Варисторы Littelfuse: обзор, новинки, нюансы подбора

11 октября

универсальное применениеLittelfuseстатьяпассивные ЭК и электромеханика

Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

Варисторы являются одним из наиболее популярных инструментов для защиты электронных устройств от воздействия мощных помех. Возможность работы с высокими пиковыми токами, привлекательная цена и компактные размеры позволяют применять их в широком спектре приложений – от промышленного оборудования до бытовой техники. Обширная линейка варисторов производства компании Littelfuse позволяет показать преимущества этих изделий и дать некоторые рекомендации по их выбору.

Электронные устройства в процессе работы неизбежно сталкиваются с электромагнитными помехами. Источниками помех могут быть электростатические разряды, коммутации электродвигателей, молнии, высокочастотные коммутации импульсных преобразователей и так далее. Помехи характеризуются рядом параметров, в частности – амплитудой напряжения и тока, скоростью нарастания, длительностью и формой импульса. Примеры некоторых видов помех представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры различных видов помех (типовые значения) [1]

Вид воздействия Напряжение Ток Фронт Длительность
Молния 25 кВ 20 кА 10 мкс 1 мс
Коммутация 600 В 500 A 50 мкс 500 мс
ESD 15 кВ 30 A <1 нс 100 нс

Цифры из таблицы 1, конечно же, впечатляют: 25 кВ, 15 кВ и так далее. Однако это всего лишь типовые значения. Например, пройдя по синтетическому ковру, человек может «зарядиться» и до 35 кВ при условии низкой влажности (RH 20%). В то же время устойчивость большинства электронных компонентов к электромагнитным помехам оказывается гораздо ниже (таблица 2). Из таблицы 2 видно, что даже импульсы напряжения 7 кВ оказываются смертельными для большинства компонентов. Таким образом, защищать электронику от помех нужно в обязательном порядке. В некоторых случаях это жизненно необходимо, например, когда рядом с чувствительным электронным узлом работает мощный электромотор или электромагнитный клапан.

Таблица 2. Устойчивость электронных компонентов к перенапряжениям [1]

Тип Максимальное напряжение, В
VMOS 30…1800
MOSFET 100…200
GaAsFET 100…300
EPROM 100
JFET 140…7000
CMOS 250…3000
Диоды Шоттки 300…2500
Биполярные транзисторы 380…7000
SCR 680…1000

Как правило, для определения степени устойчивости оборудования к помехам используют различные стандарты электромагнитной совместимости (ЭМС). Стандарты ЭМС бывают общими и отраслевыми, такими как автомобильные, медицинские и так далее. Чаще всего в качестве общих стандартов ЭМС используются стандарты группы IEC 61000-4. Например, стандарт IEC 61000-4-2 устанавливает требования устойчивости технических средств к электростатическим разрядам. В РФ этот стандарт актуализирован под названием ГОСТ 30804.4.2-2013. ГОСТ 30804.4.2-2013 (IEC 61000-4-2) устанавливает типовую форму тока разряда и его параметры, степени жесткости испытаний, состав и характеристики испытательного оборудования, методы проведения испытаний, организацию рабочего места и прочее. В качестве примера на рисунке 1 представлена форма испытательного импульса согласно IEC 61000-4-2.

Рис. 1. Форма испытательного импульса IEC 61000-4-2

Рис. 1. Форма испытательного импульса IEC 61000-4-2

Заявленные в техническом задании требования к ЭМС (с указанием конкретных стандартов) становятся отправной точкой при разработке цепей защиты. Однако на этом этапе возникает проблема выбора защитных компонентов. Дело в том, что для защиты от мощных помех применяют различные компоненты [2]:

  • металл-оксидные варисторы (Metal Oxide Varistor, MOV, [3]), многослойные варисторы (Multi-Layer Varistor MLV, [4], и варисторные сборки [5];
  • тиристоры, например, SIDACtor производства компании Littelfuse [6];
  • TVS-диоды (Transient Voltage Suppression) [7, 8];
  • газовые разрядники (Gas Discharge Tube, GDT, [9]) и другие.

