Миниатюрное решение: варисторы Littelfuse для поверхностного монтажа

19 декабря 2014

Littelfuseстатья

Защита компонентов и цепей на уровне печатной платы путем эффективного ограничения перенапряжений с крутыми фронтами за единицы наносекунд, и при этом – компактность решений и малые размеры готового изделия. Все это – варисторы для поверхностного монтажа производства компании Littelfuse.

Радиоэлектронное и электротехническое оборудование может подвергаться воздействию кратковременных перенапряжений, которые многократно превышают его штатные рабочие напряжения. Их источниками могут быть как внутренние, регулярно повторяющиеся процессы в самом оборудовании, характеристики которых более-менее предсказуемы, так и внешние факторы, вызывающие нерегулярные перенапряжения со значительной неопределенностью параметров. Наиболее опасные перенапряжения возникают вследствие атмосферных разрядов (удары молнии) и коммутаций в мощных электросетях. Молнии доставляют серьезные неприятности из-за очень больших импульсных напряжений, токов и мощностей, а коммутационные перенапряжения – продолжительностью воздействия и значительной величиной энергии импульса. Отдельного внимания требует проблема электростатических разрядов. Хотя энергия этих разрядов сравнительно мала – до нескольких десятков миллиджоулей, – их воздействию могут подвергаться практически все компоненты и цепи электро- и радиооборудования, в том числе высокочувствительные, высокоскоростные (высокочастотные) и имеющие небольшую собственную электрическую прочность. Ориентировочные параметры импульсов перенапряжений различной природы представлены в таблице 1 [1].

Таблица 1. Ориентировочные характеристики перенапряжений различной природы

Источник перенапряжения Пиковое напряжение, кВ Пиковый ток, кА Время нарастания Длительность
Молния 25 20 10 мкс 1 мс
Коммутации в электросети 0,6 500 50 мкс 500 мс
Электростатический разряд 15 0,03 менее 1 нс 100 нс

 

Для обеспечения высокой надежности работы аппаратуры необходимо предусмотреть схемотехнические и конструктивные меры по снижению параметров перенапряжений до приемлемых уровней [2]. Практически всегда оправдано и выгодно применение, по крайней мере, одной ступени специальной защиты от перенапряжения. Для защиты от тяжелых импульсов применяется несколько каскадов защиты, в каждом из которых используются защитные устройства с соответствующими свойствами и параметрами. На внешнем периметре защиты работают наиболее стойкие приборы с большими допустимыми импульсными током, мощностью и энергией. Приборы на следующих ступенях защиты имеют дело уже с ограниченным по величине импульсом, поэтому они могут быть менее мощными, но должны обеспечивать более аккуратное и точное ограничение перенапряжений. В настоящее время в качестве защитных ограничителей перенапряжений используются газоразрядники (GDT), варисторы (MOV, MLV), специальные тиристоры и защитные диоды (TVS) [3]. Газоразрядники в режиме защиты пробиваются и многократно уменьшают напряжение на линии, при этом они не способны самостоятельно вернуться в закрытое состояние после прохождения импульса перенапряжения, если штатное напряжение на линии больше, чем напряжение горения дуги, а сопровождающий ток достаточно велик. Очень большие допустимые импульсные ток, мощность и энергия газового разрядника, в сочетании с невысокой ценой, малыми емкостью и утечкой в закрытом состоянии, позволяют эффективно использовать их для первой ступени защиты, например, на вводе линий электропитания или длинных линий связи в зданиях.

Варисторы и мощные TVS-диоды ведут себя как нелинейные сопротивления, но не имеют тиристорного эффекта, то есть самостоятельно возвращаются в высокоимпедансное состояние после прохождения импульса перенапряжения. Комплекс технико-экономических свойств оксидно-цинковых варисторов в качестве ограничителей перенапряжений позволяет эффективно применять их на всех стадиях защиты: начиная с особо мощных приборов для электроэнергетического оборудования и заканчивая сверхминиатюрными компонентами для защиты маломощной чувствительной электроники от статического электричества. Многообразие областей применения варисторов отражает таблица 2 [1].

