Варисторы маркировка и параметры

Резистор – электронный компонент, основной характеристикой которого является сопротивление. Резисторы бывают постоянными или переменными (управляемыми вручную), а также существуют компоненты, сопротивление которых зависит от внешних факторов (температуры, освещенности и т.п.). Одним из таких элементов является варистор (Variable Resistor) – его свойства зависят от приложенного напряжения.

Принцип работы этого прибора несложен. Если к нему приложено напряжение, не превышающее определенного порога, его сопротивление велико, ток через него определяется утечками и составляет порядка единиц или десятков микроампер. При увеличении приложенного напряжения варистор открывается и начинает проводить ток. Этот участок характеристики практически линеен и аналогичен резистору с небольшим сопротивлением. Если напряжение повышать далее, ток будет расти, и в итоге элемент выйдет из строя.

Варистор работает при любой полярности напряжения, поэтому, при внимательном рассмотрении, его вольт-амперная характеристика подобна ВАХ двуханодного стабилитрона. Это означает, что резистор, управляемый напряжением, работает схожим образом – при превышении определенного уровня он стабилизирует напряжение на выводах. Это можно использовать для защиты от перенапряжений. ВАХ прибора симметрична, поэтому он работает как при постоянном, так и при переменном напряжении.

Характеристики и габаритные размеры

Одной из важнейших характеристик, указываемых не только в технической документации, но и входящей в обозначение и наносимой на корпус элемента, является классификационное напряжение. Распространено мнение, что эта величина является условной, и не несет практического характера. Это не так.

Характеристика варистора в зоне защиты (зоне стабилизации) имеет наклон, и ток через него зависит от приложенного напряжения – чем больше напряжение. При определенном напряжении (которое называют напряжением открывания при постоянном токе) варистор начинает открываться, но происходит это постепенно. По мере открывания ток растет. Считается, что когда он достигнет уровня 1 мА, прибор полностью открылся, вышел на линейный участок характеристики и начал выполнять свою защитную функцию .

Так как варисторы часто применяются в цепях переменного тока, то напряжение открывания выражают в виде действующего (среднеквадратичного) значения напряжения – оно чаще применяется в качестве характеристики переменного напряжения. Этот параметр меньше напряжения открывания при постоянном токе примерно в 1,4 раза.

Также важными характеристиками являются максимальная мощность P (в ваттах) и поглощаемая энергия W (в джоулях). Первый параметр интуитивно понятен – это мощность, которую прибор способен рассеивать в открытом состоянии. А поглощаемая энергия характеризует время, в течение которого элемент может выдержать максимальную мощность. Этот период вычисляется, как t=W/P. Величина поглощаемой энергии определяется размером прибора, поэтому при наличии опыта можно достаточно точно определить эту характеристику на глаз (например, по диаметру для компонентов в дисковом исполнении)

Варистор, зачем он нужен и как выбрать правильный

Максимальное рабочее напряжение – граница, выше которой элемент выходит из строя. Параметры распространенных варисторов приведены в таблице.

классификационное, ВUсраб, среднеквадрат.,

ВПоглощаемая энергия, Дж / наибольшая мощность, Вт.габариты, мм х мм/

Устройство, характеристики и принцип действия варистора

Данный радиоэлемент, использующийся в сетях постоянного и переменного тока, обеспечивает защиту электроники при помощи стабилизации напряжения. Главная особенность заключается в том, что сопротивление прибора полностью зависит от напряжения в цепи, изменяясь автоматически. То есть, если напряжения повышается, варистор переходит из изолирующего состояния в состояние электропроводящее. Данный принцип работы варистора позволяет охарактеризовать его как нелинейный или переменный резистор.

Когда возникает перенапряжение, угрожающее чувствительной электронике, варистор практически мгновенно изменяет свое сопротивление от сотен МОм до десятков Ом, замыкая цепь. Поскольку прибор является безынерционным элементом, он способен восстанавливать свои свойства мгновенно, что обеспечивает эффективную защиту от импульсных выбросов. Как правило, в паре с нелинейным резистором размещается плавкий предохранитель, который сгорает при скачке напряжения, разрывая цепь.

Различают 2 основных вида варисторов:

• низковольтные – рассчитаны на рабочее напряжение от 3 до 200 В (используются для защиты радиокомпонентов в низковольтных цепях);
• высоковольтные – работают в цепях со значениями тока до 20 кВ (применяются для защиты электрических сетей и установок).