Защитные компоненты отличаются как по характеристикам, так и по принципу работы. Например, газовые разрядники и тиристоры работают по принципу короткого замыкания. При срабатывании они переходят в состояние, близкое к КЗ (с минимальным собственным падением напряжения) и практически полностью переключают ток помехи на себя. Варисторы и TVS-диоды при возникновении помехи работают в режиме ограничения. После срабатывания их сопротивление уменьшается и часть тока отводится от нагрузки, тем самым уменьшая напряжение. При этом энергия помехи рассеивается, преимущественно, на защитном компоненте.

Разумеется, у всех защитных компонентов есть достоинства и недостатки. Это хорошо демонстрирует таблица 3, в которой сравниваются характеристики защитных компонентов производства Littelfuse. Таким образом, выбор того или иного компонента (или решение об их совместном использовании) является не такой уж простой задачей и ложится на плечи разработчика.

Таблица 3. Характеристики защитных компонентов от Littelfuse

Параметр Газовые разрядники Защитные тиристоры SIDACtor® Варисторы TVS
Механизм работы Пробой (КЗ) Пробой (КЗ) Ограничение Ограничение
Уровень пиковых токов Высокий Средний Высокий Средний
Время срабатывания Более 1 мкс Менее 1 нс Диапазон нс Диапазон нс
Пиковый ток, кА 20 5 70 15
Минимальное напряжение включения 75 8 6 6
Точность напряжения включения Низкая Высокая Низкая Высокая
Эффективность ограничения выбросов напряжения Средняя Высокая Низкая Высокая
Типовая емкость, пФ ~1 ~30 ~1400 ~100
Напряжение в режиме ограничения, В ~30 ~3 VC VC
Уровень выживаемости Хороший Отличный Ограниченный Хороший
Соотношение габариты/пиковый ток Низкое Среднее Высокое Среднее

В настоящее время варисторы являются одним из наиболее популярных типов защитных компонентов. Среди их основных достоинств можно отметить высокий уровень пиковых токов, отличное соотношение габаритов и рассеиваемой мощности, более привлекательную стоимость по сравнению с другими защитными компонентами.

В этой статье мы последовательно рассмотрим конструкцию варисторов, принцип их действия, ВАХ и эквивалентную схему замещения, электрические параметры. Выполним обзор номенклатуры варисторов производства компании Littelfuse, дадим пошаговую инструкцию по выбору оптимального варистора, а также рассмотрим некоторые области их применения.

Конструкции и принцип действия варисторов

Для изготовления варисторов используют оксид цинка (ZnO) с дополнительными присадками из оксидов других металлов, например, висмута, кобальта, магния и прочих. Изначально ZnO находится в состоянии пудры, но при спекании образует гранулы с четко выраженными границами, которые можно без проблем увидеть с помощью микроскопа (рисунок 2). Главной особенностью гранул является их вольт-амперная характеристика (ВАХ), которая напоминает ВАХ стабилитрона. При увеличении напряжения выше напряжения пробоя динамическое сопротивление такой ячейки падает, и она переходит в проводящее состояние. Интересно, что напряжение пробоя каждой гранулы оказывается равным 2…3 В и не зависит от ее размера. Таким образом, напряжение ограничения варисторов зависит от числа гранул, уместившихся между электродами. То есть, изменяя толщину слоя ZnO, можно изменять и напряжение ограничения. С другой стороны, уменьшая размер гранул, можно снизить и толщину слоя при сохранении того же рабочего напряжения.

Самым распространенным типом варисторов являются однослойные MOV-варисторы с одной парой электродов (рисунок 2). Такой варистор по своим характеристикам эквивалентен множеству включенных параллельно стабилитронов. В этом-то и заключается большое преимущество варисторов перед TVS-диодами. Если в TVS-диодах, работающих в режиме ограничения помехи, энергия рассеивается на одном единственном p-n-переходе, то в варисторе энергия практически равномерно распределяется по объему компонента. Именно по этой причине варисторы обладают устойчивостью к импульсам тока до десятков кА и способны поглощать очень мощные помехи.

Рис. 2. Конструкция MOV-варистора

Рис. 2. Конструкция MOV-варистора

Традиционные MOV-варисторы, как правило, имеют дисковую форму. Чем больше геометрические размеры диска, тем выше может быть рассеиваемая энергия и тем выше может быть рабочее напряжение. Однако в современных приложениях требуются компактные защитные компоненты и дисковые варисторы для этих целей не подходят. Чтобы обеспечить высокое рабочее напряжение и сохранить компактные размеры были созданы многослойные MLV-варисторы (рисунок 3). Конструктивно они напоминают многослойные керамические конденсаторы. Такая структура обеспечивает значительную эффективную площадь варистора.