Таблица 2. Основные области применения серий варисторов производства Littelfuse

Сегмент рынка Типичные области применения и примеры устройств Наименование
варисторов
Технология SMD-варисторы
Низковольтные схемы уровня печатных плат Носимые и портативные устройства, компьютеры, порты ввода-вывода и интерфейсы Контроллеры, удаленно расположенные датчики, инструментальные схемы, медицинская аппаратура CH MOV* Да
MA, ZA, RA Нет
ML, MLE, MLN, MHS MLV** Да
Линии питания переменного тока, устройства защиты от перенапряжений ИБП, щиты и шкафы переменного тока, устройства защиты от перенапряжений, аппаратура управления в сетях переменного тока Источники электропитания, счетчики электроэнергии, выключатели, пользовательская электронная аппаратура TMOV, LA, RA UltraMOV, C-III, HA, HB, HF, HG, DHB, TMOV34S MOV Нет
CH Да
Автомобильная электроника Антиблокировочная система, электроусилитель руля, подушки безопасности, стеклоподъемники Контроллеры положения кресла, мультиплексированная коммуникационная шина CH MOV Да
ZA Нет
AUML, ML, MLE, MLN, MHS MLV Да
Телекоммуникационное оборудование Сотовые и беспроводные телефоны, модемы, дополнительная защита телефонных линий, узлы связи Повторители, интерфейсная аппаратура передачи данных, Т1-/Е1-/ISDN-сети CH MOV Да
ZA Нет
ML, MLE, MLN, MHS MLV Да
Промышленное оборудование для мощных линий питания Контакторы, электромагниты, электроприводы, распределительные щиты переменного тока Робототехника, мощные электродвигатели, насосы, компрессоры DA/DB, CA, BA/BB, DHB, HA, HB, HC, HF, HG, TMOV34S MOV Нет

* – MOV – металлооксидные варисторы (Metal Oxide Varistors)
** –MLV – многослойные варисторы (Multi Layer Varistors).

Основные характеристики варисторов

Вольт-амперные характеристики (рисунок 1) разных экземпляров варисторов одного и того же типа подобны между собой со смещением по напряжению (обычно до ±10% относительно типовой характеристики).

Рис. 1. Типичная вольт-амперная характеристика варистора 200 В

Рис. 1. Типичная вольт-амперная характеристика варистора 200 В

Рис. 2. Стандартная форма импульсного тока, используемого при испытаниях и нормировании параметров варисторов

Рис. 2. Стандартная форма импульсного тока, используемого при испытаниях и нормировании параметров варисторов

Следовательно, варисторы можно сортировать, измеряя и указывая их напряжение в одной точке вольт-амперной характеристики при определенной величине классификационного тока. Обычно классификационный ток выбирается в диапазоне 1…10 мА. Напряжение варистора при классификационном токе называется номинальным (классификационным) и обозначается VN(DC). Максимальное рабочее напряжение, которое может быть приложено к варистору, разделяют на типы по переменному (AC, RMS) и постоянному току (DC) и обозначают как VM(АC) и VM(DC) соответственно. Ряд параметров варисторов характеризует их работу при ограничении импульсных напряжений. Наиболее часто нормирование происходит при воздействии импульса тока, обозначаемого «8/20 мкс» и показанного на рисунке 2 [1] (8 мкс – фронт импульса, 20 мкс – длительность импульса, измеряемая на уровне спада тока до 50% от его пикового значения).

Эта форма тока наиболее близко моделирует воздействие импульса, возникающего при атмосферных разрядах. Амплитуды токов «8/20 мкс» могут быть различны. Если имеется в виду импульс тока, который варистор может выдержать только один раз, он обозначается IТМ. Для нормирования максимально возможного (наихудшего) значения напряжения VC при ограничении перенапряжений используется хотя и достаточно большая величина тока, но при этом допустимая для многократного воздействия на варистор. Этот ток обозначается как IP. Помимо допустимого импульсного тока, нормируется допустимая энергия, которую может поглотить варистор без отказа. В большинстве случаев она задается для импульсного тока вида 10/1000 мкс (10 мкс – фронт импульса, 1000 мкс – длительность импульса, измеряемая на уровне спада тока до 50% от его пикового значения). Допустимая энергия неповторяющихся импульсов обозначается как WТМ.

В ряде случаев важным параметром варистора является его собственная емкость. Она измеряется на переменном токе достаточно высокой частоты (обычно 1 МГц). Для варисторов, защищающих сигнальные цепи, требуется минимально возможная величина емкости. Но встречаются задачи, для которых значительная емкость варистора является предпочтительной, поскольку обеспечивает фильтрацию коротких электромагнитных помех.

С учетом вышеизложенных факторов и параметров варисторов, инженерами Littelfuse излагается алгоритм подбора той или иной модели варистора для конкретного применения [1]. Указывается набор необходимых исходных данных для решения этой задачи и порядок выбора варисторов. В общем случае речь идет о выборе номинального напряжения варистора и габаритного размера активного варисторного элемента, наилучшим образом соответствующих требованиям конкретного применения.