Устройство варистора не является сложным, поскольку прибор изготавливается методом спекания оксида цинка или карбида кремния с добавлением связующих веществ. После термической обработки поверхность полученной основы покрывается металлом (как правило, в форме двух дисков), к которому припаиваются металлические выводы (луженая медь). Поверх конструкции наносится диэлектрик в виде керамической или эпоксидной оболочки.

Основные характеристики и параметры варисторов:

• максимально допустимое напряжение – от нескольких вольт до нескольких десятков киловольт;
• время срабатывания – измеряется в наносекундах;
• максимальная энергия поглощения – измеряется в Джоулях;
• емкость – зависит от приложенного напряжения;
• напряжение классификации – как правило, составляет 1 мА;
• максимальный импульсный ток – измеряется в Амперах;
• допустимое отклонение – указывается в процентах.

Маркировка варисторов и применение

На корпус каждого такого прибора наносятся цифры и буквы, которые несут в себе информацию о характеристиках радиоэлемента: допустимое отклонение, форм-фактор (диск или стержень), максимально допустимое напряжение, диаметр, тип устройства (металлооксидный или оскидноцинковый). Стоит учитывать возможное различие по напряжениям и уровням тока, поскольку каждый производитель имеет право устанавливать маркировку самостоятельно.

Широкое применение варисторов обусловлено их эффективностью и доступностью, широким диапазоном напряжения, простотой исполнения, длительным сроком службы, а также возможностью отслеживания перепадов напряжения. Среди недостатков можно выделить низкочастотный шум, утрату свойств со временем, большую емкость и зависимость вольтамперной характеристики от температуры.

Данные компоненты можно встретить практически в любом сегменте электроники:

• телекоммуникационное оборудование – модемы и роутеры, DECT-телефоны, абонентское оборудование и сетевые карты;
• низковольтное оборудование и одноплатные устройства – компьютеры, контроллеры и измерительные приборы, медицинское оборудование, дистанционные датчики и интерфейсы;
• электросети и сетевые фильтры – бытовая электроника, автоматы и промышленные источники питания, LED-драйверы, блоки питания и ИБП, а также сетевые фильтры и измерители мощности;
• автомобильная электроника – сервоприводы и контроллеры, ABS, блоки управления и шины данных;
• индустриальное оборудование большой мощности – насосы, компрессоры и двигатели, соленоиды и силовые реле, роботы, а также драйверы и мощные источники питания.

Виды и принцип работы

При работе в нормальных условиях варистор имеет огромное сопротивление, которое может снижаться при превышении напряжением порогового значения. То есть, если значительно повышается напряжение в цепи, то варистор переходит из изолирующего состояния в электропроводящее и за счет лавинного эффекта в полупроводнике стабилизирует напряжение с помощью пропускания через себя тока большой величины.

Варисторы могут работать с высоким и низким напряжением и, соответственно, подразделяются на две группы устройств, которые имеют одинаковый принцип работы:

1. Высоковольтные: способные работать в цепях со значениями тока до 20 кВ (используются в защитных системах сетей и оборудования, в устройства защиты от импульсных перенапряжений).
2. Низковольтные: номинальное напряжения для компонентов данного вида варьируется от 3 до 200 В (применяется для защиты электронных устройств и компонентов оборудования с током 0,1 – 1А и устанавливаются на входе или выходе источника питания).

Время срабатывания варистора при скачке напряжения составляет около 25 нс, что является отличным значением, но в некоторых случая недостаточным. Поэтому производители электронных компонентов разработали технологию изготовления smd-резистора, который имеет время срабатывания от 0,5 нс.

Варисторы всех типов изготавливают из карбида кремния или оксида цинка путем спекания данного материала со связующим веществом (смолы, глина, стекло) при высокой температуре. После получения полупроводникового элемента выполняется его металлизация с обеих сторон с припайкой металлических выводов для подключения.

Маркировка, основные характеристики и параметры

Каждый производитель варисторов маркирует свой продукт определенным образом, поэтому существует достаточно большое количество вариантов обозначений и их расшифровок. Наиболее распространенным российским варистором является К275, а популярными компонентами иностранного производства являются 7n471k, kl472m и другие.

Расшифровать обозначение варистора CNR-10d751k можно следующим образом: CNR – металлооксидный варистор; d – означает, что компонент в форме диска; 10 – это диаметр диска; 751 –напряжение срабатывания для данного устройства (расчёт происходит путём умножения первых двух цифр на 10 в степени равной третьей цифре, то есть 75 умножаем на 10 в первой степени получатся 750 В); k – допустимое отклонение номинального напряжения, которое равно 10 % в любую сторону (l – 15%, M – 20%, P – 25 %).

