào không gian xung quanh.
Các bài tương tự:
