Noções Básicas de MOV Varistor: Um Guia Completo

‌ MOV (Varistor de Óxido Metálico) é um dos dispositivos de proteção contra sobre-tensão mais amplamente utilizados. Seu material principal é um semicondutor policristalino sinterizado de óxido de zinco (ZnO) e aditivos. A seguir está uma análise sistemática desde o princípio, parâmetros, seleção até aplicação:

1. Características Principais do MOV

1.1 Características Não-Lineares de Voltagem-Intensidade

● Região de Baixa Tensão: Quando a tensão está abaixo do limiar, o MOV permanece em um estado de alta resistência (a corrente de fuga está na faixa de microampères).

● Região de Ruptura: Assim que a tensão excede o limiar (tensão nominal Vn), a resistência cai abruptamente, permitindo que uma grande corrente seja descarregada, alcançando o bloqueio de tensão.

● Tensão de Bloqueio (Vc): Normalmente 1,5 a 2 vezes a tensão nominal, garantindo que ela permaneça abaixo da tensão nominal dos componentes protegidos.

1.2 Materiais e Estrutura

● Base de Óxido de Zinco: Grãos de ZnO e limites de grãos formam uma barreira "semelhante a uma junção PN", proporcionando uma resposta rápida (no nível de nanossegundos).

● Estrutura Multicamada: O corpo cerâmico denso, formado através de sinterização, correlaciona a capacidade de condução de corrente com o volume. Por exemplo, a série 14D com diâmetro de 14mm pode suportar correntes de surto até 10kA.

2. Parâmetros Principais e Seleção do MOV

2.1 Tensão Nominal (Vn)

Definição: A tensão em uma corrente de 1mA CC (por exemplo, 470V).

2.2 Fórmula de Seleção:

● Sistema AC: Vn ≥ 1,2–1,5 × tensão de alimentação RMS (por exemplo, 220V AC seleciona 470V).

● Sistema DC: Vn ≥ 1,5 × tensão contínua máxima de operação.

● Concepção errada: A tensão nominal não é a "tensão de disparo"; a tensão real de ligação pode ser maior (consulte o gráfico V-I).

2.3 Corrente Pico (IP)

Definição: A corrente pico para uma onda de surto padrão de 8/20μs (por exemplo, 10kA).

Nível de Aplicação:

2.4 Tratamento de Energia (Joule)

● Fórmula: E = Vc × IP × t (onde t é a largura do pulso, tipicamente 20μs em 8/20μs).

● Exemplo: Com Vc = 800V e IP = 10kA, a energia é de 160J. Certifique-se de que a energia nominal do MOV exceda a energia do surto real.

2.5 Modos de Falha e Vida Útil

● Falha por Envelhecimento: Após múltiplos surtos, a corrente de fuga aumenta, e eventualmente, o MOV pode entrar em curto-circuito.

● Design de Segurança: Use fusíveis térmicos (TF) ou MOVs com mecanismos de desligamento térmico (por exemplo, série TNR) para evitar incêndios causados por curto-circuito.

3. Considerações no Design de Aplicação de MOV

3.1 Layout do Circuito

● Instalação em Proximidade: Posicione os MOVs próximos à extremidade protegida (por exemplo, entrada de energia) para encurtar os caminhos de surto.

● Fiação de Baixa Indutância: Evite traços longos que adicionem indutância parasita, o que pode aumentar a tensão residual.

● Desacoplamento paralelo: Quando usado com um tubo de descarga a gás (GDT), é necessário um resistor ou indutor em série para evitar que o GDT continue a conduzir corrente e cause o aquecimento excessivo do MOV.

3.2 Design de Proteção em Múltiplos Níveis

● Nível 1 de Proteção (Vazamento): Tubos de Descarga a Gás (GDT) ou faíscas, para descarregar correntes de relâmpago.

● Nível 2 de Proteção (Limitação): Diodos MOV reduzem a tensão residual para abaixo de 1kV.

● Nível 3 de Proteção (Proteção Precisa): Diodos TVS limitam ainda mais a tensão para um nível seguro para chips sensíveis (ex.: 24V).

● Design Típico: GDT (Nível 1) → MOV (Nível 2) → TVS (Nível 3).

3.3 Gerenciamento Térmico e Degração

● Degração em Alta Temperatura: A capacidade de condução de corrente dos MOVs diminui aproximadamente 20% para cada aumento de 25°C na temperatura ambiente.

● MOVs em Paralelo: Para aplicações de alta energia, conecte vários MOVs em paralelo com parâmetros combinados (ex.: desvio de Vn ≤5%).

4. Cenários de Aplicação Típicos e Recomendações de Modelos

4.1 Eletrodomésticos (220V CA)

● Requisito: Supressão de surtos para surtos na rede (por exemplo, ligar/desligar o ar condicionado).

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

4.2 Inversores Fotovoltaicos (CC 1000V)

● Requisito: Proteção contra raios no lado do painel fotovoltaico, suporta alta tensão.

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

4.3 Eletrônica Automotiva (Sistemas de 12V/24V)

● Requisito: Supressão de surto para descarga de carga até 60V.

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

5. Problemas Comuns e Soluções

5.1 Corrente de Vazamento Excessiva no MOV

● Causa: Envelhecimento ou sobre-tensão sustentada, degradando as bordas de grão.

● Solução: Substitua regularmente os MOVs ou use diodos TVS para compartilhar o estresse de tensão.

5.2 Tensão Residual Alta Danificando Circuito Posteriores

● Causa: Seleção incorreta do MOV (ex.: Vn excessivamente alto) ou layout inadequado.

● Solução: Reduza Vn ou adicione um TVS para clamping secundário.

5.3 Falha Frequente de MOV

● Causa: Manipulação insuficiente de corrente de pico ou excedência da frequência de surto.

● Solução: Atualize a classificação IP ou implemente proteção em múltiplas etapas para compartilhar energia.

6. Normas e Certificações Industriais

● Certificações de Segurança: UL1449 (Dispositivos de Proteção contra Surto), IEC 61000-4-5 (Teste de Imunidade a Surto).

● Eletrônicos Automotivos: AEC-Q200 (Certificação de Confiabilidade), desempenho na faixa de temperatura de –40°C a 150°C.

● Equipamentos de Telecomunicações: GR-1089-CORE (Requisitos de Proteção contra Relâmpagos e ESD).

● Resumo: O MOV tornou-se um dispositivo central para proteção contra sobre-tensão devido à sua alta eficiência custo-benefício e grande capacidade de corrente, mas é necessário selecioná-lo com precisão de acordo com o cenário de aplicação e combiná-lo com design de proteção em múltiplos níveis e dissipação de calor para alcançar uma proteção confiável. Em projetos reais, recomenda-se verificar a eficácia da solução por meio de testes de surto (como 8/20μs, 10/700μs).