Рис. 3. Конструкция MLV-варистора

Рис. 3. Конструкция MLV-варистора

Подробнее о конструкциях и принципе действия варисторов можно ознакомиться в других источниках, например, здесь [1, 3].

ВАХ, схема замещения и параметры варисторов

Обычно ВАХ варисторов в документации изображают в логарифмическом масштабе (рисунок 4). При этом на ней можно отметить три характерных области: область токов утечки, область нормальной работы и критическая область. В области токов утечки характеристика имеет линейный вид, а изменение напряжения в широких пределах слабо влияет на величину тока. В области нормальной работы происходит открытие варистора: даже незначительное увеличение напряжения приводит к изменению тока на несколько порядков. Критическая область характеризует работу варистора на пределе его возможностей.

Рис. 4. ВАХ варистора в логарифмическом масштабе

Рис. 4. ВАХ варистора в логарифмическом масштабе

Для того чтобы воспроизвести ВАХ варистора, можно использовать упрощенную схему замещения (рисунок 5). Roff имеет большое сопротивление (сотни МОм) и характеризует сопротивление варистора в режиме малых токов (область токов утечки). Roff достаточно сильно зависит от температуры, поэтому в этой области также явно проявляется температурная зависимость тока утечки. Rx – переменное нелинейное сопротивление с диапазоном значений 0…∞ Ом. В режиме малых токов величиной Rx можно пренебречь, зато в режиме ограничения это сопротивление шунтирует Roff и, по сути, определяет сопротивление варистора. Сопротивление Ron характеризует сопротивление варистора при максимальных токах в критических режимах работы. Индуктивность L характеризует паразитную индуктивность выводов. Паразитная емкость С наравне с паразитной индуктивностью определяет динамические свойства варисторов.

Рис. 5. Эквивалентная схема замещения варистора

Рис. 5. Эквивалентная схема замещения варистора

Собственные динамические свойства варистора оказываются замечательными. Например, на рисунке 6 представлены диаграммы импульса напряжения на нагрузке без варистора и с параллельно включенным варистором. Скорость срабатывания варистора столь высока, что он практически без задержки реагирует на перенапряжение фронтом всего 500 пс. К сожалению, в данном случае в качестве варистора выступает пластина ZnO, подключенная напрямую к коаксиальной линии. В реальности выводные варисторы имеют огромную паразитную индуктивность, которая практически полностью сводит на нет реальное быстродействие ZnO.

Рис. 6. Собственное быстродействие варистора очень высоко

Рис. 6. Собственное быстродействие варистора очень высоко

Паразитная индуктивность вносит задержку, которая выражается в небольшом начальном перенапряжении. Чем выше скорость нарастания импульса, тем выше перенапряжение. На рисунке 7 демонстрируется увеличение напряжения включения варистора при увеличении скорости нарастания импульса.

Рис. 7. Напряжение включения варистора зависит от формы импульса

Рис. 7. Напряжение включения варистора зависит от формы импульса

Варисторы имеют значительную паразитную емкость, которая негативно влияет на работу быстродействующих цепей. Это одна из причин, по которой варисторы не используют для защиты сигнальных линий высокочастотных интерфейсов. Очевидно, что чем больше диаметр диска варистора, тем больше будет его паразитная емкость.

Еще одним важным параметром варисторов является ток утечки. Во многих приложениях, например, в измерительных схемах, высокий ток утечки может существенно ухудшить метрологические характеристики. Кроме того, ток утечки негативно сказывается на общем потреблении схемы, что критично для малопотребляющих устройств.

При выборе варисторов необходимо учитывать различные температурные зависимости. Мы уже отмечали, что в области токов утечки наблюдается сильная зависимость сопротивления варистора от температуры. Кроме того, следует помнить о дерейтинге – уменьшении предельной рассеиваемой мощности при увеличении температуры окружающей среды (рисунок 8).

Рис. 8. Снижение предельной рассеиваемой мощности при увеличении температуры (дерейтинг)

Рис. 8. Снижение предельной рассеиваемой мощности при увеличении температуры (дерейтинг)

Одним из крупнейших производителей варисторов является компания Littelfuse. Рассмотрим номенклатуру варисторов производства этой компании подробнее.

