Varistor-Überblick

Varistorüberblick 

 

Um zuverlässige Operation zuzusichern, sollte vorübergehende Spannungsunterdrückung an den Anfangsstadien des Designprozesses betrachtet werden. Diese kann eine komplexe Aufgabe sein, da elektronische Bauelemente in zunehmendem Maße empfindlich sind, wegzulaufen elektrische Ausgleichströme. Der Designer muss die Arten von vorübergehenden Drohungen definieren und bestimmen, welche Anwendungen beim Entsprechen der Produktagenturnormen und -standards erforderlich sind.

Varistoren werden in zunehmendem Maße als die Front- Lösung für vorübergehenden Überspannungsschutz benutzt. Littelfuse stellt Sachkenntnis zum Designer zur Verfügung und bietet die breiteste Strecke der Stromkreisschutztechnologien an, um von zu wählen.

Littelfuse-Varistoren sind verfügbar in einer Formenvielfalt, eine breite Palette von Anwendungen zu dienen. Wahlen umfassen mehrschichtige Geräte des entstör des ultra kleinen Oberflächenbergs (MLV) für kleine Elektronikanwendungen und traditionelle MittelbereichMetalloxid-Varistoren (MOVs) und axiale Metalloxid-Varistoren für Schutz der kleinen Maschinerie, der Stromversorgung und der Komponenten. Littelfuse bietet auch größeren Terminalberg MOVs für industrielle Anwendungen an.

Eine neuere Innovation zur Littelfuse-Produktserie, MLVs-Adresse ein spezifisches Teil des vorübergehenden Spannungsspektrums – die Stromkreisvorstandsebeneumwelt, in dem, obgleich niedrig in der Energie, in den Ausgleichströmen von ESD, in der Schaltung der induktiven Belastung und sogar in den Blitzüberspannungsresten, andernfalls empfindliche integrierte Schaltungen erreichen würde. Jedes dieser Ereignisse kann sich auf der elektromagnetischen Kompatibilität (EMC) eines Produktes oder seiner Immunität auf Ausgleichströmen beziehen, die Schaden oder Funktionsstörung verursachen konnten.

Littelfuse bietet fünf eindeutige Versionen von MLVs einschließlich den MHS-Reihe ESD-Unterdrücker für hohe Datenraten, die ml-Reihe, die, die den breitesten Einsatzbereich stützt, die MLE-Reihe an, die für ESD bestimmt ist, bei der Lieferung des Filters arbeitet, brechen die MLN-Reihen-Viererkabel-Reihe 1206 u. 0805 ab und die AUML-Reihe, die für die spezifischen Ausgleichströme gekennzeichnet wurde, fand in den selbstbewegenden elektronischen Systemen.

Besteigbare Oberflächengeräte der BEWEGUNGEN (Metalloxid-Varistor) erleichtern Gewohnheiten in SMT-Montageverfahren und lösen die PWB-Raumbeschränkungsfrage. Sie sind Rückflut und bewegen solderable wellenartig und schließen die CH-, SM7-, SM20-, MLE-, MHS-, ml- und MLN-Reihe ein.

Traditionelle Radialgeräte durchloch BEWEGUNGEN (Metalloxid-Varistor) sind in den Durchmessern von 5mm, von 7mm, von 10mm, von 14mm, von 20mm und von 25mm verfügbar. Sie sind für das Bieten des Spannungsüberspannungsschutzes für eine große Vielfalt von Anwendungen gepasst und das C-III, das iTMOV, DIE LA-, TMOV-, RA-, UltraMOV-, UltraMOV25S- und ZA-Reihe einschließen.

Bloße Diskettenvaristoren sind industrielle energiereiche Elemente. Sie sind für die speziellen Anwendungen bestimmt, die einzigartigen elektrischen Kontakt erfordern oder die Verpackungsmethoden, die um von Kunden gebeten werden. Die CA-Reihen von vorübergehenden Überspannungsschutzen sind die industriellen energiereichen Diskettenvaristoren (MOVs) bestimmt für die speziellen Anwendungen, die einzigartigen elektrischen Kontakt erfordern oder die Verpackungsmethoden, die vom Kunden zur Verfügung gestellt werden.

Thermische schützende Metalloxid-Varistoren (TMOVs) sind entworfen, um anormale Überspannungsbedingungen von UL 1449 zu erfüllen. Sie können die Welle sein, die ohne irgendeinen Bedarf an den speziellen oder teuren Montageverfahren gelötet wird und das iTMOV, TMOV-, TMOV25S- und TMOV34S-Reihe einschließen.

Industrielle Hochenergievaristoren liefern eine viel höhere Anstiegs- und Energiebewertung als regelmäßiges MOVs (Metalloxid-Varistoren) und besitzen auch verschiedene Anschlüsse, um verschiedene Versammlungsanträge oder -zustände zu passen. Sie schließen die BA-, BB-, CA-, DA-, ha-, HB34-, HC-, HF34-, HG34-, TMOV34S-, UltraMOV25S-, C-III, FBMOV- und TMOV25S-Reihe ein.

Spezialität MOVs (Metalloxid-Varistoren) sind in den einzigartigen Formsitzen verfügbar und besitzen verschiedene Spannungsbereich- und Anstiegsfähigkeiten. Sie schließen die C-III, FBMOV-, MA- und RA-Reihe ein.

Integrierte Varistoren bestehen aus einem Baustein des Varistors 40kA (BEWEGUNG) mit einem aktivierten Element des Integrals thermisch. Diese Geräte werden als unabhängiger Typ 1 SPD durch UL erkannt.

Die Reihe Littelfuse FBMOV, die thermisch geschützt wird und nicht Varistor zersplittert ist, stellt eine Neuentwicklung im Stromkreisschutz dar. Sie besteht aus einem Baustein des Varistors 40kA (BEWEGUNG) mit einem aktivierten Element des Integrals thermisch, das entworfen ist, um sich im Falle der Überhitzung zu öffnen wegen der anormalen Überspannung, begrenzte gegenwärtige Bedingungen.

Littelfuse-Anlagen für PolySwitch-Geräte sind ISO-/TS16949:2009 und bestätigtes ISO-9001:2008.