Варисторы Littelfuse в корпусах для поверхностного монтажа

Исполнение варисторов в корпусах для поверхностного монтажа привносит целый ряд преимуществ по сравнению с выводными компонентами и открывает новые сферы их применения. Помимо стандартных технических и экономических выгод использования SMD-компонентов (улучшенные надежность, размеры, стоимость и так далее), очень важный эффект обеспечивается благодаря значительно меньшей паразитной индуктивности таких варисторов. Собственное быстродействие оксидно-цинкового варисторного элемента очень высокое – не хуже 500 пс (рисунок 3) [1, 2]. Варисторы производства Littelfuse в безвыводных корпусах для поверхностного монтажа имеют паразитную индуктивность менее 1 нГн и значительно лучше ограничивают импульсы перенапряжений с крутыми фронтами. В частности, это актуально для защиты цепей от электростатических разрядов со временем нарастания менее 1 нс (таблица 1).

Рис. 3. Ограничение безвыводным варистором импульса перенапряжения с крутым фронтом

Рис. 3. Ограничение безвыводным варистором импульса перенапряжения с крутым фронтом

Применение варисторов Littelfuse в корпусах для поверхностного монтажа, особенно миниатюрных 0201 и 0403, дает еще один эффект: снимается ограничение по габаритам и стоимости решения для массового использования варисторов в цепях, которые ранее оставались без защиты. Разнообразие серий многослойных (MLV) и металлооксидных (MOV) варисторов производства Littelfuse в корпусах для поверхностного монтажа на печатные платы позволяет выбрать оптимальные компоненты в зависимости от особенностей стоящей задачи (таблица 3).

Таблица 3. Серии варисторов производства Littelfuse в корпусах для поверхностного монтажа на печатные платы

Наименование Технология Диапазон рабочих напряжений, В Диапазон допустимых пиковых токов, А Диапазон допустимых пиковых энергий, Дж Диапазон рабочих температур, °С
AC DC
MHS MLV 9…42 -55…125
MLE 18
0201MLA 4 5,5 4
MLA 2,5…107 3,5…120 4,0…500 0,02…2,5
MLA Automotive 2,5…40 3,5…48 500 0,1…2,5
AUML 18 1,5…25
MLN 18 5,5…18 30 0,05…0,1
CH MOV 14…275 18…369 100…250 1,0…8,0
SM7 115…510 369…675 1200 23…40 -55…85
SM20 20…320 26 6500 165

 

MHS

Серия многослойных варисторов MHS предназначена для защиты высокоскоростных устройств передачи данных и других цепей, требующих минимальной собственной емкости защитных устройств. Они выполняются в безвыводных корпусах для поверхностного монтажа в типоразмерах 0402 и 0603. Они ориентированы на защиту аппаратуры от электростатических разрядов и коротких импульсов перенапряжения в защищаемых цепях. Типичные величины токов утечки этих варисторов при температуре 25°С и напряжении 3,5 В составляют 500 нА, а при 5,5 В – 1 мкА. Соответственно, при наибольшем допускаемом длительном рабочем напряжении VM(DC) типичные токи утечки для варисторов типоразмера 0402 – около 5 мкА, для 0603 – 25 мкА. Максимальные величины утечек в этих условиях: 20 мкА для 0402 и 100 мкА для 0603. Типичные значения собственной индуктивности варисторов не превышают 1 нГн. Благодаря столь малой индуктивности и небольшим собственным емкостям, резонансные частоты варисторов весьма высоки: 1,5 ГГц для варисторов MHS22, около 2 ГГц – для MHS12 и почти 4 ГГц – у MHS03. Модели MHS03 вносят менее 1 дБ потерь на частотах до 1 ГГц. Индивидуальные характеристики моделей варисторов серии MHS представлены в таблице 4. При воздействии серии электростатических импульсов (контактный разряд напряжением 8 кВ согласно IEC 61000-4-2) сначала происходит небольшое снижение номинального напряжения (на 5…10% после нескольких десятков импульсов), а затем его значение стабилизируется и не изменяется даже после 10000 разрядов.

