О подборе защитных варисторов

Приведенная на сайте и в данной статье информация субъективна,  не является исчерпывающей и не претендует на полноту.

Варисторы, терморезисторы, защитные конденсаторы (X и Y), предохранители и разрядники (gas discharge tube, GDT) являются электронными элементами, которые позволяют улучшить защиту питающего ввода радиоэлектронных устройств от перенапряжений и бросков тока.

Варисторы защищают устройства от всплесков напряжения и включаются параллельно вводу питающего напряжения/защищаемому устройству.

Пример включения защитных элементов на питающем вводе радиоэлектронного устройства:

Варисторы могут использоваться не только для защиты блоков питания, но и других устройств (особо ценных электронных элементов):

При выборе варистора для каждого конкретного устройства следует ориентироваться на его технические характеристики, среди которых наиболее важными являются:

• напряжение срабатывания (Clamping voltage) – вольтаж, при котором варистор начинает проводить ток (срабатывает защита);
• время срабатывания (перехода в состояние проводимости);
• энергия, которую может поглотить варистор (значение Wtm в даташите);
• максимальное напряжение, которое может выдержать варистор (VRRM);
• пиковый ток (peak current);
• ток утечки;
• диапазон рабочих температур.

Типовая вольт-амперная характеристика (ВАХ) метал-оксидного варистора:

При использовании варисторов для защиты входа устройств от возможных всплесков вольтажа следует учитывать возможные отклонения питающей сети от номинала (важно учитывать возможное отклонение в большую сторону).

Для цепи с номинальным напряжением 230 вольт допустимым является превышение значения Urms до плюс 10-20% (до 253-276V).

В сети синусоидального переменного тока помимо номинального напряжения (RMS Voltage) следует учитывать действующее (амплитудное) значение (DC Voltage). Амплитудное значение больше в 1.414 раз (точнее в √2 раз), то есть реальный вольтаж в сети переменного тока может достигать 357-398 вольт.

На практике нужно подобрать варистор с наиболее близким к этим цифрам значением (с немного большим допуском).

При подборе детали согласно максимального пикового тока следует ориентироваться на защищаемый варистором блок/деталь.

Алгоритм подбора варистора для конкретной электрической схемы:

В импульсных блоках питания после варисторов обычно подключается диодный выпрямительный мост. Именно максимально допустимый пиковый ток этого каскада следует учитывать при подборе варистора. Максимальный поглощаемый варистором ток в защищаемой цепи должен быть не более половины заявленного производителем пикового значения. В противном случае он быстро потеряет защитные свойства и выйдет из строя. Варисторы стареют, поэтому лучше их ставить с запасом (большего диаметра).

Чем больше размер варистора, тем лучше его токовые характеристики:

Большие по размеру варисторы обеспечивают лучшие переходные характеристики в случае превышения питающего напряжения, что улучшает качество защиты:

Чтобы улучшить ВАХ конкретной схемы можно использовать параллельное включение варисторов:

На практике для подбора типа варистора можно воспользоваться приведенной ниже диаграммой:

Таблица с данными для подбора типа варисторов согласно вольтажу, пиковому току и поглощаемой энергии (в джоулях, J):

Согласно этой таблице для DC сети c RMS напряжением с пиками до 250-275 вольт хорошо подходят UltraMOV (Metal Oxide Varistors) варисторы:

Устройство метал-оксидного варистора:

Расшифровка маркировки распространенных UltraMOV варисторов:

Обычно UltraMOV варисторы выпускаются в круглом корпусе диаметром 5, 7, 10, 14 или 20 мм.

Чем больше диаметр варистора, тем больше его пиковый ток и большую энергию он может поглотить (лучше его защитные свойства). Это увеличивает общую надежность устройства и уменшает потери на паразитную утечку.

Переходные процессы в метал-оксидном варисторе во время переключения:

На практике отличным выбором для защиты многих устройств являются варисторы V300LA20A либо CNR-14D471K.

Варистор V300LA20A диаметром 14 мм, подходящий для защиты маломощных устройств от скачков входного переменного напряжения (Vdc=405V, Wtm=77J, пиковый ток 4.5 kA, напряжение срабатывания 517 V):

Метал-оксидный варистор CNR-14D471K, подходящий для защиты маломощных устройств от скачков входного переменного напряжения (Vdc=405V, Wtm=77J, пиковый ток 4.5 kA):