 

 

 

Einleitung zur Überspannungs-Unterdrückung

 

Spannungsausgleichströme werden als Anstieg der kurzen Dauer der elektrischen Energie definiert und sind das Ergebnis der plötzlichen Energiefreisetzung, das vorher gespeichert wurde oder durch andere Mittel, wie schwere induktive Belastungen oder Blitzschläge verursacht. In elektrischem oder in den elektronischen Schaltungen kann diese Energie in einer vorhersagbaren Art über kontrollierte Schaltungsaktionen freigegeben werden, oder in einen Stromkreis von den externen Quellen nach dem Zufall verursacht werden.

Wiederholbare Ausgleichströme werden häufig durch die Operation von Motoren, von Generatoren oder von Schaltung von reagierenden Stromkreiskomponenten verursacht. Gelegentliche Ausgleichströme andererseits werden häufig durch Blitz verursacht (Tabelle 1) und elektrostatische Entladung (ESD) (Tabelle 2). Blitz und ESD auftreten im Allgemeinen unvorhersehbar und erfordern möglicherweise durchdachte Überwachung, genau gemessen zu werden, besonders wenn sie auf der Stromkreisvorstandsebene verursacht werden. Zahlreiche Elektronikstandardgruppen haben vorübergehende Spannungsvorkommen unter Verwendung der geltenden Überwachung oder der Prüfverfahren analysiert. Die Schlüsseleigenschaften einiger Ausgleichströme werden unten in Tabelle 1. gezeigt.

Abbildung 1.-Blitz-Ausgleichstrom-Wellenform

	SPANNUNG	GEGENWÄRTIG	ANLAUFZEIT	DAUER
Beleuchten	25kV	20kA	10µs	1ms
Schalten	600V	500A	50µs	500ms
EMP	1kV	10A	20ns	1ms
ESD	15kV	30A	<1ns>	100ns

Tabelle 1. Beispiele von vorübergehenden Quellen und von Größe

Eigenschaften von vorübergehenden Spannungs-Spitzen

Vorübergehende Spannungsspitzen weisen im Allgemeinen eine „doppelte exponentiale“ Wellenform auf, gezeigt im Abbildung 1 für Blitz und im Abbildung 2 für ESD. Die exponentiale Anstiegszeit des Blitzes ist in der Strecke 1.2µs zu 10µs (im Wesentlichen 10% bis 90%) und die Dauer ist im Bereich von 50µs zu 1000µs (50% von Höchstwerten). ESD andererseits, ist ein Ereignis der viel kürzeren Dauer. Die Anstiegszeit ist an weniger als 1 ns gekennzeichnet worden. Die Gesamtdauer ist ungefähr 100ns.

Abbildung 2. ESD-Test-Wellenform

Warum sind Ausgleichströme von wachsendem Interesse?

Teilminiaturisierung hat erhöhte Empfindlichkeit zu den elektrischen Drücken ergeben. Mikroprozessoren zum Beispiel, haben Strukturen und leitfähige Wege, die nicht imstande sind, hohe Strom von ESD-Ausgleichströmen zu behandeln. Solche Komponenten funktionieren an den sehr Niederspannungen, also müssen Spannungsstörungen gesteuert werden, um Gerätunterbrechung und latent oder katastrophale Versagen zu verhindern. Empfindliche Geräte wie Mikroprozessoren werden mit einer exponentialen Rate angenommen. Mikroprozessoren fangen an, transparente Operationen durchzuführen nie, vor vorgestellt. Alles von den Haushaltsgeräten, wie Spülmaschinen, zu den industriellen Kontrollen und zu den sogar Spielwaren, haben den Gebrauch der Mikroprozessoren erhöht, Funktionalität und Leistungsfähigkeit zu verbessern.

Fahrzeuge setzen jetzt viele Elektroniksysteme ein, um die Maschinen-, Klima-, Bremsen und in einigen Fällen Lenksysteme zu steuern. Einige der Innovationen sind entworfen, um Leistungsfähigkeit zu verbessern, aber viele sind, wie ABS- und Zugkraftkontrollsysteme sicherheitsbezogen. Viele der Eigenschaften in den Geräten und in den Automobilen benutzen Module, die vorübergehende Drohungen darstellen (wie Elektromotoren). Ist nicht nur die allgemeine Umwelt feindlich, aber die Ausrüstung oder das Gerät können Quellen von Drohungen auch sein. Aus diesem Grund verbessern vorsichtiger Schaltplan und der korrekte Gebrauch von Überspannungsschutztechnologie erheblich die Zuverlässigkeit und die Sicherheit der Endenanwendung. Tabelle 2 zeigt die Verwundbarkeit von verschiedenen Teiltechnologien.

Einheitentyp	Verwundbarkeit (Volt)
VMOS	30-1800
MOSFET	100-200
GaAsFET	100-300
EPROM	100
JFET	140-7000
CMOS	250-3000
Schottky-Dioden	300-2500
Bipolar Transistor	380-7000
Störungsbesuch	680-1000

STRECKE DER TABELLE-2. DER GERÄT-VERWUNDBARKEIT.

Vorübergehende Spannungs-Szenario

ESD (elektrostatische Entladung)

Elektrostatische Entladung wird bis zum sehr steilen Zeiten und sehr hohe Höchstspannungen und Strom gekennzeichnet. Diese Energie ist das Ergebnis einer Unausgeglichenheit des Positivs und der negativen Ladung zwischen Gegenständen.

Sind unten einige Beispiele der Spannungen, die erzeugt werden können, abhängig von der relativen Luftfeuchtigkeit (RH):

• Gehen über einen Teppich:
  35kV @ RELATIVE FEUCHTIGKEIT = 20%; 1.5kV @ RELATIVE FEUCHTIGKEIT = 65%
   
• Gehen über einen Vinylboden:
  12kV @ RELATIVE FEUCHTIGKEIT = 20%; 250V @ RELATIVE FEUCHTIGKEIT = 65%
   
• Arbeitskraft an einer Bank:
  6kV @ RELATIVE FEUCHTIGKEIT = 20%; 100V @ RELATIVE FEUCHTIGKEIT = 65%
   
• Vinylumschläge:
  7kV @ RELATIVE FEUCHTIGKEIT = 20%; 600V @ RELATIVE FEUCHTIGKEIT = 65%
   
• Polytasche ausgewählt oben vom Schreibtisch:
  20kV @ RELATIVE FEUCHTIGKEIT = 20%; 1.2kV @ RELATIVE FEUCHTIGKEIT = 65%

Auf Tabelle 2 auf der vorigen Seite bezugnehmend, kann es gesehen werden, dass ESD, der durch tägliche Aktivitäten erzeugt wird, die Verwundbarkeitsschwelle von Standardhalbleitertechniken weit übertreffen kann. Abbildung 2 zeigt die ESD-Wellenform, wie definiert in der Prüfvorschrift Iecs 61000-4-2.