Таблица 4. Индивидуальные характеристики варисторов серии MHS

Наименование Наибольшее длительное рабочее напряжение VM(DC), В Максимальное напряжение ограничения при импульсном токе
1 А, 8/20 мкс, В
Максимальное напряжение ограничения при электростатическом разряде, В Типичная емкость при 1 МГц, пФ
Контактный разряд, 8 кВ Искра по воздуху, 15 кВ
V0402MHS03N 42 135 300 400 2…5
V0603MHS03N 42 135 300 400 1…6
V0402MHS12N 18 55 125 160 8…16
V0603MHS12N 18 55 125 160 8…16
V0402MHS22N 9 30 125 160 15…29
V0603MHS22N 9 30 65 100 15…29

MLE

Серия многослойных варисторов MLE в безвыводных корпусах для поверхностного монтажа на печатные платы, предназначена для защиты от электростатических разрядов, специфицированных согласно IEC 61000-4-2, и других импульсов перенапряжений по стандартам электромагнитной совместимости оборудования. Наибольшее длительное рабочее напряжение варисторов этой серии VM(DC) = 18 В в диапазоне температур -55…125°С. При этом ток, проходящий через варистор, не превышает 25 мкА. Номинальное напряжение при классификационном токе 1 мА и температуре 25°С находится в пределах 25 ±3 В. Напряжение ограничения при импульсном токе вида «8/20 мкс» с амплитудой 1 А – не более 50 В. Варисторы серии MLE имеют относительно большие собственные емкости, поэтому они могут дополнительно использоваться для фильтрации высокочастотных помех. Индивидуальные характеристики моделей варисторов этой серии типоразмеров 0402…1206 представлены в таблице 5. При воздействии серии электростатических импульсов (контактный разряд напряжением 8 кВ, согласно IEC 61000-4-2), сначала происходит небольшое снижение номинального напряжения на 5…7% после нескольких сотен импульсов, а затем его величина стабилизируется и не изменяется даже после 10000 разрядов.

Таблица 5. Основные параметры варисторов серии MLЕ

Наименование Максимальное напряжение ограничения при электростатическом разряде, В Типичная емкость при 1 МГц, пФ
Контактный разряд, 8 кВ Искра по воздуху, 15 кВ
V18MLE0402N 125 110 55
V18MLE0603N 75 110 125
V18MLE0603LN 100 140 100
V18MLE0805N 70 75 500
V18MLE0805LN 75 135 100
V18MLE1206N 65 65 1700

0201MLA

Серия 0201MLA многослойных варисторов выпускается в сверхминиатюрных безвыводных корпусах для поверхностного монтажа на печатные платы. Варисторы этой серии предназначены для защиты от электростатических разрядов и коротких электрических импульсов. Это самый малый габаритный размер варисторов для компактной носимой аппаратуры, сотовых телефонов, защиты линий данных шины USB, линий аналоговых сигналов и датчиков, портов ввода-вывода, информационно-вычислительного, промышленного и медицинского оборудования (кроме оборудования жизнеобеспечения). Наибольшее длительное рабочее напряжение в цепи постоянного тока VM(DC) = 5,5 В, в цепи переменного тока VM(АC) = 4 В, допустимое в диапазоне температур -40…85°С. При этом ток через варистор типично составляет 10 мкА и не превышает 25 мкА. Номинальное напряжение при классификационном токе 1 мА и температуре 25°С находится в пределах 8…14 В. Максимальный неповторяющийся импульсный ток формой 8/20 мкс равен 4 А. Индивидуальные характеристики моделей варисторов серии 0201MLA представлены в таблице 6.

Таблица 6. Основные параметры варисторов серии 0201MLA

Наименование Напряжение ограничения при токе 1 А, 8/20 мкс и 85°С VC, В (не более) Типичная емкость при 1 МГц, пФ
V5.5MLA020133NR 28 33
V5.5MLA020147NR 26 47
V5.5MLA020164NR 26 64

MLA

MLA – серия разнообразных по габаритным размерам, рабочим напряжениям и собственной емкости многослойных варисторов в безвыводных корпусах для поверхностного монтажа на печатные платы. Варисторы предназначены для подавления коротких перенапряжений, вызванных отключениями индуктивных нагрузок и другими переходными процессами на печатных платах с целью защиты интегральных микросхем и транзисторов. Кроме того, они могут использоваться и для защиты от электростатических разрядов. Во многих применениях они могут заменять мощные импульсные стабилитроны, занимая меньшую площадь на печатной плате. Габариты варисторов серии MLA выбираются из ряда типоразмеров 0402, 0603, 0805, 1206, 1210. Максимально допустимые значения средней рассеиваемой мощности составляют 30, 50, 100, 100 и 150 мВт соответственно. Наибольшие длительные рабочие напряжения в сети постоянного тока установлены из рядаVM(DC) = 3,5; 5,5; 9,0; 14; 18; 26; 30; 33; 42; 48; 56; 60; 68; 85 и 120 В, и применимы в диапазоне температур -55…125°С. Кроме того, для всех моделей варисторов нормированы длительно допустимые напряжения в сетях переменного тока VM(АC). При 25°С приложение напряжения VM(DC) приводит к типичному току утечки 25 мкА (5 мкА для типоразмера 0402). Соответственно, максимальный ток утечки варисторов 100 мкА (20 мкА в типоразмере 0402). Максимальные неповторяющиеся импульсные токи формы 8/20 мкс – 4…500 А, а максимальная энергия неповторяющихся импульсов вида 10/1000 мкс – 0,02…2,5 Дж. Напряжение ограничения VC варисторов серии MLA нормируется при импульсных токах 8/20 мкс величиной 1 А и находится в пределах 13…260 В, в зависимости от наибольших длительных рабочих напряжений VM(DC). Варисторы серии MLA достаточно термостабильны: температурный коэффициент напряжения ограничения не превышает 0,01%/°С. Собственные емкости этих варисторов варьируются от 33 пФ (модель типоразмера 0402, оптимизированная на получение минимума емкости ценой некоторого проигрыша по допустимому импульсному току, энергии и напряжению ограничения) до 6 нФ (самые низковольтные варисторы наибольших размеров).

