Dasar-dasar MOV Varistor: Panduan Lengkap

‌ MOV (Metal Oxide Varistor) adalah salah satu perangkat perlindungan overvoltage yang paling banyak digunakan. Bahan intinya adalah semikonduktor polikristalin yang dibakar dari oksida seng (ZnO) dan aditif. Berikut adalah analisis sistematis dari prinsip, parameter, pemilihan hingga aplikasi:

1. Karakteristik Utama MOV

1.1 Karakteristik Volt-Ampere Nonlinear

● Wilayah Rendah Tegangan: Ketika tegangan di bawah ambang batas, MOV tetap berada dalam keadaan hambatan tinggi (arus kebocoran berada pada rentang mikroampere).

● Wilayah Pemutusan: Setelah tegangan melebihi ambang batas (tegangan nominal Vn), hambatan turun secara tajam, memungkinkan arus besar untuk dikeluarkan, mencapai pemencetan tegangan.

● Tegangan Pemencetan (Vc): Biasanya 1,5 hingga 2 kali tegangan nominal, memastikan tetap berada di bawah peringkat tegangan komponen yang dilindungi.

1.2 Bahan dan Struktur

● Basis Oksida Seng: Butiran ZnO dan batas butir membentuk penghalang seperti "PN junction", memberikan respons cepat (pada tingkat nanodetik).

● Struktur Multilapis: Tubuh keramik padat yang terbentuk melalui penyinteran, mengaitkan kapasitas arus dengan volume. Sebagai contoh, seri 14D dengan diameter 14mm dapat menahan arus hingga 10kA.

2. Parameter Utama dan Pemilihan MOV

2.1 Tegangan Nominal (Vn)

Definisi: Tegangan pada arus DC 1mA (contohnya, 470V).

rumus Pemilihan 2.2:

● Sistem AC: Vn ≥ 1.2–1.5 × tegangan suplai RMS (contohnya, 220V AC memilih 470V).

● Sistem DC: Vn ≥ 1.5 × tegangan operasi berkelanjutan maksimum.

● Kesalahpahaman: Tegangan nominal bukanlah "tegangan pemicu"; tegangan nyala sebenarnya bisa lebih tinggi (lihat kurva V-I).

2.3 Arus Puncak (IP)

Definisi: Arus puncak untuk gelombang surge standar 8/20μs (contoh, 10kA).

Tingkat Aplikasi:

2.4 Penanganan Energi (Joule)

● Rumus: E = Vc × IP × t (dengan t adalah lebar pulsa, biasanya 20μs pada 8/20μs).

● Contoh: Dengan Vc = 800V dan IP = 10kA, energinya adalah 160J. Pastikan energi terating MOV lebih besar dari energi lonjakan aktual.

2.5 Mode Kegagalan dan Umur

● Kegagalan Penuaan: Setelah beberapa lonjakan, arus bocor meningkat, dan akhirnya, MOV mungkin mengalami hubungan pendek.

● Desain Keamanan: Gunakan fuse suhu (TF) atau MOV dengan mekanisme pemutusan termal (misalnya, seri TNR) untuk mencegah kebakaran yang disebabkan oleh hubungan pendek.

3. Pertimbangan Desain Aplikasi MOV

3.1 Tata Letak Sirkuit

● Pemasangan Dekat: Tempatkan MOV dekat dengan ujung yang dilindungi (misalnya, inlet daya) untuk memperpendek jalur lonjakan.

● Kabel Rendah-Induktansi: Hindari jejak panjang yang menambah induktansi parasit, yang dapat meningkatkan tegangan residu.

● Decoupling Paralel: Saat digunakan bersama tabung pelepasan gas (GDT), diperlukan resistor seri atau induktor untuk mencegah GDT melanjutkan arus dan menyebabkan MOV terbakar.

3.2 Desain Perlindungan Multi-Tingkat

● Tingkat 1 Perlindungan (Kebocoran): Tabung Pelepasan Gas (GDT) atau celah kilat, untuk melepaskan arus petir.

● Perlindungan Tingkat 2 (Penguncian): MOVs mengurangi tegangan sisa ke bawah 1kV.

● Perlindungan Tingkat 3 (Perlindungan Presisi): Dioda TVS membatasi tegangan ke level yang aman untuk chip sensitif (misalnya, 24V).

● Desain Tipikal: GDT (Tingkat 1) → MOV (Tingkat 2) → TVS (Tingkat 3).

3.3 Manajemen Termal dan Derating

● Derating Suhu Tinggi: Kapasitas arus MOVs berkurang sekitar 20% untuk setiap kenaikan suhu lingkungan 25°C.

● MOV Paralel: Untuk aplikasi berenergi tinggi, gunakan beberapa MOV paralel dengan parameter yang cocok (misalnya, deviasi Vn ≤5%).

4. Skenario Aplikasi Tipikal dan Rekomendasi Model

4.1 Perangkat Rumah Tangga (220V AC)

● Persyaratan: Penekanan lonjakan untuk lonjakan jaringan (misalnya, saat mesin pendingin udara dinyalakan/mati).

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

4.2 Inverter Fotovoltaik (DC 1000V)

● Persyaratan: Pelindung petir di sisi panel fotovoltaik, tahan tekanan tinggi.

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

4.3 Elektronik Otomotif (Sistem 12V/24V)

● Persyaratan: Pengurangan lonjakan untuk beban dump hingga 60V.

● Pemilihan: Tipe SMD V14H360 (Vn = 36V, IP = 200A).

5. Masalah Umum dan Penyelesaian

5.1 Arus Bocor Berlebihan pada MOV

● Penyebab: Penuaan atau tegangan berlebih yang berkelanjutan, merusak batas butir.

● Solusi: Ganti MOV secara teratur atau gunakan dioda TVS untuk membagi stres tegangan.

5.2 Kerusakan Tegangan Residual Tinggi Setelah Sirkuit

● Penyebab: Pemilihan MOV yang salah (misalnya, Vn terlalu tinggi) atau tata letak yang tidak tepat.

● Solusi: Kurangi Vn atau tambahkan TVS untuk pemampatan sekunder.

5.3 Kegagalan MOV yang Sering Terjadi

● Penyebab: Kapasitas arus puncak yang tidak cukup atau frekuensi lonjakan yang melebihi batas.

● Solusi: Tingkatkan peringkat IP atau implementasikan perlindungan multistage untuk berbagi energi.

6. Standar Industri dan Sertifikasi

● Sertifikasi Keamanan: UL1449 (Perangkat Perlindungan Surge), IEC 61000-4-5 (Uji Kebal Surge).

● Elektronik Otomotif: AEC-Q200 (Sertifikasi Keandalan), kinerja dalam rentang suhu –40°C hingga 150°C.

● Perangkat Telekomunikasi: GR-1089-CORE (Persyaratan Perlindungan Petir dan ESD).

● Ringkasan: MOV telah menjadi perangkat inti untuk perlindungan overvoltage karena tingginya biaya-efektivitas dan kapasitas arus besar, tetapi perlu dipilih dengan tepat sesuai dengan skenario aplikasi dan dikombinasikan dengan perlindungan multilevel serta desain penyebaran panas untuk mencapai perlindungan yang andal. Dalam desain sebenarnya, disarankan untuk memverifikasi efektivitas solusi melalui pengujian gelombang (seperti 8/20μs, 10/700μs).