Induktive Belastungs-Schaltung

Die Schaltung von induktiven Belastungen erzeugt Hochenergieausgleichströme, die der Größe mit in zunehmendem Maße schweren Lasten sich erhöhen. Wenn die induktive Belastung ausgeschaltet ist, wird das Einsturzmagnetfeld in elektrische Energie umgewandelt, die die Gestalt eines doppelten exponentialen Ausgleichstroms annimmt. Abhängig von der Quelle können diese Ausgleichströme wie Hunderte von den Volt und Hunderte von Amperen, mit Dauerzeiten von 400ms so groß sein.

Typische Quellen von induktiven Ausgleichströmen sind:

• Generator
• Motor
• Relais
• Transformator

Diese Beispiele sind in den elektrischen und elektronischen Systemen extrem allgemein. Weil die Größen der Lasten entsprechend der Anwendung schwanken, sind die Wellenform, die Dauer, der Spitzenstrom und die Höchstspannung alle Variablen, die in den Ausgleichströmen der realen Welt existieren. Sobald diese Variablen approximiert werden können, kann eine passende entstör- Technologie vorgewählt werden.

Abbildung 3.-Automobillasts-Dump

Blitz verursachte Ausgleichströme

Obwohl ein direkter Streik offenbar destruktiv ist, sind die Ausgleichströme, die durch Blitz verursacht werden, nicht das Ergebnis eines direkten Streiks. Wenn ein Blitzschlag auftritt, schafft das Ereignis ein Magnetfeld, das Ausgleichströme der großen Größe in den nahe gelegenen elektrischen Kabeln verursachen kann.

Abbildung 4, Shows, wie ein Wolke-zuwolkenstreik nicht nur ove RHead-Kabel bewirkt, aber auch begrabene Kabel. Sogar kann ein Streik 1 Meile entfernt (1.6km) 70V in den elektrischen Kabeln erzeugen.

Abbildung 4.-Wolke-zu-Wolken-Blitzschlag

Abbildung 5, auf der nächsten Seite, zeigt den Effekt eines Wolke-zubodenstreiks: der vorübergehend-Erzeugungseffekt ist weit größer.

Abbildung 5.-Wolke-zu-Boden-Blitzschlag

Abbildung 6, Shows eine typische gegenwärtige Wellenform für verursachte Blitzstörungen.

Abbildung 6.-Höchstimpuls-gegenwärtige Test-Wellenform

Technologische Lösungen für vorübergehende Drohungen

Wegen der verschiedenen Arten von Ausgleichströmen und von Anwendungen, ist es wichtig, die Unterdrückungslösung an die verschiedenen Anwendungen richtig anzupassen. Littelfuse bietet die breiteste Strecke der Stromkreisschutztechnologien an, um zu garantieren, dass Sie die richtige Lösung für Ihre Anwendung erhalten. Konsultieren Sie bitte unsere on-line-Bibliothek von Anwendungs-Anmerkungen und von Entwurfs-Anmerkungen für weitere Information über die allgemeinen Entwurfsfragen, die bei http://www.littelfuse.com angetroffen werden.

Metalloxid-Varistoren und vielschichtige Varistoren

Varistoren sind die abhängige Spannung, nichtlineare Geräte, die die elektrischen Eigenschaften haben, die Rücken an Rückenzenerdioden ähnlich sind. Sie werden hauptsächlich aus Z_NEIN mit kleinen Zusätzen anderer Metalloxide wie Wismut, Kobalt, Magnese und andere verfasst. Der Metalloxid-Varistor oder „die BEWEGUNG“ wird während des Produktionsvorgangs in einen keramischen Halbleiter und in Ergebnisse in einer kristallenen Mikrostruktur gesintert, die MOVs hohe Stufen der vorübergehenden Energie über der gesamten Masse des Gerätes sehr zerstreuen lässt. Deshalb werden MOVs gewöhnlich für die Unterdrückung des Blitzes verwendet und andere Hochenergieausgleichströme fanden in der industrieller oder Wechselstrom-Linie Anwendungen. Zusätzlich werden MOVs in DC-Stromkreisen wie Niederspannungsstromversorgung und Automobilanwendungen verwendet. Ihr Herstellungsverfahren ermöglicht viele verschiedenen Formfaktoren mit der verbleiten radialdiskette, die das allgemeinste ist.

Mehrschichtige Varistoren oder MLVs werden aus Z_KEIN Material konstruiert, das Standard-MOVs ähnlich ist, jedoch werden sie mit verwobenen Schichten Metallelektroden fabriziert und geliefert in den nicht bleihaltigen Keramikgehäusen. Wie mit Standard-MOVs, Multilayers-Übergang von einem hochohmigen zu einem Leitungszustand, wenn Sie Spannungen unterworfen werden, die ihre nominale Nennspannung übersteigen. MLVs werden in den verschiedenen Chipformgrößen konstruiert und sind zur bedeutenden Anstiegsenergie für ihre körperliche Größe fähig. So werden Datenleitung und Stromversorgungsunterdrückung mit einer Technologie erzielt.

Die folgenden Parameter treffen auf Varistoren und/oder mehrschichtige Varistoren zu und sollten vom Stromkreisdesigner verstanden werden, um ein Gerät für eine gegebene Anwendung richtig vorzuwählen.

 

 

Einleitung zur Varistor-Technologie

Die Varistorkörperstruktur besteht aus einer Matrix von leitfähigem_KEINE Körner Z sich trennte durch die Kristallgrenzen, die P-Nkreuzungshalbleitereigenschaften bereitstellen. Diese Grenzen sind für das Blockieren von Leitung an den Niederspannungen verantwortlich und sind die Quelle der nichtlinearen elektrischen Leitung an den höheren Spannungen.