Обзор варисторов

Компания Littelfuse выпускает широкую номенклатуру варисторов (рисунок 9). Их можно условно разделить на пять сегментов (таблица 4):

  • MOV и MLV-варисторы для поверхностного монтажа (SMD);
  • MOV-варисторы с радиальными выводами;
  • промышленные MOV-варисторы с большой энергией рассеяния;
  • специализированные варисторы;
  • MOV-варисторы с дополнительной тепловой защитой.

Рис. 9. Варисторы Littelfuse

Рис. 9. Варисторы Littelfuse

Таблица 4. Обзор варисторов производства Littelfuse

Наименование Диапазон рабочих напряжений AC, В Диапазон рабочих напряжений DC, В Диапазон пиковых токов, А Диапазон пиковой энергии, Дж Диапазон рабочих температур, °С Число защища-
емых линий
Испол-
нение
Размер диска, мм
SMD MOV и MLV
MHS 9…42 -55…125 1 SMD
MLE 18
0201 MLA 5,5
MLA 2,5…107 3,5…120 4…500 0,02…2,5
MLA Automotive 2,5…40 3,5…48 500 0,1…2,5
AUML 18…48 1,5…25
MLN 4…14 5,5…18 30 0,05…0,10 4
CH 14…275 18…369 100..400 1,0…8,0 1
SM7 50…510 68…675 1200 10…40 -55…85
SM20 20…320 26…420 6500 165
MOV-варисторы с радиальными выводами
LV UltraMOV 11…95 14…127 500…10000 0,8…150 -55…85 1 Радиаль-
ные выводы
5, 7, 10, 14, 20
UltraMOV 130…625 170…825 1750…10000 12,5…400 7, 10, 14, 20
UltraMOV® 25S 115…750 150…970 22000 230…890 25
C-III 130…1000 3500…10000 40…530 10, 14, 20
LA 130…1000 175…1200 1200…6500 11…360 7, 10, 14, 20
ZA 4…460 5,5…615 50…6500 0,1…52 5, 7, 10, 14, 20
AUMOV 14…42 16…50 400…5000 1,0…140 -40…125 5, 7, 10, 14, 20
HMOV 11…625 14…825 4,2…490 10, 14, 20
Промышленные MOV-варисторы с высокой энергией рассеяния
BA/BB 130…2800 175…3500 50000…70000 450…10000 -55…85 1 Винтовые или защелкива-
ющиеся выводы
60
DA/DB 130…750 175…970 40000 270…1050 40
HA 110…750 148…970 25000…40000 160…1050 Радиальные выводы 32, 40
HB34, HF34, HG34 110…750 148…970 40000 220…1050 34
DHB34 110…750 148…970 40000 220…1050 34
CA 250…2800 330…3500 20000…70000 880…10000 Диск без выводов 60
Специализированные MOV-варисторы
MA 9…264 13…365 40…100 0,06…1,7 -55…85 1 Аксиальные выводы
RA 4…275 5,5…369 100…6500 0,4…160 -55…125 Радиальные выводы
High Reliability 130…320 175…420 6000 50…120 -55…85 различное 7, 10, 14, 20
MOV-варисторы с тепловой защитой
TMOV/iTMOV 115…750 150…970 6000…10000 35…480 -55…85 1 Радиальные выводы 14, 20
TMOV®25S 115…750 150…970 20000 170…670 25
TMOV®34S 115…750 150…970 40000 280…1200 34
SMOV®25S 115…750 150…970 20000 170…670 -45…75 25
SMOV®34S 115…750 150…970 40000 280…1200 34
FBMOV 115…750 150…970 40000 340…1340 -55…85 Выводы с болтовым соединением

Варисторы для поверхностного монтажа (SMD) 

Традиционные выводные варисторы не всегда могут быть использованы в компактных приложениях из-за недостатка свободного места. Кроме того, производители электроники стараются уйти от выводного монтажа и максимально использовать поверхностный монтаж там, где это возможно. Решить эту задачу помогают SMD-варисторы. Большая часть SMD-варисторов использует многослойную MLV-конструкцию, но в номенклатуре Littelfuse также присутствуют и однослойные SMD-варисторы. SMD-варисторы производства компании Littelfuse перекрывают широкий диапазон рабочих напряжений от единиц до сотен В и способны выдерживать пиковые токи до нескольких тысяч А. Рассмотрим некоторые линейки из данного сегмента (рисунок 10).

