MOV (Metal Oxide Varistor) là một trong những thiết bị bảo vệ quá điện áp được sử dụng rộng rãi nhất. Vật liệu cốt lõi của nó là bán dẫn đa tinh thể được nung kết từ oxit kẽm (ZnO) và các chất phụ gia. Dưới đây là phân tích có hệ thống từ...
MOV (Varistor Oxit Kim Loại) là một trong những thiết bị bảo vệ quá điện áp được sử dụng rộng rãi nhất. Vật liệu lõi của nó là chất bán dẫn đa tinh thể được nén từ oxit kẽm (ZnO) và các chất phụ gia. Dưới đây là phân tích có hệ thống từ nguyên lý, thông số, lựa chọn đến ứng dụng:
1. Đặc điểm cốt lõi của MOV
1.1 Đặc tính Vol-Amp không tuyến tính
● Khu vực điện áp thấp: Khi điện áp dưới ngưỡng, MOV duy trì ở trạng thái điện trở cao (dòng rò rỉ ở mức microamp).
● Khu vực phá thế: Khi điện áp vượt quá ngưỡng (điện áp danh định Vn), điện trở giảm mạnh, cho phép dòng điện lớn xả ra, đạt được việc kẹp điện áp.
● Điện áp kẹp (Vc): Thông thường là 1.5 đến 2 lần điện áp danh định, đảm bảo nó luôn dưới điện áp định mức của các thành phần được bảo vệ.
1.2 Vật liệu và Cấu trúc
● Cơ sở Oxide Kẽm: Các hạt ZnO và ranh giới hạt tạo thành rào cản kiểu "PN junction", cung cấp khả năng phản hồi nhanh (tại mức nanogây).
● Cấu trúc Nhiều Lớp: Thân gốm dày được tạo thành thông qua quá trình nén, liên quan đến khả năng dẫn điện với thể tích. Ví dụ, dòng 14D có đường kính 14mm có thể chịu được dòng xung lên đến 10kA.
2. Các Tham Số Chính và Cách Chọn MOV
2.1 Điện Áp Danh Nghĩa (Vn)
Định nghĩa: Điện áp tại dòng điện 1mA DC (ví dụ: 470V).
công thức chọn 2.2:
● Hệ thống AC: Vn ≥ 1.2–1.5 × điện áp RMS nguồn cung cấp (ví dụ, 220V AC chọn 470V).
● Hệ thống DC: Vn ≥ 1.5 × điện áp hoạt động liên tục tối đa.
● Hiểu lầm: Điện áp danh định không phải là "điện áp kích hoạt"; điện áp bật thực tế có thể cao hơn (xem đường cong V-I).
dòng điện đỉnh (IP) 2.3
Định nghĩa: Dòng điện đỉnh cho sóng xung chuẩn 8/20μs (ví dụ: 10kA).
Mức độ ứng dụng:
|
Cảnh ứng dụng |
Giá trị IP được khuyến nghị |
Ví dụ về bao bì |
|
Điện tử tiêu dùng |
3~5kA |
SMD 0805\/1206 |
|
Nguồn điện công nghiệp |
10~20kA |
Cắm trực tiếp 14D\/20D |
|
Chống sét ngoài trời |
≥40kA |
Kích thước lớn (34D, v.v.) |
2.4 Khả năng xử lý năng lượng (Joule)
● Công thức: E = Vc × IP × t (trong đó t là độ rộng xung, thường là 20μs tại 8/20μs).
● Ví dụ: Với Vc = 800V và IP = 10kA, năng lượng là 160J. Đảm bảo rằng năng lượng định mức của MOV vượt quá năng lượng xung điện thực tế.
2.5 Các Chế Độ Sự Cố Và Tuổi Thọ
● Sự Cố Lão Hóa: Sau nhiều lần xung điện, dòng rò tăng lên và cuối cùng, MOV có thể bị chập mạch.
● Thiết Kế An Toàn: Sử dụng cầu chì nhiệt (TF) hoặc MOV có cơ chế ngắt nhiệt (ví dụ, loạt TNR) để ngăn ngừa cháy nổ do chập mạch.
3. Xem Xét Thiết Kế Ứng Dụng MOV
3.1 Bố Trí Mạch
● Lắp đặt gần: Đặt MOV gần đầu được bảo vệ (ví dụ, nguồn vào) để rút ngắn đường dẫn xung.
● Dây điện có độ tự cảm thấp: Tránh các đường dẫn dài làm tăng độ tự cảm ký sinh, điều này có thể làm tăng điện áp dư.