 

EIGENSCHAFT DES ABBILDUNG 1.-TYPISCHE VARISTOR-VI

 

Die symmetrischen, scharfen Zusammenbrucheigenschaften, die im Abbildung 1 gezeigt werden, ermöglichen dem Varistor, ausgezeichnete vorübergehende Unterdrückungsleistung zur Verfügung zu stellen. Wenn er Hochspannungsausgleichströmen herausgestellt wird, ändert der Varistorwiderstand viele Größenordnungen von einem nahen offenen Stromkreis zu einem in hohem Grade leitfähigen Niveau und so klemmt die vorübergehende Spannung zu einem sicheren Niveau fest. Die möglicherweise destruktive Energie des ankommenden vorübergehenden Impulses wird durch den Varistor absorbiert, dadurch schützt man verletzbare Stromkreiskomponenten.

Da elektrische Leitung in Wirklichkeit zwischen Z_KEINE Körner auftritt, die während der Masse des Gerätes verteilt werden, ist der Littelfuse-Varistor in sich selbst schroffer als seine einzelnen P-Nkreuzungsgegenstücke, wie Zenerdioden. Im Varistor wird Energie gleichmäßig während des Körpers des Gerätes mit der resultierenden Heizung absorbiert, die gleichmäßig durch sein Volumen verbreitet wird. Elektrische Eigenschaften werden hauptsächlich durch die Abmessungen des Varistorkörpers gesteuert, der in den verschiedenen Formfaktoren wie Disketten, Chips und Rohren gesintert wird. Die Energiebewertung wird nach Volumen, Nennspannung durch Stärke oder gegenwärtige Flussweglänge und gegenwärtige Fähigkeit durch Bereich gemessenen Normal zur Richtung des gegenwärtigen Flusses bestimmt.

 

Physikalische Eigenschaften

MOVs sind entworfen, um empfindliche Stromkreise gegen externe Ausgleichströme (Blitz) und interne Ausgleichströme (Schaltung der induktiven Belastung, Relaisschaltung und Kondensatorentladungen) zu schützen. Und andere hochrangige Ausgleichströme, die in der industrieller, Wechselstrom-Linie Anwendung oder in den untergeordnetausgleichströmen gefunden werden in Automobil-DC gefunden werden, zeichnen Anwendungen mit der Spitzenstrombewertung, die von 20A zu 500A reichen und Höchstenergiebewertung von 0.05J - 2.5J.

Ein attraktives Eigentum der BEWEGUNGEN ist, dass die elektrischen Eigenschaften mit der Masse des Gerätes zusammenhängen. Jedes ZnO-Korn der keramischen Taten, als ob es einen Halbleiterübergang an der Kristallgrenze hat. Ein Querschnitt des Materials wird im Abbildung 2 gezeigt, das die keramische Mikrostruktur veranschaulicht. Varistoren werden fabriziert, indem man Oxid-ansässige Pulver des Zinks in keramische Teile bildet und sintert. Diese Teile electroded dann entweder mit Dickfilm Silber oder Bogen/geflammspritztem Metall.

Die ZnO-Kristallgrenzen können offenbar beobachtet werden. Da das nichtlineare elektrische Verhalten an der Grenze jedes Halbleiter-ZnO-Kornes auftritt, kann den Varistor gelten als ein „Multikreuzungs“ Gerät, das aus vieler Reihe und Parallelschaltungen von Kristallgrenzen besteht. Gerätverhalten wird in Bezug auf die Details der keramischen Mikrostruktur analysiert möglicherweise. Mittelkorngröße und Granulometrie spielen eine wichtige Rolle im elektrischen Verhalten.

ABBILDUNG 2.-OPTISCHES FOTOMIKROBILD EINES POLIER- UND GEÄTZTEN ABSCHNITTS EINES VARISTORS

 

Varistor-Mikrostruktur

Die Masse des Varistors zwischen Kontakten wird von ZnO-Körnern einer durchschnittlichen Größe „d“ wie in dem schematischen Modell der Abbildung 3.-Widerstandskraft des ZnO gezeigt ist enthalten <0>

ABBILDUNG 3.-SCHEMATISCHE BESCHREIBUNG DER MIKROSTRUKTUR VON A
METALLvaristor, KÖRNER des LEITENS von ZnO (DURCHSCHNITT
GRÖSSE d) WERDEN DURCH INTERGRANULAR GRENZEN GETRENNT.

Einen Varistor für eine gegebene nominale Varistorspannung zu entwerfen, (V_N), ist im Allgemeinen eine Angelegenheit des Vorwählens der Gerätstärke so, dass die passende Anzahl von Körnern, (N), in der Reihe zwischen Elektroden sind. In der Praxis wird das Varistormaterial durch eine Spannungssteigung gekennzeichnet, die über seiner Stärke durch einen spezifischen volts-/mmwert gemessen wird. Indem sie Zusammensetzung steuert und Bedingungen herstellt, bleibt die Steigung örtlich festgelegt. Weil es praktische Grenzen zur Strecke der erreichbaren Stärken gibt, wird mehr als ein Spannungssteigungswert gewünscht. Indem man die Zusammensetzung der Metalloxidzusätze ändert, ist- es möglich, die Korngröße „d“ zu ändern und das erwünschte Ergebnis zu erzielen.

Ein grundlegendes Eigentum des ZnO-Varistors ist, dass der Spannungsabfall über einer einzelnen Schnittstelle „Kreuzung“ zwischen Körnern fast konstant ist. Beobachtungen über einer Strecke der kompositionellen Veränderungen und der Prozessbedingungen zeigen einen Festspannungsrückgang ungefähr 2V-3V pro Kristallgrenzenkreuzung. Auch der Spannungsabfall schwankt nicht für Körner von verschiedenen Größen. Er folgt dann dass die Varistorspannung durch die Stärke des Materials und die Größe der ZnO-Körner bestimmt wird. Das Verhältnis kann sehr einfach angegeben werden, wie folgt:

Die Varistorspannung, (V_N), wird als die Spannung über einem Varistor am Punkt auf seiner Eigenschaft VI definiert, in der der Übergang (V) von der niedrigen linearen Region zur in hohem Grade nichtlinearen Region komplett ist. Zu den Standardmaßzwecken wird sie willkürlich als die Spannung an einem Strom von 1mA definiert. Etwas typische Werte von Maßen für Littelfuse-Varistoren werden in Tabelle 1. gegeben.

TABELLE 1.

ANMERKUNG: Niederspannungsformulierung.