MLA Automotive

Серия многослойных варисторов MLA Automotive выпускается в безвыводных корпусах для поверхностного монтажа на печатные платы. Эти варисторы предназначены для защиты компонентов электронной автомобильной аппаратуры уровня печатных плат (интегральные микросхемы, транзисторы, диоды) от электрических перенапряжений, вызванных различными причинами и специфицированных согласно IEC61000-4-2 и другим стандартам электромагнитной совместимости оборудования. Разнообразие моделей варисторов этой серии по уровню номинального напряжения, габаритным размерам и допустимой поглощаемой энергии импульса позволяет выбрать компонент с оптимальными характеристиками для работы в составе источников питания, а также защиты сигнальных и управляющих цепей. Варисторы полностью соответствуют требованиям стандарта AEC-Q200 по качеству и надежности электронных компонентов автомобильной аппаратуры. Варисторы выпускаются в типоразмерах 0603, 0805, 1206 и 1210. Соответственно, максимально допустимые значения средней рассеиваемой мощности составляют 50, 100, 100 и 150 мВт. Наибольшие длительные рабочие напряжения в сети постоянного тока установлены из ряда VM(DC) = 3,5; 5,5; 9,0; 12; 14; 18; 26; 30; 33; 42 и 48 В. Кроме того, для всех моделей варисторов нормированы длительно допустимые напряжения в сетях переменного тока VM(АC). При 25°С приложение напряжения VM(DC) приводит к типичному току утечки 25 мкА. Соответственно, максимальный ток утечки варисторов – 100 мкА. Максимальные неповторяющиеся импульсные токи формы 8/20 мкс – 30…500 А, а максимальная энергия неповторяющихся импульсов вида 10/1000 мкс – 0,1…2,5 Дж. Напряжения ограничения VC варисторов серии MLA нормируются при импульсных токах «8/20 мкс» величиной 1 А и находятся в пределах 13…105 В, в зависимости от наибольших длительных рабочих напряжений VM(DC). Температурный коэффициент напряжения ограничения не превышает 0,01%/°С. Собственные емкости этих варисторов варьируются от 90 пФ до 6 нФ. Диапазон рабочих температур серии составляет -55…125°С и эти варисторы во многих применениях способны заменять мощные стабилитроны, обеспечивая при этом выигрыш по требуемой площади на печатной плате.

AUML

Серия многослойных безвыводных варисторов AUML для аппаратуры автомобильного применения, дополняющая серию MLA Automotive, ориентирована на подавление импульсов перенапряжений с повышенной энергией. В случае замены мощных импульсных стабилитронов варисторы серии AUML обеспечивают ощутимую экономию места на печатной плате. Варисторы изготавливаются в типоразмерах 1206, 1210, 1812 и 2220. Соответственно, максимально допустимые значения средней рассеиваемой мощности составляют 100, 150, 300 мВт и 1 Вт. Оригинальные параметры варисторов серии AUML, отличающие их от серии MLA Automotive, представлены в таблице 7.

