Základy MOV varistoru: Komplexní příručka

‌ MOV (Metal Oxide Varistor) je jedním z nejrozšířenějších zařízení pro ochranu před přepětí. Jako jádro slouží polycrystalický polovodič spojený oxidem zinku (ZnO) a přísadami. Následuje systematická analýza od principu, parametrů, výběru až po aplikaci:

1. Základní charakteristiky MOV

1.1 Nelineární volt-amperová charakteristika

● Obecná oblast nízkého napětí: Když je napětí pod prahem, zůstává MOV v státu s vysokým odporem (průtok proudem je v rozsahu mikroampér).

● Oblast prolomení: Jakmile překročí napětí prahovou hodnotu (nominální napětí Vn), klesne odpor ostře, což umožňuje uvolnit velký proud a dosáhnout omezení napětí.

● Napětí omezení (Vc): Bývá obvykle 1,5 až 2 krát nominální napětí, čímž se zajistí, že zůstane pod maximálním napětím chráněných komponentů.

1.2 Materiály a struktura

● Bazované na oxidu zinku: Zrnité struktury ZnO a jejich hranice tvoří bariéru podobnou "PN propojení", která poskytuje rychlou reakci (na úrovni nanosekund).

● Vícevrstvá struktura: Hustá keramická hmota, vyrobená sinterováním, spojuje průchodnou schopnost proudem s objemem. Například řada 14D o průměru 14mm může odolat předělům proudů až do 10kA.

2. Klíčové parametry a výběr MOV

2.1 Jmenovitá napětí (Vn)

Definice: Napětí při proudu 1mA DC (např., 470V).

2.2 Výběrový vzorec:

● AC systém: Vn ≥ 1,2–1,5 × napětí zdroje (např. 220V AC vybere 470V).

● DC systém: Vn ≥ 1,5 × maximální spojité pracovní napětí.

● Záměna: Nominální napětí není "spouštěcí napětí"; skutečné zapalovací napětí může být vyšší (viz křivka V-I).

2.3 Maximální proud (IP)

Definice: Maximální proud pro standardní impulzní vlnu 8/20μs (např. 10kA).

Úroveň aplikace:

2.4 Zpracování energie (Joule)

● Vzorec: E = Vc × IP × t (kde t je šířka pulsu, obvykle 20μs při 8/20μs).

● Příklad: S Vc = 800V a IP = 10kA je energie 160J. Ujistěte se, že ohodnocená energie MOV převyšuje skutečnou energetickou vlnu.

2.5 Režimy selhání a životnost

● Starostlivé selhání: Po několika vlnách vzroste proud úniku a nakonec může dojít k krátkému závodu MOV.

● Bezpečnostní konstrukce: Pro předcházení požárům způsobeným zkratem se používají teplotní pojistky (TF) nebo MOV s mechanismy pro tepelné odběry (např. série TNR).

3. Věříme, že Zvažování návrhu aplikace MOV

3.1 Rozložení obvodu

● Instalace v blízkosti: Umístěte MOV blízko chráněného konce (např. vchodu napájení) a zkráťte tak dráhu přetížení.

● Vzdělávání s nízkou induktivitou: Vyhněte se dlouhým stopám, které přidávají parazitní induktivitu, což může zvýšit zbytkové napětí.

● Paralelní odpojení: Při použití s plynovou výpustkou (GDT) je nutný sériový odpor nebo indukčnost, aby se zabránilo tomu, že plynová výpustka bude pokračovat v průchodu proudem a způsobí spálení MOV.

3.2 Návrh víceúrovňové ochrany

● Úroveň 1 Ochrana (Protok): Plynové výpustky (GDT) nebo jiskrové mezery pro uvolnění bleskových proudů.

● Úroveň 2 Ochrana (Omezení): MOV snižují zbytkové napětí pod 1kV.

● Úroveň 3 Ochrana (Přesná ochrana): TVS diody dále omezují napětí na bezpečnou úroveň pro citlivé čipy (např. 24V).

● Typický design: GDT (Úroveň 1) → MOV (Úroveň 2) → TVS (Úroveň 3).

3.3 Tepelné řízení a snížení výkonu

● Snížení výkonu při vysokých teplotách: Schopnost MOVů nést proud se zmenšuje asi o 20 % pro každou zvýšenou teplotu o 25°C.

● Paralelní MOVy: Pro aplikace s vysokou energií použijte více paralelních MOVů se shodnými parametry (např., odchylka Vn ≤5%).

4. Typické aplikací scénáře a doporučení modelů

4.1 Domácí spotřebiče (220V AC)

● Požadavek: Potlačování přepětí v síti (např. spouštění/končení klimatizace).

● Výběr: 14D471K (Vn = 470V, IP = 6,5kA), SMD možnost: S14K275.

4.2 Fotovoltaické invertery (DC 1000V)

● Požadavek: Ochrana před blesky na straně fotovoltaických panelů, odolá vysokému napětí.

● Výběr: 34D102K (Vn = 1000V, IP = 40kA).

4.3 Automobilová elektronika (systémy 12V/24V)

● Požadavek: Potlačení přetížení až do 60V.

● Výběr: Typ SMD V14H360 (Vn = 36V, IP = 200A).

5. Běžné problémy a řešení

5.1 Nadměrný proud úniku v MOV

● Příčina: Stárnutí nebo trvalé přepětí, které ničí hranice zrn.

● Řešení: Pravidelně vyměňujte MOV nebo používejte diody TVS, aby se napětí rozdělilo.

5.2 Vysoké reziduální napětí poškozující po-obvod

● Příčina: nesprávný výběr MOV (např. příliš vysoká Vn) nebo nesprávné uspořádání.

● Řešení: Snížit Vn nebo přidat TVS pro sekundární zavírání.

5.3 Časté selhání MOV

● Příčina: Nedostatečné zvládnutí vrcholu proudu nebo překročení frekvence přelévání.

● Řešení: Zlepšit IP hodnocení nebo zavést vícestupňovou ochranu pro sdílení energie.

6. Průmyslové normy a certifikace

● Bezpečnostní certifikáty: UL1449 (Zařízení na ochranu před přeměnnými otřesy), IEC 61000-4-5 (Test odolnosti proti přeměnným otřesům).

● Elektronika pro automobilový průmysl: AEC-Q200 (certifikát spolehlivosti), výkon v teplotním rozmezí od 40°C do 150°C.

● Telekomunikační zařízení: GR-1089-CORE (Požadavky na ochranu před bleskem a ESD).

● Shrnutí: MOV se díky své vysoké nákladové efektivitě a velké kapacitě proudu stala základním zařízením pro ochranu před převíjením, ale musí být přesně vybrána podle scénáře použití a kombinována s víceúrovňovou ochranou a konstrukcí rozptylování tepla, aby byla dosažena spoleh V případě skutečného návrhu se doporučuje ověřit účinnost roztoku testováním přehnaného tlaku (např. 8/20 μs, 10/700 μs).