 

Theorie der Operation

Wegen der polykristallinen Beschaffenheit von Metallhalbleitervaristoren, ist die körperliche Operation des Gerätes komplexer als die von herkömmlichen Halbleitern. Intensives Maß hat viele der elektrischen Eigenschaften des Gerätes bestimmt, und viel Bemühung fährt fort, die Operation des Varistors besser zu definieren. Jedoch vom Standpunkt des Benutzers, ist dieses nicht fast so wichtig wie, die grundlegenden elektrischen Eigenschaften verstehend, da sie auf Gerätbau sich beziehen.

Der Schlüssel zum Erklären der Metallvaristoroperation liegt im Verständnis der elektronischen Phänomene, die nahe den Kristallgrenzen auftreten, oder in den Kreuzungen zwischen dem Z_KEINE Körner. Während etwas von der frühen Theorie annahmen, dass der elektronische Tunnelbau aufgetreten durch eine isolierende zweite Phasenschicht an den Kristallgrenzen, Varistoroperation vermutlich beschrieben durch eine Reihe-parallele Anordnung für Halbleiterdioden besseres ist. In diesem Modell die Kristallgrenzen enthalten die Defektzustände, die freie Elektronen vom n-artigen Halbleiter-Z_KEINE Körner einschließen und so bilden eine RaumladungsSperrschicht in den ZnO-Körnern in der Region neben den Kristallgrenzen. (Sehen Sie Empfehlungshinweise über die letzte Seite dieses Abschnitts).

Beweis für Sperrschichten im Varistor wird im Abbildung 4 gezeigt, in dem das Gegenteil der Kapazitanz pro die quadrierte Grenze gegen die angewandte Spannung pro Grenze grafisch dargestellt wird. Dieses ist die gleiche Art des Verhaltens beobachtete Ladungsträgerdichte, N, wurde bestimmt, ungefähr 2 x 1017 pro cm³ zu sein. Darüber hinaus wurde die Breite der Sperrschicht berechnet, um ungefähr 1000 Angström zu sein. Einzelne Kreuzungsstudien stützen auch das Diodenmodell.

Es ist diese Sperrschichten, die den freien Fluss von Fördermaschinen blockieren und ist für das isolierende Verhalten der Niederspannung in der Durchsickernregion verantwortlich, wie im Abbildung 5. dargestellt. Der Durchsickernstrom liegt am freien Fluss von Fördermaschinen über der Feld abgebauten Sperre und ist thermisch, mindestens über ungefähr 25°C. für Halbleiter plötzliche P-NFlächendioden aktiviert. Das Verhältnis ist:

Wo:
(V_b) = Sperrenspannung,
(V) = wendete Spannung an,
(Q) = Elektrongebühr,
(es) = Halbleitergenehmigung und
(N) = Ladungsträgerdichte.
Von diesem Verhältnis wurde die ZnO-Ladungsträgerdichte, N, bestimmt, um ungefähr 2 x 10¹⁷ pro cm³ zu sein.

Darüber hinaus wurde die Breite der Sperrschicht berechnet, um ungefähr 1000 Angström zu sein. Einzelne Kreuzungsstudien stützen auch das Diodenmodell.

VERHALTEN DES ABBILDUNG 4.-CAPACITANCE-VOLTAGE DES VARISTORS ÄHNELT
EIN HALBLEITER ABRUPT-JUNCTION AUFGEHOBEN
VOREINGENOMMENES DIODE Nd-˜ 2 x 10¹⁷/cm3

Abbildung 5, Shows ein Energiebanddiagramm für eine ZnO-Korngrenz-c$znokreuzung. Das linke Korn wird vorwärts, V_L beeinflußt, und die rechte Seite ist _toVR in Sperrichtung. Die Entleerungswickelbreiten sind X_L und X_R, und die jeweiligen Sperrenhöhen sind f_L und Bundesrepublik. Die null voreingenommene Sperrenhöhe ist f_O. Während die Spannungsneigung erhöht wird, wird f_L verringert und Bundesrepublik wird erhöht und führt zu eine Senkung der Sperre und eine Zunahme der Leitung.

Die Sperrenhöhe f_L eines Niederspannungsvaristors wurde als Funktion der angewandten Spannung gemessen und wird im Abbildung 6. dargestellt. Die schnelle Abnahme an der Sperre an der Hochspannung stellt den Anfang der nichtlinearen Leitung dar.

ABBILDUNG 5.-ENERGIE-BAND-DIAGRAMM einer ZnO-GRAINBOUNDARY-ZnOkreuzung

 

ABBILDUNG 6.-THERMISCHE SPERRE gegen ANGEWANDTE SPANNUNG

Transportmechanismen in der nichtlinearen Region sind sehr schwierig und sind noch das Thema der aktiven Forschung. Die meisten Theorien zeichnen ihre Inspiration von der Halbleitertransporttheorie und werden im Detail nicht in diesem Dokument bedeckt.

 

Varistor-Bau

Der Prozess der Fabrikation eines Littelfuse-Varistors wird im Flussdiagramm des Abbildung 7. veranschaulicht. Das Ausgangsmaterial sich unterscheidet möglicherweise in der Zusammensetzung der additiven Oxide, zwecks den Spannungsbereich des Produktes zu umfassen.

ABBILDUNG 7.-SCHEMATISCHES FLUSSDIAGRAMM DER LITTELFUSE-VARISTOR-HERSTELLUNG

Geräteigenschaften sind an der Verpressung entschlossen. Das Pulver wird in eine Form der vorbestimmten Stärke gedrückt, um einen Sollwert der Nennspannung zu erhalten. Um die gewünschten Bewertungen des Spitzenstroms und des Arbeitsvermögens zu erreichen, werden der Elektrodenbereich und die Masse des Gerätes unterschieden. Die Strecke der Durchmesser, die in den Diskettenproduktangeboten erreichbar sind, wird hier aufgelistet:

 

Selbstverständlich sind andere Formen, wie Rechtecke, auch möglich, indem man einfach die Pressewürfel ändert. Andere keramische Herstellungstechniken können verwendet werden, um verschiedene Formen zu machen. Zum Beispiel werden Stangen oder Rohre hergestellt, indem man zur Länge verdrängt und schneidet. Nach der Formung werden die Teile des Grüns (, d.h. unfired) in einen Brennofen gelegt und gesintert bei den Höchsttemperaturen mehr als 1200°C. ist das b-ismuth Oxid über 825°C flüssig und unterstützt in den Anfangsdensification vom polykristallinen keramischen. Bei den höheren Temperaturen tritt Kornwachstum auf und bildet eine Struktur mit kontrollierter Korngröße.

