Varistory - princip činnosti, typy a použití

Varistor je polovodičová součástka, která může nelineárně měnit svůj činný odpor v závislosti na velikosti napětí, které je na něj aplikováno. Ve skutečnosti se jedná o rezistor s takovou proudově-napěťovou charakteristikou, jehož lineární úsek je omezen na úzký rozsah, do kterého přichází odpor varistoru, když se na něj přivede napětí nad určitou prahovou hodnotu.

V tomto okamžiku se odpor prvku prudce změní o několik řádů — klesá z počátečních desítek MΩ na jednotky Ohm. A čím více se zvyšuje aplikované napětí, tím menší a menší je odpor varistoru. Tato vlastnost dělá z varistoru základ moderních přepěťových ochran.

Varistor zapojený paralelně s chráněnou zátěží absorbuje rušivý proud a odvádí jej jako teplo. A na konci této události, když přiložené napětí klesne a vrátí se nad práh, varistor obnoví svůj počáteční odpor a je opět připraven plnit ochrannou funkci.

Můžeme říci, že varistor je polovodičový analog plynového jiskřiště, pouze u varistoru se na rozdíl od plynové jiskry rychleji obnoví počáteční vysoký odpor, prakticky neexistuje setrvačnost a rozsah jmenovitých napětí začíná od 6 a dosahuje 1000 a více voltů .

Z tohoto důvodu jsou varistory široce používány v ochranných obvodech. polovodičové spínače, v obvodech s indukčními prvky (pro hašení jisker), jakož i samostatné prvky elektrostatické ochrany vstupních obvodů elektronických zařízení.

Proces výroby varistoru spočívá ve slinování práškového polovodiče s pojivem při teplotě cca 1700 °C. Zde se používají polovodiče jako oxid zinečnatý nebo karbid křemíku. Pojivem může být vodní sklo, jíl, lak nebo pryskyřice. Na kotoučovitý prvek získaný slinováním jsou pokovením naneseny elektrody, na které jsou připájeny montážní dráty součásti.

Kromě tradiční diskové formy lze varistory nalézt ve formě tyčí, korálků a fólií. Nastavitelné varistory jsou vyrobeny ve formě tyčí s pohyblivým kontaktem. Tradiční polovodičové materiály používané při výrobě varistorů na bázi karbidu křemíku s různými vazbami: tyrit, willit, letin, silit.

Vnitřní princip činnosti varistoru spočívá v tom, že okraje malých polovodičových krystalů uvnitř spojovací hmoty jsou ve vzájemném kontaktu a tvoří vodivé obvody. Když jimi prochází proud o určité velikosti, dochází k lokálnímu přehřívání krystalů a ke snížení odporu obvodů. Tento jev vysvětluje nelinearitu CVC varistoru.

Jedním z hlavních parametrů varistoru je spolu s efektivním odezvovým napětím koeficient nelinearity, který udává poměr statického odporu k odporu dynamickému. U varistorů na bázi oxidu zinečnatého se tento parametr pohybuje od 20 do 100. Pokud jde o teplotní koeficient odporu varistoru (TCR), je obvykle záporný.

Varistory jsou kompaktní, spolehlivé a dobře fungují v širokém rozsahu provozních teplot.Na deskách plošných spojů a v SPD najdete malé diskové varistory o průměru 5 až 20 mm. K rozptýlení vyšších výkonů se používají blokové varistory o celkových rozměrech 50, 120 a více milimetrů, schopné rozptýlit kilojoulů energie v pulsu a procházet jimi proudy v řádu desítek tisíc ampér a přitom neztrácet účinnost.

Jedním z nejdůležitějších parametrů každého varistoru je doba odezvy. Typická doba aktivace varistoru sice nepřesahuje 25 ns a v některých obvodech je to dostačující, přesto je někde třeba pro ochranu před elektrostatikou vyžadována rychlejší odezva, ne více než 1 ns.

V souvislosti s touto potřebou směřují přední světoví výrobci varistorů své snahy o zvýšení jejich výkonu. Jedním ze způsobů, jak tohoto cíle dosáhnout, je zmenšit délku (respektive indukčnost) vývodů vícevrstvých součástek. Takové varistory CN již zaujaly důstojné místo v ochraně proti statickému výstupu integrovaných obvodů.

Jmenovité napětí DC varistoru (1mA) je podmíněný parametr, při tomto napětí proud varistorem nepřekročí 1mA.Jmenovité napětí je uvedeno na označení varistoru.

ACrms je efektivní odezva střídavého napětí varistoru. DC — ovládání stejnosměrným napětím.

Kromě toho je standardizováno maximální povolené napětí při daném proudu, například V @ 10A. W je jmenovitý ztrátový výkon součásti. J je maximální energie jednoho absorbovaného impulsu, která určuje dobu, po kterou bude varistor schopen rozptýlit jmenovitý výkon a přitom zůstat v dobrém stavu. Ipp — špičkový proud varistoru, normalizovaný dobou náběhu a dobou trvání absorbovaného impulsu, čím delší je impuls, tím nižší je přípustný špičkový proud (měřeno v kiloampérech).

Pro dosažení většího ztrátového výkonu je povoleno paralelní a sériové zapojení varistorů. Při paralelním zapojení je důležité volit varistory co nejblíže parametrům.