Таблица 7. Основные характеристики варисторов серии AUML

Наименование Наибольшее длительное рабочее напряжение VM(DC), В, при 125°С Допустимая энергия длинных импульсов WLD, Дж, при 125°С Номинальное напряжение VN(DC), В, при классификационном токе 10 мА и 25°С Ток утечки IL, мкА (не более), при 13 В и 25°С Максимальное напряжение ограничения VC, В (при тестовом токе 8/20 мкс IP, А)
V18AUMLA1206 18 1,5 23…32 50 40 (1,5)
V18AUMLA1210 18 3 23…32 50 40 (1,5)
V18AUMLA1812 18 6 23…32 100 40 (5,0)
V18AUMLA2220 18 25 23…32 200 40 (10)
V24AUMLA2220 24 25 32…39 200 60 (10)
V48AUMLA2220 48 25 54,5…66,5 200 105 (10)

Перенапряжение длительностью несколько сотен миллисекунд может возникать в бортовой сети автомобиля в случае внезапного обрыва цепи аккумуляторной батареи в режиме полной нагрузки генератора. Хотя это сравнительно редкая авария, возможное тяжелое повреждение дорогостоящей и ответственной аппаратуры, подключенной к бортсети питания, требует ее обязательной защиты. Варистор должен ограничить величину перенапряжения на безопасном уровне и поглотить значительную избыточную энергию, пока не будет снято возбуждение генератора. Существует несколько вариантов спецификаций испытаний на ограничение длительных импульсов перенапряжений. Варисторы производства компании Littelfuse тестируются в соответствии с рекомендациями #SAEJ1113 [1]. Стандарт предусматривает, что ограничитель не должен отказывать после 10 испытательных импульсов. Варисторы серии AUML после 10 импульсов с допустимой энергией практически не ухудшают своих параметров (номинальное напряжение VN(DC) не изменяется). Более того, расширенные испытания показывают, что эти варисторы выдерживают от 300 (для типоразмера 2220) до 2000 (для типоразмера 1210) импульсов с номинальной поглощаемой энергией, и при этом номинальное напряжение уходит всего на +3…7%, а в случае уменьшения энергии единичных импульсов (2 Дж для варистора типоразмера 2220), даже серия из 6000 перенапряжений не приводит к сколько-нибудь заметной деградации тестируемых компонентов [1]. Последний опыт показывает, что варисторы могут надежно ограничивать многократно повторяющиеся импульсы сравнительно небольшой энергии при условии, что средняя выделяемая мощность не выходит за допустимые пределы. Следовательно, они защищают бортовую сеть автомобиля от перенапряжений любой природы. Высокая стойкость многослойных варисторов серии AUML к большой величине энергии, поглощаемой при ограничении длительного импульса перенапряжения, достигается благодаря постоянному контролю и высокому качеству производства. Применяемая технология гарантирует, что поглощение энергии происходит равномерно по всему объему варистора [1] и не вызывает опасных локальных перегревов прибора. Время срабатывания варисторов серии AUML в реальных условиях находится в пределах 1…5 нс, что более чем достаточно для защиты автомобильного оборудования.

MLN

Сборки MLN из четырех изолированных варисторов в безвыводных корпусах для поверхностного монтажа типоразмера 1206 предназначены для защиты интегральных микросхем и других чувствительных компонентов от перенапряжений различной природы на печатной плате. Варисторы, благодаря значительной собственной емкости, не только ограничивают всплески перенапряжений, но и фильтруют помехи. При этом обеспечивается хорошая изоляция и небольшая проходная емкость между различными варисторами в составе одной сборки. Использование варисторной сборки вместо нескольких варисторов или стабилитронов обеспечивает уменьшение количества применяемых корпусов компонентов, экономит время монтажа и повышает его плотность. Основные параметры варисторов, входящих в сборки, представлены в таблице 8. Наибольшие длительные рабочие напряжения в сети постоянного тока установлены из ряда VM(DC) = 5,5; 9; 14 и 18 В при диапазоне рабочих температур -55…125°С. При температуре 125°С максимально допустимый неповторяющийся импульсный ток вида 8/20 мкс составляет для всех варисторов 30 А, а максимальная поглощаемая энергия – 100 мДж (для V18MLN41206L – 50 мДж, поскольку эта модель оптимизирована для получения минимальной собственной емкости ценой понижения некоторых других параметров). Собственные резонансные частоты варисторов, входящих в сборку, находятся в пределах 280…800 МГц (возрастают по мере повышения номинальных напряжений моделей и достигают максимума для V18MLN41206L), а эквивалентное последовательное сопротивление варисторов – 0,12…0,6 Ом. Каждый из варисторов в составе сборок способен выдержать не менее 10000 импульсов электростатических разрядов в соответствии с IEC 61000-4-2 (контактный разряд 8 кВ, имитирующий емкость и сопротивление тела человека), лишь незначительно снижая номинальное напряжение по сравнению с начальным значением в течение первого десятка импульсов. Для всех моделей варисторов серии MLN приводятся подробные предельные характеристики зависимости напряжений на варисторах от протекающего через них тока в диапазоне 15 мкА…30 А с учетом наихудшего возможного разброса параметров приборов.