Electroding ist, für Radialstrahl- und Chipgeräte, mittels des Dickfilmsilbers erreicht, das auf die keramische Oberfläche abgefeuert wird. Leitungen oder Bügelanschlüsse werden dann an Ort und Stelle gelötet. Ein leitfähiger Epoxy-Kleber wird für Anschlusskabel zu den axialen 3mm Disketten benutzt. Für die größeren industriellen Geräte (40mm und 60mm Durchmesserdisketten) ist das Kontaktmaterial Bogen gesprühtes Aluminium, mit einem Overspray des Kupfers, gegebenenfalls, zum einer solderable Oberfläche zu geben.

Viele Verkapselungstechniken werden im Zusammenbau der verschiedenen Littelfuse-Varistorpakete verwendet. Die meisten Radialstrahlen und einige industrielle Geräte (ha-Reihe) sind in einer Wirbelschicht Epoxidüberzogenes, während Epoxy-Kleber auf das axiale Gerät „gesponnen“ wird.

Radialstrahlen sind auch mit den phenoplastischen Beschichtungen verfügbar, die unter Verwendung eines Nassverfahrens angewendet werden. Das PA-Reihenpaket besteht aus dem Plastik, der um eine 20mm Diskettenunterbaugruppe geformt wird. Geräte sind alle der RA, DA- und DB-Reihe dadurch ähnlich, dass alle sie aus Disketten oder Chips verfasst werden, wenn den Vorsprüngen oder Führungen, in einem geformten Plastikoberteil eingehüllt sind, das mit Epoxy-Kleber gefüllt wird. Verschiedene Paketarten erlauben Veränderung in den Energiebewertungen sowie der mechanischen Montage.

KERAMISCHE MASSE DER TABELLE-2. BY-TYPE

 

Stellen Sie (unten) Baudetails der Show 9A, 9B und 9C einiger Littelfuse-Varistorpakete dar. Maße vom keramischen, nach Paketart, sind oben in Tabelle 2.

ZAHL 9A. QUERSCHNITT VON MA-REIHE

 

ZAHL 9B. QUERSCHNITT DES RADIALführungs-PAKETS

 

ZAHL 9C. BILDHAFTE ANSICHT DER HOCHENERGIE DA, DB UND BA-/BBreihe

 

Elektrische Eigenschaften des Kennzeichnungs-Varistor-VI

Jetzt wendend an die hohe gegenwärtige Aufwärtsbewegungsregion im Abbildung 10, sehen wir, dass das Verhalten VI einer ohmschen Eigenschaft sich nähert. Der Begrenzungs- Widerstandswert hängt nach der elektrischen Leitfähigkeit des Körpers der Halbleiter-ZnO-Körner ab, die Ladungsträgerdichten im Bereich von 10¹⁷ bis 10¹⁸ pro cm³ haben. Dieses würde die ZnO-Widerstandskraft unter 0.3Ωcm setzen.

KURVE DES ABBILDUNG 10.-TYPISCHE VARISTOR-VI GRAFISCH DARGESTELLT AUF DOPPELTLOGARITHMISCHER SKALA

Elektrische Eigenschaften des Varistors werden bequem unter Verwendung des doppeltlogarithmischen Formats angezeigt, um die breite Palette der Kurve VI zu zeigen. Das Klotzformat ist auch klarer als eine lineare Darstellung, die neigt, die Nichtlinearität im Verhältnis zu der gegenwärtigen gewählten Skala zu übertreiben. Eine Kennlinie typisches VI wird im Abbildung 10. gezeigt. Dieser Plan zeigt eine breitere Strecke des Stroms, als normalerweise auf VaristorLeistungsblättern zur Verfügung gestellt wird, um drei eindeutige Regionen der elektrischen Operation zu veranschaulichen.

 

Ersatzschaltbild-Modell

Ein elektrisches Modell für den Varistor kann durch das vereinfachte Ersatzschaltbild des Abbildung 11. dargestellt werden.

ABBILDUNG 11.-VARISTOR-ERSATZSCHALTBILD-MODELL

 

Durchsickern-Region der Operation

Auf niedrigen aktuellen Ständen nähert sich die Kurve VI einem linearen (ohmschen) Verhältnis und Shows eine bedeutende Temperaturabhängigkeit. Der Varistor ist in einem hohen Widerstandmodus (10⁹ Ω nähernd) und erscheint als offener Stromkreis. Die nichtlineare Widerstandkomponente (R_X) kann ignoriert werden, weil (R_WEG) parallel vorherrscht. Auch (R_AN) seien Sie verglichen mit unbedeutendes (R_WEG).

ABBILDUNG 12. ERSATZSCHALTBILD AN DEN NIEDRIGEN STROM

Für ein gegebenes Varistorgerät bleibt Kapazitanz über einer breiten Palette der Spannung und der Frequenz in der Durchsickernregion ungefähr konstant. Der Wert der Kapazitanz fällt nur leicht, während Spannung auf den Varistor zugetroffen wird. Da die Spannung der nominalen Varistorspannung sich nähert, verringert sich die Kapazitanz. Kapazitanz bleibt mit Frequenzänderung bis 100 kHz fast konstant. Ähnlich ist die Änderung mit Temperatur, der Wert 25°C der Kapazitanz klein, die gut mit +/--10% von -40°C zu +125°C. ist.

Der Temperatureffekt der Kennlinie VI in der Durchsickernregion wird im Abbildung 13 gezeigt. Eine eindeutige Temperaturabhängigkeit wird gemerkt.

ABBILDUNG 13. TEMPERATUR-ABHÄNGIGKEIT DER KENNLINIE IN DER DURCHSICKERN-REGION

Die Beziehung zwischen dem Durchsickernstrom (i) und Temperatur (T) ist

Die Temperaturänderung entspricht in Wirklichkeit einer Änderung herein (R_WEG). Jedoch (R_WEG) bleibt an einem hohen Widerstandswert sogar bei erhöhten Temperaturen. Zum Beispiel ist er noch im Bereich von 10MΩ zu 100MΩ an 125°C.

Obgleich (R_WEG) ein hoher Widerstand ist, schwankt er mit Frequenz. Das Verhältnis ist mit umgekehrter Frequenz ungefähr linear.