● Tách song song: Khi sử dụng cùng với ống phóng khí (GDT), cần có điện trở nối tiếp hoặc cuộn cảm để ngăn GDT tiếp tục dòng điện và gây cháy MOV.
3.2 Thiết kế Bảo vệ Nhiều Cấp
● Cấp 1 Bảo vệ (Rò rỉ): Ống phóng khí (GDT) hoặc khe hở phóng điện, để xả dòng điện sét.
● Bảo vệ Cấp độ 2 (Hạn chế điện áp): MOVs giảm điện áp dư xuống dưới 1kV.
● Bảo vệ Cấp độ 3 (Bảo vệ Chính Xác): Điốt TVS tiếp tục hạn chế điện áp xuống mức an toàn cho các chip nhạy cảm (ví dụ: 24V).
● Thiết kế Tiêu Chuẩn: GDT (Cấp độ 1) → MOV (Cấp độ 2) → TVS (Cấp độ 3).
3.3 Quản Lý Nhiệt và Giảm Công Suất
● Giảm Công Suất ở Nhiệt Độ Cao: Khả năng dẫn dòng của MOVs giảm khoảng 20% cho mỗi lần tăng 25°C nhiệt độ môi trường.
● MOV song song: Đối với ứng dụng năng lượng cao, sử dụng song song nhiều MOV với các thông số phù hợp (ví dụ, độ lệch Vn ≤5%).
4. Tình huống Ứng dụng Tiêu biểu và Đề xuất Mẫu
4.1 Thiết bị Gia dụng (220V AC)
● Yêu cầu: Dịu sóng điện lưới (ví dụ, khi máy điều hòa bật/tắt).
● Lựa chọn: 14D471K (Vn = 470V, IP = 6.5kA), tùy chọn SMD: S14K275.
4.2 Bộ biến tần quang điện (DC 1000V)
● Yêu cầu: Bảo vệ sét trên phía bảng quang điện, chịu được điện áp cao.
● Lựa chọn: 34D102K (Vn = 1000V, IP = 40kA).
4.3 Điện tử ô tô (Hệ thống 12V/24V)
● Yêu cầu: Áp suất xung giảm cho tải đổ xuống đến 60V.
● Lựa chọn: Loại SMD V14H360 (Vn = 36V, IP = 200A).
5. Các vấn đề phổ biến và cách giải quyết
5.1 Dòng rò rỉ quá mức ở MOV
● Nguyên nhân: Lão hóa hoặc điện áp vượt quá liên tục, làm suy giảm biên giới hạt.
● Giải pháp: Thường xuyên thay thế MOV hoặc sử dụng điốt TVS để chia sẻ stress điện áp.
5.2 Điện áp dư cao gây hư hại mạch hậu
● Nguyên nhân: Chọn MOV không đúng (ví dụ, Vn quá cao) hoặc bố trí không hợp lý.
● Giải pháp: Giảm Vn hoặc thêm TVS cho việc kẹp thứ cấp.
5.3 MOV thường xuyên bị hỏng
● Nguyên nhân: Không đủ khả năng xử lý dòng điện đỉnh hoặc tần suất xung vượt quá.
● Giải pháp: Nâng cấp xếp hạng IP hoặc thực hiện bảo vệ đa giai đoạn để chia sẻ năng lượng.
6. Tiêu chuẩn và Chứng nhận Ngành
● Chứng nhận An toàn: UL1449 (Thiết bị Bảo vệ Đột biến Điện áp), IEC 61000-4-5 (Kiểm tra Miễn dịch Đột biến).
● Điện tử Ô tô: AEC-Q200 (Chứng nhận Độ tin cậy), hiệu suất trong phạm vi nhiệt độ từ –40°C đến 150°C.
● Thiết bị Viễn thông: GR-1089-CORE (Yêu cầu Bảo vệ Sét và ESD).
● Tóm tắt: MOV đã trở thành thiết bị cốt lõi cho bảo vệ quá điện áp nhờ vào hiệu quả kinh tế cao và khả năng chịu dòng lớn, nhưng cần được chọn lựa chính xác dựa trên tình huống ứng dụng và kết hợp với bảo vệ đa cấp cùng thiết kế tản nhiệt để đạt được bảo vệ đáng tin cậy. Trong thiết kế thực tế, nên kiểm chứng hiệu quả của giải pháp thông qua thử nghiệm xung (chẳng hạn như 8/20μs, 10/700μs).
EN
