Основи MOV Варістора: Повний Гід

‌ Захисний пристрій MOV (Metal Oxide Varistor) є одним із найширокше використовуваних пристроїв захисту від перенапруження. Його основний матеріал — полікристалічний напівпровідник, спекений з оксиду цинку (ZnO) і додатків. Наведено систематичний аналіз від принципу, параметрів, вибору до застосування:

1. Основні характеристики MOV

1.1 Нелінійні вольт-амперні характеристики

● Регіон низьких напруг: Коли напруга нижча за порогову, MOV залишається у стані високого опору (протікання струму знаходиться у діапазоні мікроампер).

● Регіон пробиття: Якщо напруга перевищує порогову (номінальну напругу Vn), опір різко зменшується, що дозволяє величезному струмові вивантажуватися, досягаючи обмеження напруги.

● Обмежувальна напруга (Vc): Зазвичай становить 1.5 до 2 разів більше номінальної напруги, забезпечуючи її підтримку нижче вимірної напруги захищених компонентів.

1.2 Матеріали та структура

● Оксидний основа цинку: зерна ZnO та межі зерен утворюють бар'єр, схожий на "PN-з'єднання", забезпечуючи швидку реакцію (на рівні наносекунд).

● Багатошарова структура: густе керамічне тіло, утворене за допомогою спекання, пов'язує потужність пропускання струму з об'ємом. Наприклад, серія 14D з діаметром 14 мм може витримувати пікові струми до 10кА.

2. Ключові параметри та вибір MOV

2.1 Номінальне напруга (Vn)

Визначення: Напруга при току 1 мА прямої струму (наприклад, 470В).

2.2 Формула вибору:

● Система Змінного струму: Vn ≥ 1.2–1.5 × напруга хвилястого струму (наприклад, для 220В ЗС вибирають 470В).

● Система Постійного струму: Vn ≥ 1.5 × максимальна неперервна операційна напруга.

● Заблуждення: Номінальна напруга не є "викликовою напругою"; фактична напруга увімкнення може бути вище (дивіться криву V-I).

2.3 Піковий струм (IP)

Визначення: Піковий струм для стандартної хвильової форми імпульсу (8/20μs) (наприклад, 10кА).

Рівень застосування:

2.4 Обробка енергії (Джоуль)

● Формула: E = Vc × IP × t (де t — ширина імпульсу, звичайно 20μs при 8/20μs).

● Приклад: При Vc = 800В та IP = 10кА, енергія становить 160Дж. Переконайтеся, що номінальна енергія MOV перевищує фактичну енергію випадкового підвищення.

2.5 Режими відмови та тривалість життя

● Відмова через старіння: Після кількох перепадів напруги збільшується ток утечок, і остаточно МОВ може коротше замкнутися.

● Безпечний дизайн: Використовуйте температурні плавки (TF) або МОВ з термічними механізмами вимкнення (наприклад, серія TNR), щоб запобігти вогню, спричиненому коротким замиканням.

3. Розглядаючи фактори при проектуванні застосування МОВ

3.1 Компонування схеми

● Близька установка: Розміщуйте ВОЗ ( MOV) близько до захищеного кінця (наприклад, електропостача) для скорочення шляхів пульсацій.

● Проводка з низькою індукцією: Уникайте довгих трас, що додають паразитну індукцію, що може збільшувати залишкове напругу.

● Паралельне від'ємкування: Коли використовується разом із газовою розрядною трубкою (GDT), необхідний серійний резистор або індуктор, щоб запобігти продовженню току GDT і призводить до перегріву ВОЗ.

3.2 Багатослівний проект захисту

● Перший рівень захисту (утікання): Газові розрядні трубки (GDT) або іскрові промени, щоб утикати молнивої струму.

● Защита рівня 2 (Обмеження): ВАП зменшують залишкове напругу до рівня нижче 1кВ.

● Защита рівня 3 (Точна защита): діоди TVS ще більше обмежують напругу до безпечного рівня для чутливих чипів (наприклад, 24В).

● Типовий дизайн: ГДТ (Рівень 1) → ВАП (Рівень 2) → TVS (Рівень 3).

3.3 Термічне управління та зниження номіналу

● Зниження номіналу при високих температурах: здатність ВАП нести струм зменшується на близько 20% при кожному підвищенні температури середовища на 25°C.

● Паралельні MOV: Для високоенергетичних застосунків, паралельно підключуйте кілька MOV з відповідними параметрами (наприклад, відхилення Vn ≤5%).

4. Типові сценарії застосування та рекомендації щодо моделей

4.1 Бутафорська техніка (220В AC)

● Вимоги: Підтримка гасіння імпульсів для спадкувань у мережі (наприклад, запуск/зупинка кондиціонера).

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

4.2 Фотоелектричні інвертори (DC 1000V)

● Вимога: Захист від молни на боку фотоелектричних панелей, витримує високе напругу.

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

4.3 Автомобільна електроніка (12V/24V системи)

● Вимога: Підтиск хвиля для завантаження до 60V.

● Вибір: тип SMD V14H360 (Vn = 36V, IP = 200A).

5. Загальні проблеми та рішення

5.1 Завелика течь потоку в MOV

● Причина: Старіння або тривале перенапруження напругою, що знижує якість границь частинок.

● Рішення: Регулярно замінюйте MOV або використовуйте діоди TVS для поділу напруги.

5.2 Висока залишкова напруга, що пошкоджує після цирку

● Причина: Неправильний вибір MOV (наприклад, надмірно висока Vn) або неправильна компонування.

● Рішення: Зменшити Vn або додати TVS для вторинного обмеження.

5.3 Часті викиди MOV

● Причина: Недостатньої здатності до обробки пікового струму або перевищення частоти сургових імпульсів.

● Рішення: Повысити рейтинг IP або реалізувати багатоетапну захисту для спільного використання енергії.

6. Промислові стандарти та сертифікація

● Сертифікація безпеки: UL1449 (Прилади захисту від пікових напруг), IEC 61000-4-5 (Тест стійкості до пікових напруг).

● Автомобільна електроніка: AEC-Q200 (Сертифікація надійності), перформанс у діапазоні температур від –40°C до 150°C.

● Телекомунікаційне обладнання: GR-1089-CORE (Вимоги захисту від молний та ЕСД).

● Коротко: ВДП стала ключовим пристроєм для захисту від перенапруги завдяки своєму високому економічному ефекту та великій потужності струму, але її необхідно точно вибирати згідно з призначенням та поєднувати із багатослійковою захистною системою та дизайном відведення тепла для досягнення надійного захисту. У реальному проектуванні рекомендується перевіряти ефективність рішення через тестування сургових хвиль (наприклад, 8/20μs, 10/700μs).