Wenn jedoch, die parallele Kombination von (R_WEG) und (°C) ist bei irgendeiner Frequenz des Interesses überwiegend kapazitiv. Dieses ist, weil die kapazitive Reaktanz auch ungefähr linear mit 1/f. schwankt.

An den höheren Strom, und über an der MA-Strecke, wird Temperaturänderung minimal. Der Plan des Temperaturkoeffizienten (dV/dT) wird im Abbildung 14 gegeben. Es sollte gemerkt werden, dass der Temperaturkoeffizient negativ ist (-) und Abnahmen, wie Strom steigt. Im festklemmenden Spannungsbereich des Varistors (I > 1A), nähert sich die Temperaturabhängigkeit null.

ABBILDUNG 14. BEZIEHUNG DES TEMPERATUR-KOEFFIZIENTEN DV/DT ZUM VARISTOR-STROM

 

Nominale Varistor-Region der Operation

Die Varistoreigenschaft folgt der Gleichung:

I = KV^a, in dem (K) eine Konstante und der Exponent (a) ist, definiert den Grad von Nichtlinearität. Alpha ist eine Leistungszahl und kann von der Steigung der Kurve VI oder von der Formel berechnet entschlossen sein:

In dieser Region leitet der Varistor und R_X herrscht über C, R_{AUF andROFF} vor. R_X wird, viele Größenordnungen kleiner als R_{WEG VON} aber bleibt größer als R_AN.

ABBILDUNG 15. ERSATZSCHALTBILD AN DER VARISTOR-LEITUNG

Während der Leitung bleibt die Varistorspannung für eine Änderung im Strom einiger Größenordnungen verhältnismäßig konstant. In Wirklichkeit ändert der Gerätwiderstand, R_X, in Erwiderung auf Strom. Dieses kann beobachtet werden, indem man den Static oder den Arbeitswiderstand als Funktion des Stroms überprüft. Der statische Widerstand wird vorbei definiert:

Pläne von typischen Widerstandswerten gegen Strom (i) werden im Abbildung 16A und in 16B gegeben.

ZAHL 16A. STATIC-VARISTOR-WIDERSTAND-ZAHL R_X

 

ZAHL 16B. DYNAMISCHER VARISTOR-WIDERSTAND Z_X

 

Aufwärtsbewegungs-Region der Operation

An den hohen Strom der Maximalleistung nähernd, approximiert der Varistor einen Kurzschluss. Die Kurve reist von der nichtlinearen Beziehung ab und nähert sich dem Wert des materiellen Massenwiderstands, über 1Ω-10Ω. Die Aufwärtsbewegung findet als R_Xapproaches der Wert von R_AN statt. Widerstand R stellt_AN den Massenwiderstand des Z_KEINE Körner dar. Dieser Widerstand ist linear (der als steilere Steigung auf dem Klotzplan erscheint) und tritt an den Strom 50A zu 50,000A, abhängig von der Varistorgröße auf.

ABBILDUNG 17. ERSATZSCHALTBILD AN DER VARISTOR-AUFWÄRTSBEWEGUNG

 

Geschwindigkeit von Warte-und Raten-Effekten

Die Varistoraktion hängt von einem Leitungsmechanismus ab, der dem anderer Halbleiterbauelemente ähnlich ist. Aus diesem Grund tritt Leitung sehr schnell, ohne Sonnenzeitverzögerung – sogar in die Nanosekunden(ns)-Strecke auf. Abbildung 18, Shows eine zusammengesetzte Fotografie von zwei Spannungsspuren mit und ohne einen Varistor eingefügt in einen sehr induktionsarmen Impulswandler. Die zweite Spur (die nicht mit der ersten synchronisiert wird, aber bloß gelegt auf dem Oszilloskopschirm) zeigt, dass die Spannung, die Effekt des Varistors festklemmt, in weniger als 1,0 ns auftritt.

ABBILDUNG 18. ANTWORT eines ZnO-VARISTORS ZU EINEM STEILEN IMPULS DER ZEIT-(500ps)

In den herkömmlichen Führung-angebrachten Geräten würde die Induktanz der Führungen vollständig die schnelle Aktion des Varistors maskieren; deshalb der Teststromkreis für Abbildung 18, erforderliche Einfügung eines Stückchens Varistormaterials in einer Koaxiallinie, zum der tatsächlichen Varistorantwort zu demonstrieren.

Die Tests, die auf Führung gemacht wurden, brachten Geräte, sogar mit besonderer Aufmerksamkeit zu Minderungsführungslänge, zeigen an, dass die Spannungen, die in der Schleife gebildet wird durch die Führungen verursacht werden, ein erhebliches Teil der Spannung beitragen, die über den Anschlüssen eines Varistors am hoch gegenwärtigen und schnellen gegenwärtigen Aufstieg erscheint. Glücklicherweise sind die Strom, die durch eine vorübergehende Quelle geliefert werden können, unveränderlich in der Anstiegszeit als die beobachteten Spannungsausgleichströme langsamer. Die Anwendungen sehr häufig, die für Varistoren angetroffen werden, beziehen laufende Anstiegszeiten länger als 0.5μs mit ein.

Spannungsrate-vonaufstieg ist nicht der beste Ausdruck, zu verwenden, wann, die Antwort eines Varistors zu einem schnellen Antrieb (verschiedene Funkenstrecken, in dem eine begrenzte Zeit in Schaltung von nicht leitendem zum Durchlasszustand miteinbezogen wird) besprechend. Die Antwortzeit des Varistors zum vorübergehenden Strom, den ein Stromkreis liefern kann, ist die passende zu betrachten Eigenschaft.

Die Eigenschaft VI der Zahl 19A, Shows, wie die Antwort des Varistors durch die gegenwärtige Wellenform beeinflußt wird. Von solchen Daten kann ein „Overshoot“ Effekt als seiend definiert werden die relative Zunahme der maximalen Spannung, die über dem Varistor während eines schnellen gegenwärtigen Aufstieges, unter Verwendung der herkömmlichen gegenwärtigen Welle 8/20μs als der Hinweis erscheint. Stellen Sie 19B dar, zeigt typische festklemmende Spannungsveränderung mit Anstiegszeit für verschiedene aktuelle Stände.