Рис. 10. Примеры SMD-варисторов Littelfuse

Рис. 10. Примеры SMD-варисторов Littelfuse

Серия MLA – миниатюрные многослойные SMD-варисторы для защиты цепей постоянного и переменного напряжения. В настоящий момент серия объединяет более пятидесяти моделей с различными типоразмерами 0402/0603/0805/1206/1210, с диапазоном рабочих напряжений 2,5…107 В AC и 3,5…120 В DC. Диапазон пиковых токов для представителей серии оказывается достаточно широким: 4…500 А (импульс 8/20 мкс). Варисторы MLA способны работать в широком диапазоне рабочих температур -55…125°С.

Серия MLA Automotive – аналог варисторов MLA для автомобильных приложений. Данная серия имеет сертификацию AEQ-Q200 и объединяет около сорока представителей с рабочими напряжениями 2,5…107 В AC и 3,5…120 В DC. Разработчикам доступны модели с типоразмерами 0603/0805/1206/1210. Диапазон рабочих температур для этих варисторов также составляет -55…125°С. Кроме квалификации AEQ-Q200, варисторы MLA Automotive способны выдерживать мощные импульсы при сбросе нагрузки, в соответствии с требованиями SAE J1113.

Серия AUML – еще одна серия MLV-варисторов для автомобильных приложений, имеющая квалификацию AEQ-Q200. В отличие от серий, рассмотренных выше, варисторы AUML имеют только пять вариантов рабочего напряжения: 16, 18, 24, 48, 68 В. Среди преимуществ варисторов данной серии стоит отметить компактные типоразмеры 1206/1210/1812/2220 и устойчивость к мощным импульсным помехам. В частности, варисторы AUML способны выдерживать более 10 импульсов, в соответствии с SAE J1113.

Серия CH – компактные MOV-варисторы для защиты цепей переменного и постоянного напряжения (рисунок 9). Эти варисторы являются отличной альтернативой для традиционных варисторов с радиальными выводами в приложениях с жестким ограничением свободного пространства. Серия объединяет полтора десятка моделей с рабочими напряжениями 14…275 В AC и 18…369 В DC, пиковым током до 600 А и миниатюрными габаритами всего 5×8 мм. Стоит также отметить широкий диапазон рабочих температур -55…125°С.

Серия SM7 – наиболее высоковольтная серия SMD-варисторов Littelfuse. Представители серии перекрывают диапазон рабочих напряжений 50…510 В AC и 68…675 В DC. Варисторы SM7 имеют пластиковое корпусное исполнение размерами 11,4х8,3 мм. Высота корпуса составляет 3,6 мм или 6,0 мм в зависимости от модели. Пиковый ток для варисторов SM7 достигает 1200 А (импульс 8/20 мкс), а диапазон рабочих температур -40…85°С. Работа с более высокими температурами также возможна, но с учетом дерейтинга.

MOV-варисторы с радиальными выводами

Это наиболее представительная группа варисторов в линейке Littelfuse, которая объединяет традиционные выводные варисторы с различными характеристиками. Рассмотрим некоторые конкретные серии.

Серия UltraMOV – настоящие рабочие лошадки среди варисторов (рисунок 11). Их используют в самых различных приложениях, начиная от сетевых фильтров и источников бесперебойного питания и заканчивая блоками питания, а также широким спектром бытовых устройств. Серия объединяет более шести десятков моделей с диапазоном рабочих напряжений 130…625 В AC и 170…825 В DC, диаметром диска 10/14/20 мм и пиковым током до 10 кА (импульс 8/20 мкс). Существуют два варианта исполнения варисторов этой серии. Между собой они отличаются материалом компаунда и диапазоном рабочей температуры. Модели с заливкой фенолформальдегидной смолой способны работать в диапазоне -55…125°С, а модели с заливкой эпоксидной смолой имеют рабочий диапазон -55…85°С.

Рис. 11. Внешний вид MOV-варисторов с радиальными выводами

Рис. 11. Внешний вид MOV-варисторов с радиальными выводами

Серия LV UltraMOV – MOV-варисторы, предназначенные в первую очередь для защиты цепей постоянного напряжения 14…125 В. Среди целевых приложений для этой серии можно отметить светодиодную подсветку, аудио- и видеоустройства, зарядные устройства мобильных телефонов, системы сигнализации, телекоммуникационное и промышленное оборудование и так далее. Серия насчитывает более шестидесяти моделей с диаметрами диска 5/7/10/14/20 мм и пиковым током до 10 кА (импульс 8/20 мкс). Диапазон рабочих температур различных моделей зависит от вида заливочного компаунда: -40…125°С (фенолформальдегидная смола) или -40…85°С (эпоксидная смола).

