Asas Varistor MOV: Panduan Komprehensif

‌ MOV (Metal Oxide Varistor) adalah salah satu peranti pelindung kelebihan voltan yang paling meluas digunakan. Bahan intinya terdiri daripada semiconductor polikristal yang disinter daripada oksida zink (ZnO) dan tambahan. Berikut adalah analisis sistematik dari prinsip, parameter, pemilihan hingga aplikasi:

1. Ciri-ciri Inti MOV

1.1 Ciri Volt-Ampere Tak Linear

● Kawasan Voltan Rendah: Apabila voltan di bawah ambang, MOV kekal dalam keadaan rintangan tinggi (arus kebocoran berada dalam julat mikroampere).

● Kawasan Pemecahan: Setelah voltan melebihi ambang (voltan nominal Vn), rintangan jatuh secara tajam, membenarkan arus besar untuk dikeluarkan, mencapai pengekalan voltan.

● Voltan Penjepit (Vc): Biasanya 1.5 hingga 2 kali voltan nominal, memastikan ia tetap di bawah nilai voltan komponen yang dilindungi.

1.2 Bahan dan Struktur

● Asas Oksida Timah: Butiran dan sempadan butiran ZnO membentuk halangan seperti "sambungan PN", memberikan tanggapan pantas ( pada tahap nanosecond).

● Struktur Berlapis: Badan keramik yang rapat, terbentuk melalui proses sintering, mengaitkan keupayaan penghantaran arus dengan isipadu. Sebagai contoh, siri 14D dengan diameter 14mm boleh menahan arus lonjakan sehingga 10kA.

2. Parameter Utama dan Pemilihan MOV

2.1 Voltan Nominatif (Vn)

Takrif: Voltan pada arus DC 1mA (contohnya, 470V).

2.2 Formula Pemilihan:

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

● Sistem DC: Vn ≥ 1.5 × voltan operasi berterusan maksimum.

● Penafian: Voltan nominal bukanlah "voltan pemicu"; voltan penyalaan sebenar mungkin lebih tinggi (rujuk kepada lengkung V-I).

2.3 Arus Puncak (IP)

Takrifan: Arus puncak untuk gelombang lonjakan piawai 8/20μs (contohnya, 10kA).

Tahap Pemakaian:

2.4 Penanganan Energi (Joule)

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

● Contoh: Dengan Vc = 800V dan IP = 10kA, tenaga adalah 160J. Pastikan tenaga berperingkat MOV melebihi tenaga lonjakan sebenar.

2.5 Mod Kegagalan dan Tempoh Hidup

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

● Reka Bentuk Keselamatan: Gunakan pendum kerosakan (TF) atau MOV dengan mekanisme perjalanan terma (contohnya, siri TNR) untuk mengelakkan kebakaran yang disebabkan oleh pendek paduan.

3. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi MOV

3.1 Susunan Litar

● Pemasangan Dekat: Letakkan MOV dekat dengan hujung yang dilindungi (contohnya, masukan kuasa) untuk memendekkan laluan lonjakan.

● Penyulitan Rendah-Induktans: Elakkan jejak panjang yang menambah induktans parasitik, yang boleh meningkatkan voltan sisa.

● Penyahkaitan Selari: Apabila digunakan dengan paip pelepasan gas (GDT), rintangan siri atau induktor diperlukan untuk mengelakkan GDT dari meneruskan arus dan menyebabkan MOV terbakar habis.

3.2 Reka Bentuk Pelindungan Berperingkat

● Peringkat 1 Pelindungan (Kebocoran): Paip Pelepasan Gas (GDT) atau jurang percikan, untuk membuang arus petir.

● Peringkat 2 Pelindungan (Pengekalan): MOVs mengurangkan voltan sisa kepada di bawah 1kV.

● Penjagaan Tahap 3 (Penjagaan Tepat): Dioda TVS membatas semula voltan kepada tahap yang selamat untuk cip peka (contohnya, 24V).

● Reka Bentuk Tipikal: GDT (Tahap 1) → MOV (Tahap 2) → TVS (Tahap 3).

3.3 Pengurusan Haba dan Penilai Semula

● Penilaian Semula Suhu Tinggi: Kekuatan arus MOVs berkurang kira-kira 20% bagi setiap peningkatan suhu sekeliling 25°C.

● MOV Selari: Bagi aplikasi tenaga tinggi, selaraskan beberapa MOV dengan parameter yang serasi (contohnya, sisihan Vn ≤5%).

4. Senario Aplikasi Tipikal dan Cadangan Model

4.1 Peralatan Rumah Tangga (220V AC)

● Kebutuhan: Pengurangan lonjakan bagi lonjakan grid (contohnya, hidup/mati penyejuk udara).

● Pilihan: 14D471K (Vn = 470V, IP = 6.5kA), pilihan SMD: S14K275.

4.2 Inverter Fotovoltan (DC 1000V)

● Kebutuhan: Penyelenggaraan pelindung kilat pada pihak panel fotovoltaik, boleh menahan voltan tinggi.

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

4.3 Elektronik Kenderaan (Sistem 12V/24V)

● Kebutuhan: Pengurangan lonjakan untuk membuang beban hingga 60V.

● Pilihan: Jenis SMD V14H360 (Vn = 36V, IP = 200A).

5. Isu Biasa dan Penyelesaian

5.1 Kebocoran Terlalu Tinggi dalam MOV

● Sebab: Penuaan atau kelebihan voltan yang berterusan, merosakkan sempadan bijian.

● Penyelesaian: Gantikan MOV secara rutin atau gunakan diod TVS untuk berkongsi tekanan voltan.

5.2 Voltan Baki Tinggi Merosakkan Litar Selepas

● Sebab: Pemilihan MOV tidak tepat (contohnya, Vn terlalu tinggi) atau tata letak tidak sesuai.

● Penyelesaian: Kurangkan Vn atau tambahkan TVS untuk pengekalan sekunder.

5.3 Kegagalan Berkala MOV

● Sebab: Tidak mencukupi menangani arus puncak atau melampau frekuensi lonjakan.

● Penyelesaian: Naikkan penilaian IP atau laksanakan pelindungan berperingkat untuk berkongsi tenaga.

6. Piawai Industri dan Sijil

● Sijil Keselamatan: UL1449 (Peranti Pelindung Gelombang), IEC 61000-4-5 (Ujian Kebal Gelombang).

● Elektronik Kenderaan: AEC-Q200 (Sijil Kebolehpercayaan), prestasi dalam julat suhu –40°C hingga 150°C.

● Peralatan Telekomunikasi: GR-1089-CORE (Kebutuhan Perlindungan Petir dan ESD).

‌● Ringkasan‌: MOV telah menjadi peranti inti untuk pelindungan kelebihan voltan disebabkan oleh kos yang efektif dan kapasiti arus yang besar, tetapi ia perlu dipilih dengan tepat mengikut senario aplikasi dan digabungkan dengan pelindungan berperingkat banyak dan reka bentuk penyerapan haba untuk mencapai perlindungan yang boleh dipercayai. Dalam reka bentuk sebenar, disyorkan untuk memuktamadkan keberkesanan penyelesaian melalui ujian gelombang (seperti 8/20μs, 10/700μs).