Основными характеристиками варисторов являются следующие параметры:

Классификационное напряжение – напряжение при определенных значениях тока, протекающего через варистор (обычно данное значение составляет 1 мА). Этот параметр является условным и не влияет на выбор устройства;

Максимально допустимое напряжение – диапазон напряжения (среднеквадратичное или действующее значение), при котором варистор начинает понижать свое сопротивление;

Максимальная энергия поглощения – характеристика, показывающая значение энергии, которую варистор рассеивает и не выходит из строя при воздействии одиночного импульса (измеряется в Джоулях);

Максимальный импульсный ток – нормирует время нарастания и длительность действия импульса тока (измеряется в Амперах);

Ёмкость – очень важный параметр, который измеряется при закрытом состоянии и заданной частоте (падает до нуля, если к варистору приложен большой ток);

Допустимое отклонение – отклонение от номинальной разности потенциалов в обе стороны (указывается в процентах).

Время срабатывания – промежуток времени, за который варистор переходит из закрытого состояния в открытое (обычно несколько десятков наносекунд).

Защита варистором техники

Варисторная защита применяется в бытовых приборах. Они могут быть припаянными в саму плату, или же выведены и закреплены отдельными проводами. Варисторы необходимо подключать параллельно. Подключать их последовательно просто не имеет смысла. Ток по цепи в таком случае проходить просто не будет.

Как работает варисторная защита?

Например, рядом с вашим домом ударила молния. Или она могла попасть в ЛЭП. В сети происходит скачек напряжения. Варистор его поглощает и, если импульс слишком сильный/продолжительный – варистор умирает.
То есть, варистор гарантия того, что ваша чувствительная электроника не сгорит от скачка напряжения. Однако, следует помнить, что варистор может стать точкой короткого замыкания, во время длительной работы при максимальном напряжении.

Выше мы описали несколько способов как этого избежать. Брать варисторы с термисторами или же включать в цепь предохранители.
Если все максимально упростить: при низком напряжении варистор – блокирующее устройство, при высоком – проводящее.

Выбор варистора

Чтобы эффективно и гарантированно защитить вашу технику, к выбору варистора необходимо подойти с умом.
Как правило, для защиты бытовой техники используют варисторы с пороговым значением напряжения от 275 до 430 В. Особо углубляться в подбор варисторов с учетом других значений (емкость и т.п) мы вдаваться не будем. Тут есть множество нюансов, которые в формате этой статьи просто не удастся рассмотреть. Для более точного подбора варистора можем посоветовать использование справочников по варисторам. В них указаны все характеристики, которыми обладает тот или иной варистор. Что позволит вам выбрать наиболее подходящий для ваших целей и задач.

Еще одним важным параметром при выборе варистора является скорость срабатывания. Как правило, у большинства варисторов она составляет около 25 нс. Но не всегда этого хватает.

Тогда вам подойдут варисторы с меньшим временем срабатывания. Недостижимым идеалом по скорости срабатывания являются варисторы, изготовленные по технологии многослойной структуры SIOV-CN. Их скорость срабатывания может составлять менее 1 не.

Такие варисторы необходимы для защиты от статического электричества. В бытовой технике, такие варисторы практически не применяются.

Гарантом жизни вашей техники при любых скачках напряжения, может послужить варистор, установленный на нуле. Естественно, с учетом того, что он установлен и на фазе тоже.

Слышали, наверно, про случаи, когда сразу у множества людей сгорала электроника? Это происходит как раз из-за того, что по проводам идет только фаза. Варистор предохраняет и от этого.

Маркировка варисторов

• диаметр;
• классификационное напряжение.

Пример расшифровки: 15D 364K, где 15D – это диаметр, а 364K классификационное напряжение варистора. При покупке или замене варистора производится расчет необходимых данных. По маркировкам производится поиск линеек их аналогов.

Возможны и другие знаки, зависящие от конкретного прибора или фирмы и расположенные либо на корпусе, либо на плате.

Положительные стороны варисторов

• возможность работы с устройством при больших нагрузках, связанных с высоким напряжением;
• надежная защита варистором прибора от перенапряжения;
• невысокая цена;
• обширная сфера применения;
• обеспечение надежной эксплуатации;
• понятная и простая технология применения.

Классификация и преимущества

Классификация полупроводниковых резисторов производится по рабочему напряжению. Напряжение разделяют на следующие виды: до 20 кВ и от 2,8 до 220 В.