Серия LA – серия с наиболее широким диапазоном перекрываемых рабочих напряжений 130…1000 В AC и 175…1200 В DC. Варисторы LA имеют классическую дисковую форму с радиальными выводами и диаметром 7/10/14/20 мм. Среди отличительных особенностей серии можно отметить высокую рассеиваемую энергию до 360 Дж и высокий пиковый ток до 6,5 кА. Многие варисторы данной серии имеют два варианта исполнения: исполнение «А» со стандартным значением напряжения ограничения и исполнение «B» с уменьшенным значением напряжения ограничения. Например, модели V130LA20AP и V130LA20BP имеют идентичные характеристики: рабочее напряжение 130 В AC и 175 В DC, пиковый ток 6500 А, диаметр диска 20 мм. Однако для V130LA20AP напряжение ограничения составляет 340 В, а для V130LA20BP всего 325 В. Диапазон рабочих температур для всех моделей -55…85°С.

Серия ZA – еще одна серия MOV-варисторов, предназначенных в первую очередь для защиты цепей постоянного напряжения 5,5….615 В. Варисторы ZA представлены в традиционных типоразмерах 5/7/10/14/20 мм и имеют диапазон рабочих температур -55…85°С.

Серия AUMOV предназначена для автомобильных приложений и имеет квалификацию AEC-Q200. Представители серии перекрывают широкий диапазон рабочих напряжений 16…825 В DC и способны выдерживать импульсы тока до 5 кА. Варисторы AUMOV представлены традиционными типоразмерами диска 5/7/10/14/20 мм и имеют различные диапазоны рабочих температур: -40…85°С (модели с эпоксидной заливкой) или -40…125°С (модели с силиконовой заливкой).

Промышленные MOV-варисторы с большой энергией рассеяния

Это особая группа варисторов, которая предназначена для поглощения сверхмощных помех с пиковым током до 70 кА и пиковой энергией до 10 кДж. Внешний вид таких варисторов сильно отличается от внешнего вида привычных дисковых компонентов (рисунок 12). Как правило, мощные варисторы имеют либо клеммные выводы, либо выводы с винтовыми креплениями.

Рис. 12. Внешний вид MOV-варисторов серии DA/DB производства Littelfuse

Рис. 12. Внешний вид MOV-варисторов серии DA/DB производства Littelfuse

Варисторы серии DA/DB – мощные MOV-варисторы производства Littelfuse, предназначенные для защиты цепей переменного напряжения 130…750 В AC и цепей постоянного напряжения 175…970 В DC. Варисторы DA имеют винтовые клеммы, а варисторы DB имеют клеммы 12,7 мм. Пиковый ток для варисторов DA/DB составляет 40 кА. Основным приложением данной серии является промышленное оборудование: приводы электродвигателей, источники питания для горнодобывающей и нефтегазовой отраслей и так далее.

Специализированные варисторы Littelfuse

Данная группа варисторов имеет специфические особенности, востребованные в различных приложениях. Например, представители серии RA разрабатывались для приложений, работающих в условиях сильных вибраций. Серия MA предназначена для защиты от маломощных помех и имеет аксиальное расположение выводов. Серия High Reliability Varistors обеспечивают максимальную надежность и отвечает требованиям военных стандартов MIL-STD-19500, MIL-STD-202.

MOV-варисторы с дополнительной тепловой защитой

После срабатывания варистор переходит в режим ограничения напряжения. При этом мощность помехи рассеивается непосредственно на варисторе, что приводит к его разогреву. Если энергия помехи оказывается слишком высокой, варистор может перегреться и даже взорваться. Чтобы решить эту проблему и повысить уровень безопасности, были созданы варисторы со встроенным терморазмыкателем (рисунок 13).

Рис. 13. Варисторы TMOV 25S со встроенным терморазмыкателем имеют сразу три вывода

Рис. 13. Варисторы TMOV 25S со встроенным терморазмыкателем имеют сразу три вывода

На рисунке 14 изображена структура и простейшая схема включения MOV-варистора со встроенным терморазмыкателем на примере TMOV25S. Дополнительный вывод используется для индикации состояния терморазмыкателя.