Таблица 8. Основные параметры варисторных сборок серии MLN

Наименование Номинальное напряжение при классификационном токе 1 мА
и 25°СVN(DC), В
Максимальное напряжение ограничения VC, В, при тестовом токе 8/20мкс IP, А Максимальное напряжение ограничения при электростатическом разряде, В Типичная емкость при 1 МГц, пФ
Контактный разряд, 8 кВ Искра по воздуху, 15 кВ
V5.5MLN41206 7,10…10,8 15,5 (2) 60 45 430
V9MLN41206 11,0…16,0 23,0 (2) 95 75 250
V14MLN41206 15,9…20,3 30,0 (2) 110 85 140
V18MLN41206 22,0…28,0 40,0 (2) 165 100 100
V18MLN41206L 25,0…35,0 50,0 (1) 200 130 45

CH

Серия оксидно-цинковых варисторов CH выпускается типоразмером 3220 в безвыводных корпусах для поверхностного монтажа. Компания Littelfuse представляет широкий ряд моделей варисторов по уровням напряжения и назначению как для сетей постоянного, так и переменного тока. При монтаже на печатную плату варисторы серии CH обеспечивают радикально меньшую высоту решений, чем похожие по характеристикам варисторы в стандартных корпусах с радиальным расположением выводов. Кроме того, достигается значительно меньшая индуктивность компонентов. Основные характеристики моделей серии СН представлены в таблице 9. Варистор V22CH8 может использоваться для защиты от аварийного повышения напряжения в бортовой сети автомобиля при обрыве цепи аккумулятора.

Таблица 9. Характеристики варисторов серии СН

Наименование Номинальное напряжение при 25°С и классификационном токе 1 мА VN(DC), В Наибольшее длительное рабочее напряжение при 125°, В Максимальное напряжение ограничения VC, В, при тестовом токе 8/20 мкс IP, А Максимально допустимый пиковый ток 8/20мкс IТМ при температуре 125°С, А Допустимая энергия импульсов 10/1000 мкс при 125° WТМ, Дж Типичная
емкость при
1 МГц, пФ
СVM(DC) VM(АC)
V22CH8 18,7…26,0 18 14 47 (5) 100 1,0** 1600
V27CH8 23,0…31,1 22 17 57 (5) 100 1 1300
V33CH8 29,5…36,5 26 20 68 (5) 100* 1 750
V39CH8 35,0…43,0 31 25 79 (5) 100* 1 700
V47CH8 42,0…52,0 38 30 92 (5) 100* 1,2 650
V56CH8 50,0…62,0 45 35 107 (5) 100* 1,4 600
V68CH8 61,0…75,0 56 40 127 (10) 100* 1,5 500
V120CH8 108…132 102 75 200 (10) 250 2 300
V150CH8 135…165 127 95 250 (10) 250 3 250
V180CH8 162…198 153 115 295 (10) 250 4 120
V200CH8 184…228 175 130 340 (10) 250 4 110
V220CH8 198…242 180 140 360 (10) 250 5 105
V240CH8 212…268 200 150 395 (10) 250 5 100
V360CH8 324…396 300 230 595 (10) 250 6 70
V390CH8 354…429 330 250 650 (10) 250 7 60
V430CH8 389…473 369 275 710 (10) 250 8 50
* – Доступны версии варисторов на данное напряжение с допустимым пиковым током 400 А
** – Допустимая энергия для импульса длительностью 30 мс.

SM7

Серия оксидно-цинковых варисторов SM7 в прямоугольных нейлоновых корпусах для поверхностного монтажа с габаритами 11,5х8,3х4 или 11,5х8,3х6 мм реализованы на основе дисковых варисторных элементов диаметром 7 мм, аналогичных применяемым в сериях выводных варисторов LA и ZA. По сравнению с выводными компонентами, варисторы серии SM7 обеспечивают значительный выигрыш по высоте решений на печатной плате и по паразитной индуктивности в цепи ограничения перенапряжений. В то же время эти компоненты имеют довольно высокие допустимые импульсные токи и энергии. Варисторы SM7 предназначены главным образом для защиты сетей переменного тока от всплесков перенапряжений. Ряд номинальных напряжений моделей этой серии установлен с учетом популярности различных номиналов сетей переменного тока. Основные характеристики моделей серии SM7 представлены в таблице 10. Максимально допустимый импульсный ток 8/20 мкс всех варисторов SM7 составляет 1200 А.