Первые из них называются высоковольтными. Они нашли своё применение в электронных сетях, а вторые называются низковольтными и монтируются в электроприборы и бытовые устройства с целью защиты.

Из преимуществ этого прибора нужно отметить его уникальную возможность работы с большими нагрузками, а также на высоких частотах. Кроме того, к преимуществам относятся:

• дешевизна;
• большая распространённость;
• простота конструкции;
• надёжность.

Из недостатков этого резистора выделяют повышение температуры прибора в целом, а также увеличение низкочастотного шума.

Технология изготовления и параметры

При изготовлении варистора используют два порошка:

• оксид цинка;
• карбид кремния.

Основная технология при изготовлении заключается в обжиге всех элементов под высокими температурами в печи и одновременном их спрессовывании. Получившееся изделие покрывают водостойким и электроизоляционным лаком. Эта технология называется керамической и позволяет заниматься изготовлением варистора на заказ.

Резисторы полупроводникового типа характеризуются следующими признаками:

• напряжение номинальное классификационное;
• максимально допустимое переменное напряжение;
• напряжение возможно допустимое постоянное;
• максимальное напряжение ограничения (при увеличении которого прибор выходит из строя);
• энергия, максимально поглощаемая.

Практически у всех варисторов время срабатывания равно десяткам наносекунд. Допустимое отклонение имеет обозначение ±5%, ±10%, ±20% и т. д.

Характеристики и параметры варисторов

• Классификационное напряжение (Varistor Voltage) – это величина напряжения, при котором ток в 1 мА протекает через варистор;
• Максимально допустимое переменное напряжение (Maximum Allowable Voltage – ACrms) – Это среднеквадратичное значение переменного напряжения (rms) в вольтах. Это та величина, при которой варистор “открывается” и понижается его сопротивление, тем самым он начинает выполнять свою задачу;
• Максимально допустимое постоянное напряжение (Maximum Allowable Voltage – DC) – Варистор можно использовать в цепях постоянного тока, этот параметр показывает напряжение “открытия”, но уже для постоянного напряжения. Указывается в вольтах. Обычно выше, чем величина для переменных цепей;
• Максимальное напряжение ограничения (Maximum Clamping Voltage) – максимальное напряжение в вольтах, которое может выдержать корпус варистора без выхода из строя. Обычно указывается для конкретной величины тока;
• Максимальная поглощаемая энергия – указывается в джоулях (Дж). Величина импульса, которую может рассеять варистор, не выходя из строя;
• Время срабатывания – обычны указывается в наносекундах (нс). Это время, которое требуется варистору для изменения величины сопротивления от очень высокого, до очень низкого;
• Допустимое отклонение (Varistor Voltage Tolerance) – это допустимое отклонение квалификационного напряжения варистора, указывается оно в процентах (%). Это фиксированные величины ±5%, ±10%, ±20% и т.д. В импортных варисторах величина отклонения, зашифрованна в определенную букву и указывается в маркировке варистора, каждая фирма может использовать свои маркировки. К примеру, для варисторов фирмы Joyin принято такое обозначение: K – ±10%, L – ±15%, M – ±20%, P – ±25%.

Будет интересно➡ JK-триггер

Подбор варисторов осуществляется по специальным справочникам на основе вышеописанных параметров. Узнаем значения своей цепи и защищаемого оборудования. На основе этого выбираем варистор, который нужно ставить.

Маркировка варисторов

Обычно на корпусе варистора написана очень длинна маркировка, сейчас на примере 20D471K расшифруем маркировку и узнаем его характеристики.

1. 20D – это диаметр варистора, в данном случае 20мм. Чем больше диаметр – тем больше энергии может рассеять варистор. По данному параметру можно косвенно судить о максимальной энергии, которую он может поглотить. Чем больше – тем лучше.
2. 47 – Классификационное напряжение варистора, 470 вольт.
3. 1K – допустимое отклонение квалификационного напряжения варистора, как было указано выше, K – это ±10%.

Обычно у производителей маркировки отличаются друг от друга, но незначительно. Примеры маркировки этого варистора, но от разных производителей: Epcos – S20K300, Fenghua – FNR-20K471, TVR -TVR20D471, CNR – CNR20D471, JVR – JVR-20N471K.

Как видим, у фирмы Epcos маркировка показывает на число 300, это уже не классификационное напряжение, а максимально допустимое переменное напряжение. В любом случае не рекомендуется гадать самому с маркировкой, если есть возможность, то лучше воспользоваться поисковиками либо справочником и получить всю подробнейшую информацию о нужном вам варисторе.