ABBILDUNG 19. ANTWORT VON LEAD-MOUNTED VARISTOREN ZUR GEGENWÄRTIGEN WELLENFORM

ZAHL 19A. VI EIGENSCHAFTEN FÜR VERSCHIEDENE LAUFENDE ANSTIEGSZEITEN

 

ZAHL 19B. OVERSHOOT DEFINIERT MIT BEZUG AUF DIE BASIC 8/20? s-STROMSCHRITT

 

Wie man einen Littelfuse-Varistor anschließt

Vorübergehende Unterdrücker können hoher Dauer der Strom in den Nanosekunden zum Millisekundenzeitrahmen kurz ausgesetzt werden.

Littelfuse-Varistoren werden parallel an die Last angeschlossen, und jeder möglicher Spannungsabfall führt zu den Varistor verringert seine Wirksamkeit. Beste Ergebnisse werden erzielt, indem man kurze Führungen verwendet, die zusammen nah sind, verursachte Spannungen und einen niedrigen ohmschen Widerstand zu verringern, um I zu verringern • R-Rückgänge.

Einphasiges

ABBILDUNG 23.

Dieses ist der kompletteste Schutz man kann vorwählen, aber in vielen Fällen werden nur Varistor 1 oder Varistor 1 und 2 vorgewählt.

ABBILDUNG 24.

Dreiphasig

ZAHL 25A. 3 PHASE 220V/380V, UNBEGRÜNDED

 

ZAHL 25B. 3 PHASE 220V ODER 380V, UNBEGRÜNDED

 

ZAHL 25C. 3 PHASE 220V, EINE PHASE GEERDET

 

ZAHL 25D. 3 PHASE 220V

 

ZAHL 25E. 3 PHASE 120V/208V, 4-WIRE

 

ZAHL 25F. 3 PHASE 240V/415V

 

Für höhere Spannungen benutzen Sie die gleichen Verbindungen, aber die ausgewählten Varistoren für die passende Nennspannung.

DC-Anwendung

DC-Anwendungen erfordern Verbindung zwischen Plus und minus oder plus und Boden und minus und Boden.

Zum Beispiel wenn ein Ausgleichstrom in Richtung zum Boden von allen 3 vorübergehenden Unterdrückern der Phasen (Gleichtaktausgleichströme) nur existiert, angeschlossen Phase an Boden würde Energie absorbieren. Die vorübergehenden Unterdrücker, die Phase an Phase angeschlossen wurden, würden nicht effektiv sein.

ABBILDUNG 26. GLEICHTAKT-VORÜBERGEHENDE UND KORREKTE LÖSUNG

Andererseits, wenn ein differenzialer Modus des Ausgleichstroms (Phase zur Phase) dann vorübergehende Unterdrücker existiert, angeschlossen Phase an Phase seien Sie die korrekte Lösung.

ABBILDUNG 27. DIFFERENZIALER MODUS-VORÜBERGEHENDE UND KORREKTE LÖSUNG

Dieses ist gerade eine Auswahl von einigen der wichtigeren Schwankungen der Verbindung von vorübergehenden Unterdrückern.

Die logische Annäherung ist, den vorübergehenden Unterdrücker zwischen den Punkten der Spannungsdifferenz anzuschließen, die durch den Ausgleichstrom geschaffen wird. Der Unterdrücker dann gleicht aus oder verringert diese Potenziale zu senken und harmlose Niveaus.

 

Varistor-Ausdrücke und Definitionen

Definitionen (IEEE Standard-C62.33, 1982)

Eine Eigenschaft ist ein inhärentes und messbares Eigentum eines Gerätes. Solch ein Eigentum ist möglicherweise elektrisch thermisch, mechanisch, oder und kann wie ein Wert für angegebene Bedingungen ausgedrückt werden.

Eine Bewertung ist ein Wert, der entweder eine Begrenzungsfähigkeit oder eine Randbedingung (entweder Maximum oder Minimum) für Operation eines Gerätes herstellt. Sie ist für spezifizierte Werte von Umwelt und von Operation entschlossen. Die Bewertungen zeigen ein Niveau des Druckes an, das möglicherweise auf das Gerät zugetroffen wird, ohne Verminderung oder Ausfall zu verursachen. Varistorsymbole werden auf dem linearen Diagramm VI definiert, das im Abbildung 20 veranschaulicht wird.

ABBILDUNG 20. IV DIAGRAMM, DAS SYMBOLE UND DEFINITIONEN VERANSCHAULICHT

 

Spannungs-Spannvorrichtung

Eine Spannvorrichtung, wie eine BEWEGUNG, bezieht sich eine auf Eigenschaft, in der der Wirkwiderstand von einem Hoch zum niedrigen Zustand als Funktion der angewandten Spannung ändert. In seinem leitfähigen Zustand wird eine Spannungsteileraktion zwischen der Spannvorrichtung und dem Quellwiderstand des Stromkreises hergestellt. Spannvorrichtungen sind im Allgemeinen „die zerstreuenden“ Geräte und konvertieren viel der vorübergehenden elektrischen Energie zur Hitze.

Das Wählen des passendsten Unterdrückers hängt nach einer Balance zwischen der Anwendung, seiner Operation, den vorübergehenden Drohungen der Spannung, die erwartet werden und den Empfindlichkeitsniveaus der Komponenten ab, die Schutz erfordern. Formfaktor/Paketart müssen auch betrachtet werden.

 

Prüfen Sie Wellenform

Auf den hoch gegenwärtigen und der Energie Niveaus werden Varistoreigenschaften, von der Notwendigkeit, mit einer Antriebwellenform gemessen. Im Abbildung 21, worden gezeigt der ANSI-Standard-Waveshape C62.1, ein exponential verfallen Wellenformvertreter von Blitzüberspannungen und die Entladung der gespeicherten Energie in den reagierenden Stromkreisen.

Die gegenwärtige Welle 8/20μs (Aufstieg 8μs und 20μs zu 50% Zerfall des Höchstwertes) wird als Standard benutzt, basiert auf Industriepraxis, denn die beschriebenen Eigenschaften und die Bewertungen. Eine Ausnahme ist die Energiebewertung (W_TM), wo eine längere Wellenform von 10/1000μs verwendet wird. Diese Bedingung ist vom Hochenergieanstieg repräsentativ, der normalerweise von der induktiven Entladung von Motoren und von Transformatoren erfahren wird. Varistoren sind für einen maximalen Impulsenergieanstieg bewertet, der Ergebnisse in einer Verschiebung der Varistorspannung (V_N) von kleiner als +/--10% vom Anfangswert.