Conceptos Básicos del Varistor MOV: Una Guía Integral

‌ MOV (Metal Oxide Varistor) es uno de los dispositivos de protección contra sobretensiones más utilizados. Su material principal es un semiconductor policristalino fundido a base de óxido de zinc (ZnO) y aditivos. A continuación se presenta un análisis sistemático desde el principio, parámetros, selección hasta aplicación:

1. Características Principales del MOV

1.1 Características Voltio-Amperio No Lineales

● Región de Bajo Voltaje: Cuando el voltaje está por debajo del umbral, el MOV se mantiene en un estado de alta resistencia (la corriente de fuga está en el rango de microamperios).

● Región de Interrupción: Una vez que el voltaje supera el umbral (voltaje nominal Vn), la resistencia disminuye drásticamente, permitiendo que fluya una gran corriente para descargar, logrando la limitación de voltaje.

● Voltaje de Clamp (Vc): Típicamente entre 1.5 y 2 veces el voltaje nominal, asegurando que permanezca por debajo del voltaje máximo de los componentes protegidos.

1.2 Materiales y Estructura

● Base de Óxido de Cinc: Los granos de ZnO y las fronteras de grano forman una barrera "similar a una unión PN", proporcionando una respuesta rápida (a nivel de nanosegundos).

● Estructura Multicapa: El cuerpo cerámico denso, formado mediante sinterización, correlaciona la capacidad de transporte de corriente con el volumen. Por ejemplo, la serie 14D con un diámetro de 14 mm puede soportar corrientes de pico hasta 10kA.

2. Parámetros Clave y Selección de MOV

2.1 Voltaje Nominal (Vn)

Definición: El voltaje a una corriente de 1mA CC (por ejemplo, 470V).

2.2 Fórmula de Selección:

● Sistema AC: Vn ≥ 1.2–1.5 × voltaje de alimentación RMS (por ejemplo, 220V AC selecciona 470V).

● Sistema DC: Vn ≥ 1.5 × voltaje máximo de operación continua.

● Equívoco: El voltaje nominal no es el "voltaje de disparo"; el voltaje real de encendido puede ser mayor (consulte la curva V-I).

2.3 Corriente Pico (IP)

Definición: La corriente pico para una onda de sobretensión estándar de 8/20μs (por ejemplo, 10kA).

Nivel de aplicación:

2.4 Manejo de Energía (Joule)

● Fórmula: E = Vc × IP × t (donde t es el ancho de pulso, típicamente 20μs a 8/20μs).

● Ejemplo: Con Vc = 800V e IP = 10kA, la energía es de 160J. Asegúrese de que la energía nominal del MOV supere la energía del sobrecorriente real.

2.5 Modos de Fallo y Duración

● Fallo por Envejecimiento: Después de múltiples sobrecorrientes, la corriente de fuga aumenta y, finalmente, el MOV puede entrar en cortocircuito.

● Diseño de Seguridad: Usa fusibles de temperatura (TF) u MOV con mecanismos de desconexión térmica (por ejemplo, serie TNR) para prevenir incendios causados por cortocircuitos.

3. Consideraciones en el Diseño de Aplicaciones de MOV

3.1 Diseño del Circuito

● Instalación de Cercanía: Coloca los MOV cerca del extremo protegido (por ejemplo, entrada de alimentación) para acortar las rutas de sobretensión.

● Cableado de Baja Inductancia: Evita trazas largas que añadan inductancia parasítica, lo cual puede aumentar la tensión residual.

● Desacoplamiento paralelo: Cuando se utiliza con un tubo de descarga de gas (GDT), es necesario un resistor o inductor en serie para evitar que el GDT continúe el flujo de corriente y provoque que el MOV se queme.

3.2 Diseño de Protección en Múltiples Niveles

● Nivel 1 de Protección (Fuga): Tubos de descarga de gas (GDT) o chispas, para descargar corrientes de rayos.

● Nivel 2 de Protección (Aclaramiento): Los VDR reducen el voltaje residual a menos de 1kV.

● Nivel 3 de Protección (Protección Precisa): Los diodos TVS ajustan aún más el voltaje a un nivel seguro para chips sensibles (por ejemplo, 24V).

● Diseño Típico: GDT (Nivel 1) → MOV (Nivel 2) → TVS (Nivel 3).

gestión Térmica y Reducción de Potencia 3.3

● Reducción a Alta Temperatura: La capacidad de corriente de los MOV disminuye aproximadamente un 20% por cada aumento de 25°C en la temperatura ambiente.

● MOV en Paralelo: Para aplicaciones de alta energía, conecte en paralelo múltiples MOV con parámetros emparejados (por ejemplo, desviación de Vn ≤5%).

4. Escenarios de Aplicación Típicos y Recomendaciones de Modelos

4.1 Electrodomésticos (220V AC)

● Requisito: Supresión de sobretensiones para sobrecargas en la red (por ejemplo, inicio/parada del aire acondicionado).

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

4.2 Inversores Fotovoltaicos (CC 1000V)

● Requisito: Protección contra rayos en el lado del panel fotovoltaico, soporta alta tensión.

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

4.3 Electrónica Automotriz (Sistemas de 12V/24V)

● Requisito: Supresión de sobretensiones para descarga de carga hasta 60V.

● Selección: Tipo SMD V14H360 (Vn = 36V, IP = 200A).

5. Problemas Comunes y Soluciones

5.1 Corriente de Fuga Excesiva en MOV

● Causa: Envejecimiento o sobre-tensión sostenida, degradando los bordes de grano.

● Solución: Reemplace regularmente los MOV o use diodos TVS para compartir el estrés de voltaje.

5.2 Voltaje Residual Alto Dañando Circuito Posterior

● Causa: Selección incorrecta de MOV (por ejemplo, Vn demasiado alto) o diseño inadecuado.

● Solución: Reducir Vn o agregar un TVS para clamping secundario.

5.3 MOV Fallo Frecuente

● Causa: Manejo insuficiente de corriente pico o superación de la frecuencia de sobretensión.

● Solución: Mejorar la calificación IP o implementar protección en múltiples etapas para compartir la energía.

6. Normas Industriales y Certificaciones

● Certificaciones de Seguridad: UL1449 (Dispositivos de Protección contra Sobretensiones), IEC 61000-4-5 (Prueba de Inmunidad a Sobretensiones).

● Electrónica Automotriz: AEC-Q200 (Certificación de Fiabilidad), rendimiento en el rango de temperatura de –40°C a 150°C.

● Equipos de Telecomunicaciones: GR-1089-CORE (Requisitos de Protección contra Rayos y ESD).

● Resumen: El MOV se ha convertido en un dispositivo clave para la protección contra sobretensiones debido a su alta rentabilidad y gran capacidad de corriente, pero debe seleccionarse con precisión según el escenario de aplicación y combinarse con un diseño de protección multinivel y disipación de calor para lograr una protección confiable. En el diseño real, se recomienda verificar la efectividad de la solución mediante pruebas de sobretensión (como 8/20μs, 10/700μs).