Рис. 14. Структура и простейшая схема включения варистора TMOV 25S

Рис. 14. Структура и простейшая схема включения варистора TMOV 25S

Серия TMOV 25S объединяет почти два десятка моделей с рабочими напряжениями 115…750 В AC, пиковым током 20 кА и рабочей температурой -55…85°С. Основными приложениями для варисторов TMOV 25S являются источники питания, блоки бесперебойного питания, сетевые фильтры и прочее.

Номенклатура варисторов Littelfuse объединяет огромное количество моделей, благодаря чему разработчик сможет найти оптимальную модель практически для каждого конкретного приложения. Однако такое многообразие усложняет процесс выбора. Рассмотрим пошаговую методику подбора оптимального варистора, предложенную компанией Littelfuse [1].

Методика подбора оптимального варистора от Littelfuse

Компания Littelfuse предлагает методику выбора оптимального варистора, которая включает четыре основных шага.

Шаг 1. Определение рабочих параметров схемы:

  • определите, является ли схема источником или приемником помех;
  • определите номинальное рабочее напряжение схемы (VAC или VDC);
  • определите допуск номинального рабочего напряжения;
  • определите максимальное допустимое напряжение на нагрузке;
  • определите параметры помехи: пиковый ток, длительность, число импульсов;
  • рассчитайте энергию, прикладываемую к устройству: E=1,4 × V × I × T;
  • рассчитайте максимальную мощность, рассеиваемую на устройстве: P= V × I;
  • определите максимально допустимую емкость варистора. Она не должна влиять на быстродействие схемы;
  • определите стандарты безопасности, которым должен отвечать варистор.

Шаг 2. Рассчитайте рабочее напряжение варистора. Если ранее было определено действующее значение рабочего напряжения, то следует перейти к амплитудным значениям: VDC = VAC × 1,4. Рабочее напряжение варистора должно быть больше, чем номинальное напряжение защищаемой схемы с учетом допуска. Если допуск неизвестен, то следует выбрать запас по напряжению 10…25%.

Шаг 3. Выберите подходящую модель варистора. Проверьте правильность выбора:

  • рабочее напряжение варистора с учетом погрешности должно быть больше, чем найденное значение. В противном случае следует выбрать следующую модель варистора с большим напряжением;
  • напряжение ограничения варистора должно быть меньше, чем максимальное допустимое напряжение на нагрузке. В противном случае необходимо выбрать модель варистора с меньшим напряжением ограничения;
  • допустимый пиковый ток варистора должен быть выше, чем значение тока. В противном случае следует выбрать варистор с большим диаметром диска или, в случае с SMD-варисторами, следующий типоразмер;
  • допустимая пиковая энергия варистора должна быть выше, чем рассчитанное значение. В противном случае следует выбрать варистор с большим диаметром диска или, в случае с SMD-варисторами, следующий типоразмер;
  • допустимая пиковая мощность варистора должна быть выше, чем значение, определенное ранее. В противном случае следует выбрать варистор с большим диаметром диска или, в случае с SMD-варисторами, следующий типоразмер;
  • емкость варистора должна быть меньше чем рассчитанное допустимое значение. В противном случае следует выбрать варистор с меньшим диаметром диска или, в случае с SMD-варисторами, меньший типоразмер.

Шаг 4. Дополнительный контроль:

  • ток утечки варистора не должен влиять на работоспособность схемы;
  • эффективность работы варистора следует проверять в составе реальной схемы.

Области применения варисторов Littelfuse

Методика выбора варистора, рассмотренная выше, помогает определить подходящую модель, если выбор серии уже сделан. Если же серия не выбрана, то начать следует с определения области применения. Зная конкретную область применения, можно подобрать серию, воспользовавшись таблицей 5, предложенной компанией Littelfuse. Варисторы производства этой компании могут использоваться в автомобильной технике, промышленном и телекоммуникационном оборудовании, в бытовых приборах и так далее.