Таблица 10. Характеристики варисторов серии SM7

Наименование Номинальное напряжение при 25°С и классификационном токе 1 мА VN(DC), В Наибольшее длительное рабочее
напряжение при 125°С, В
Максимальное напряжение ограничения VC при тестовом токе 8/20 мкс IP, А, В Допустимая энергия импульсов 10/1000 мкс при 125°СWТМ, Дж Типичная емкость при 1 МГц, пФ
VM(DC) VM(АC)
V115SM7 162…198 153 115 300 (10) 10 200
V130SM7 184…228 175 130 340 (10) 11 180
V140SM7 198…242 180 140 360 (10) 12 160
V150SM7 212…268 200 150 395 (10) 13 150
V175SM7 247…303 225 175 455 (10) 15 130
V230SM7 324…396 300 230 595 (10) 20 100
V250SM7 354…429 330 250 650 (10) 21 90
V275SM7 389…473 369 275 710 (10) 23 80
V300SM7 420…517 405 300 775 (10) 25 70
V320SM7 462…565 420 320 850 (10) 25 65
V385SM7 558…682 505 385 1025 (10) 27 60
V420SM7 610…748 560 420 1120 (10) 30 55
V460SM7 640…790 615 460 1190 (10) 37 55
V480SM7 670…825 640 480 1240 (10) 35 50
V510SM7 735…910 675 510 1300 (10) 40 45

SM20

Серия оксидно-цинковых варисторов SM20 выпускается в дисковых нейлоновых корпусах для поверхностного монтажа диаметром 26 мм и высотой 10,5 мм. Эти варисторы основаны на дисковых варисторных элементах диаметром 20 мм, аналогичных применяемым в сериях выводных варисторов LA и ZA. Их преимущества над выводными варисторами аналогичны сериям СН и SM7. Варисторы SM20 предназначены, главным образом, для защиты сетей переменного тока от всплесков перенапряжений с довольно большой энергией. Основные характеристики моделей серии SM20 представлены в таблице 11. Варистор V26SM20 может использоваться для защиты от аварийного повышения напряжения в бортовой сети автомобиля при обрыве цепи аккумулятора. Для всех моделей компонентов серии SM20 приводятся зависимости допустимых импульсных токов при различных длительностях импульсов 20 мкс…10 мс и требуемого ресурса варисторов.

Таблица 11. Характеристики варисторов серии SM20

Наименование Номинальное напряжение при 25°С и классификационном токе 1 мА VN(DC), В Наибольшее длительное рабочее напряжение при 125°С, В Максимальное напряжение ограничения VC, В (при тестовом токе 8/20мкс IP, А) Максимально допустимый неповторяющийся пиковый ток 8/20 мкс IТМ, А (при 125°С) Допустимая энергия импульсов 10/1000 мкс при 125°СWТМ, Дж Типичная емкость при
1 МГц, пФ
VM(DC) VM(АC)
V26SM20 32…40* 26 20 63 (20) 2000 20 (160**) 12000
V175SM7 247…303 225 175 455 (100) 6500 90 1400
V230SM7 324…396 300 230 595 (100) 6500 122 1100
V250SM7 354…429 330 250 650 (100) 6500 130 1000
V275SM7 389…473 369 275 710 (100) 6500 140 900
V300SM7 420…517 405 300 775 (100) 6500 165 800
V320SM7 462…540 420 320 810 (100) 6500 150 750
* – При классификационном токе 10 мА
** – Допустимая энергия для импульса длительностью 30 мс.

 

Заключение

Оксидно-цинковые варисторы обеспечивают эффективную защиту электротехнического оборудования и радиоэлектронной аппаратуры от перенапряжений в широком диапазоне импульсных токов, длительности действия и скорости нарастания импульсов. Они имеют очень благоприятный комплекс технических и экономических характеристик и конкурентоспособны по сравнению с альтернативными решениями. Для низковольтных применений эффективны многослойные варисторы. Варисторы в конструктивном исполнении для поверхностного монтажа позволяют обеспечить защиту компонентов и цепей на уровне печатной платы, компактность решений и малую толщину готового изделия, а также эффективное ограничение перенапряжений с крутыми фронтами в единицы наносекунд. Компания Littelfuse предлагает различные серии высококачественных варисторов для поверхностного монтажа, которые обеспечивают потребности большинства возможных применений.

 

Литература

  1. VARISTOR. Circuitprotection­product/Productcatalog&designguide//Littelfuse. 08/2014, p. 236.
  2. Littelfuse «ML» multilayer surface mount surge suppressors/Application Note AN9108.4//Littelfuse. 07/1999, p. 9.
  3. Circuit protection solution/Product selection guide//Littelfuse. 2013, p. 26.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

•••

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