واریستور: مؤلفه کلیدی در محافظت مدار

مقدمه‌ای بر دیود واریستور اکسید فلزی (MOVs)

A واریستور اکسید فلزی (MOV) یک دستگاه نیمه‌رسانا غیرخطی مبتنی بر مواد اکسید فلزی، معمولاً اکسید روی (ZnO) است. این دستگاه به ولتاژ‌های بیش از حد پاسخ سریعی می‌دهد توسط انجام یک تغییر ناگهانی در مقاومت، بنابراین ولتاژ را کلmps و انرژی جریان را جذب می‌کند. هنگامی که ولتاژ اعمال شده زیر آستانه شکست باشد، MOV مقاومت بالایی در دامنه مگاهم دارد و جریان لرزه‌ای ناچیزی دارد. هنگامی که ولتاژ فراتر از آستانه شکست می‌رود، مقاومت به سرعت به سطح اهمی کاهش می‌یابد، اجازه می‌دهد MOV جریان‌های بزرگ جریان را هدایت کند و مدارهای پایین‌دست را از آسیب ولتاژ بیش از حد محافظت کند. شماره‌های قطعات MOV معمول شامل LCRR07D391K , LCRR10D561K ، و LCRR14D471K .

اصل عمل و ویژگی‌های ولتاژ-جریان

منحنی ولتاژ-جریان (V-I) یک MOV معمولاً به سه منطقه تقسیم می‌شود:

1. منطقه جریان فیلتری

که همچنین به عنوان منطقه پیش از شکسته شدن شناخته می‌شود. در این منطقه، ولتاژ روی MOV کمتر از ولتاژ فشرده‌سازی آن است. رسانایی توسط الکترون‌های برانگیخته حرارتی کنترل می‌شود و MOV مانند یک عایق با مقاومت بیشتر از 10 MΩ (Rb ≫ Rg) رفتار می‌کند. جریان در دامنه میکروآمپر قرار دارد و MOV به نظر می‌رسد مثل یک مدار باز—که این حالت عملیاتی عادی آن است.

2. منطقه شکست (عملیاتی)

همچنین به عنوان منطقه فیزگیری شناخته می‌شود. هنگامی که ولتاژ بالای سطح فیزگیری اعمال می‌شود، رسانا شدن از طریق مکانیسم تونل زنی رخ می‌دهد (Rb ≈ Rg). MOV رسانایی غیرخطی قوی بر اساس قانون توان نمایش می‌دهد: I = C × V^α
جایی که:

I جریان عبوری از MOV است

V ولتاژ روی MOV است

C یک ثابت است که بستگی به پارامترهای فرآیند دارد

α ضریب ناخطی (معمولاً بین 30 تا 50)، یک شاخص کلیدی کیفیت MOV است

در این منطقه، تغییرات کوچک در ولتاژ موجب تغییرات زیاد در جریان می‌شود، که اجازه می‌دهد MOV به طور مؤثر ولتاژ‌های اضافی را کنترل کند و انرژی مرتبط را جذب یا بازنشانی کند.

3. منطقه صعودی

هنگامی که جریان سرگرمی بیش از ~100 A/cm² شود، ویژگی‌های V-I تحت تأثیر مقاومت دانه‌های ZnO قرار می‌گیرد. MOV به طور خطی رفتار می‌کند:
من = جریان / مماندگی
در این ناحیه، MOV ممکن است شروع به تخریب شود و توانایی محافظت در برابر ولتاژ بیش از حد خود را از دست بدهد.

زمان پاسخ و پارامترهای کلیدی

زمان پاسخ معمولی یک MOV 20–25 نانوثانیه , بستگی به نوع بسته‌بندی و فناوری ماده دارد. هرچند که سریع‌تر از دیود TVS (<1 نانوثانیه)، کافی است برای سیستم‌های توان و موتور. وقتی به درستی انتخاب شوند، MOVها حفاظت عالی در برابر ولتاژ‌های ابراز موقت فراهم می‌کنند و مدارها را از آسیب جلوگیری می‌کنند.

وظایف اصلی MOVها

حفاظت از برق بالا :

ولتاژ پیک‌های ناشی از برق آسمانی، نوسانات شبکه یا عملیات جابجایی را کنترل می‌کند و از آسیب‌رسیدن قطعات حساس مثل ICها و حسگرها جلوگیری می‌کند.

سرکوب فشار :

استفاده می شود در ورودی های برق یا خطوط ارتباطی برای سرکوب موج های استاندارد 8/20 μs. ظرفیت جریان افزایش از 1 تا 10 kA بسته به قطر MOV (به عنوان مثال 7D، 10D، 14D، 20D) و فرآیند است.

از بین رفتن انرژی :

انرژی افزایش را جذب می کند و آن را از طریق هدایت داخلی مرز دانه به گرما تبدیل می کند.

حفاظت دو طرفه :

LCT ها غیر قطبی هستند و می توانند به طور متقارن به بارش های مثبت و منفی پاسخ دهند، مناسب برای حفاظت از AC/DC است.

سناریوهای کاربردی

1. سیستم های قدرت

ورودی AC : نصب شده روی خطوط L/N و PE برای محافظت در برابر بارش های آب و برق

خروجی DC : محافظت از تنظیم کننده های جریان در برابر تغییرات ناشی از تغییرات بار یا مدارکوتاه

2. دستگاه‌های الکترونیکی

تجهیزات ارتباطی : جذب نویز مشترک و نویز مود تفاضلی در RS-485، اترنت، و غیره

الکترونیک مصرفی : ادغام شده در شارژرهای لیتیوم و تبدیل کننده ها برای محافظت از باتری های لیتیوم و کنترلر های اصلی

3. سیستم‌های کنترل صنعتی

درایوهای موتوری : کاهش نوسانات ولتاژ در ورودی‌های VFD، طول عمر تجهیزات را افزایش می‌دهد

محافظت حسگر : محافظت علیه ESD و اغتشاش EMP در محیط‌های صنعتی

4. سیستم‌های انرژی جدید

سیستم های فتوولتائیک : جذب برق آسمانی در سمت DC ورتور، مطابق با UL 1449

خودروهای الکتریکی : افزایش سازگاری الکترومغناطیسی با محافظت از ایستگاه‌های شارژ و سیستم‌های مدیریت باتری

نتیجه گیری

با عملکرد قیمتی عالی خود، ظرفیت بالا برای مقابله با تندپوکی‌ها و comptibility گسترده، MOVs نقش کلیدی در محافظت از تندپوکی‌ها در الکترونیک، سیستم‌های قدرت، خودرو و بخش‌های انرژی تجدیدپذیر دارند. انتخاب MOV مناسب و ترکیب آن با دستگاه‌های دیگر مثل دیودهای TVS و لوله‌های آزادساز گاز (GDTs) , ایمنی کل سیستم نسبت به تهدیدات برق رعد و برق و ولتاژ فراوان می‌تواند به طور قابل ملاحظه افزایش یابد.