Таблица 5. Области применения серий варисторов Littelfuse

Сегмент рынка Типовое применение и примеры Серия Технология SMD
Низковольтные приложения, простые одноплатные устройства Портативные устройства, компьютеры, порты ввода-вывода и интерфейсы, контроллеры, измерительные приборы, удаленные датчики, медицинская электроника и так далее СН MOV +
MA, ZA, RA MOV
ML, MLE, MLN, MHS MLV +
Сети переменного напряжения, сетевые фильтры Источники бесперебойного питания (ИБП), сетевые источники питания, автоматы, потребительская электроника, измерители мощности, сетевые фильтры и защитные устройства TMOV, UltraMOV, CIII, LA, HA, HB34, HG34, HF34, DHB34, TMOV34S, RA MOV
CH MOV +
Автомобильная электроника ABS, EEC, модули EBU, мультиплексоры шин, подушки безопасности, управление дворниками/стеклоподъемниками CH MOV
ZA MOV
AUML, ML, MLE, MLN, MHS MLV +
Телекоммуникационное оборудование Сотовые телефоны, модемы, повторители, сетевые карты, разъемы интерфейсов, T1/E1/ISDN CH MOV
ZA MOV
ML, MLE, MLN, MHS MLV +
Мощное промышленное оборудование Силовые реле, соленоиды, приводы электродвигателей, распределительные щиты питания, роботы, двигатели, насосы, компрессоры DA, DB, BA, BB, CA, HA, HB34, HC, HG34, HF34, DHB34, TMOV34S MOV

Заключение

Современные электронные устройства в обязательном порядке должны быть защищены от помех. Варисторы имеют ряд преимуществ перед другими защитными элементами, такими как газоразрядники, тиристоры и TVS-диоды. Среди этих преимуществ необходимо отметить высокий уровень пиковых токов, отличное соотношение размеров и рассеиваемой мощности, привлекательную цену.

Компания Littelfuse выпускает широкую номенклатуру варисторов, среди них: MOV и MLV-варисторы для поверхностного монтажа (SMD), MOV-варисторы с радиальными выводами, промышленные MOV-варисторы с большой энергией рассеяния, специализированные варисторы, MOV-варисторы с дополнительной тепловой защитой. Благодаря богатой линейке поставок разработчики могут выбрать оптимальную модель варистора для каждого конкретного приложения.

Литература

  1. Metal-Oxide Varistors (MOVs). PRODUCT CATALOG & DESIGN GUIDE. Littelfuse.
  2. Electronics Circuit Protection Product Selection Guide. Littelfuse.
  3. Антон Стильве. Варистор варистору рознь: надежная защита от скачков напряжения.
  4. Алексей Попов, Сергей Попов. Миниатюрное решение: варисторы Littelfuse для поверхностного монтажа.
  5. Вячеслав Гавриков. Где и как применять защитные тиристоры SIDACtor от Littelfuse.
  6. Вячеслав Гавриков. ESD-сборки для защиты промышленного и уличного Ethernet.
  7. Вячеслав гавриков. USB, HDMI, Ethernet: низкоемкостные ESD-сборки для защиты высокоскоростных интерфейсов.
  8. Александр Донцов. Защита систем светодиодного освещения от перегрузок.
  9. Вячеслав Гавриков. Газоразрядники Littelfuse: там, где полупроводники бессильны.
  10. http://www.littelfuse.com.

Дополнительные материалы

  1. Расширение складской программы Компэл по варисторам Littelfuse
•••

Наши информационные каналы

О компании Littelfuse

Компания Littelfuse является ведущим мировым производителем компонентов и устройств для защиты электрических и электронных цепей любого рода. Поставляемые компанией компоненты и системы, во многих случаях являются жизненно важными для устройств в практически всех отраслях и видах продукции: от бытовой электроники и автомобилей до электроэнергетики. Littelfuse предлагает наиболее широкий и полный спектр компонентов и систем защиты цепей на рынке электронных компонентов. Компания расширяет и н ...читать далее

Товары
Наименование
V130LA20AP (LTL)
V130LA20APX10 (LTL)
V130LA20APX1347 (LTL)
V130LA20APX2855 (LTL)
V130LA20BP (LTL)
V130LA20BPX10 (LTL)
V130LA20BPX1347 (LTL)
V130LA20BPX2855 (LTL)
TMOV25SP130E (LTL)
TMOV25SP150E (LTL)
TMOV25SP200E (LTL)
TMOV25SP250E (LTL)
TMOV25SP300E (LTL)
TMOV25SP385E (LTL)
TMOV25SP440E (LTL)