Vista geral do varistor

November 4, 2016

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Vista geral do varistor 

 

Para assegurar a operação segura, a supressão transiente da tensão deve ser considerada em fases iniciais do processo de projeto. Esta pode ser uma tarefa complexa porque os componentes eletrônicos são cada vez mais sensíveis aos transeuntes bondes dispersos. O desenhista deve definir os tipos de ameaças transientes e determinar que aplicações são precisadas ao encontrar as normas e os padrões da agência do produto.

Os varistores são usados cada vez mais como a solução linha da frente para a proteção transiente do impulso. Littelfuse fornece a experiência ao desenhista e oferece a escala a mais larga de tecnologias da proteção de circuito escolher de.

Os varistores de Littelfuse estão disponíveis em uma variedade de formulários para servir uma vasta gama de aplicações. As opções incluem dispositivos de superfície ultra pequenos do supressor da multi-camada da montagem (MLV) para aplicações pequenas da eletrônica, e varistores de óxido metálico tradicionais (MOVs) da meados de-escala e varistores de óxido metálico axiais para a proteção da maquinaria pequena, das fontes de energia e dos componentes. Littelfuse igualmente oferece a montagem terminal maior MOVs para aplicações industriais.

Uma inovação mais recente o à linha de produtos de Littelfuse, endereço de MLVs um a parte específica do espectro transiente da tensão – o ambiente do nível de placa do circuito onde, embora baixo na energia, nos transeuntes do ESD, no interruptor da carga indutiva, e mesmo nos restos do impulso de relâmpago alcançaria de outra maneira circuitos integrados sensíveis. Cada um destes eventos pode relacionar-se à compatibilidade eletromagnética (EMC) de um produto, ou à sua imunidade aos transeuntes que poderiam causar dano ou o mau funcionamento.

Littelfuse oferece cinco versões distintas de MLVs que incluem o supressor para taxas de dados altas, a série que do ESD da série do MHS do ML que suporta a escala a mais larga da aplicação, a série de MLE pretendida para o ESD ao fornecer o filtro funciona, a disposição do quadrilátero da série de MLN em um 1206 & 0805 lascam-se e a série de AUML caracterizada para os transeuntes específicos encontrou em sistemas eletrônicos automotivos.

Os dispositivos montáveis de superfície dos MOVIMENTOS (varistor de óxido metálico) facilitam costumes no processo de conjunto de SMT e resolvem a edição da limitação do espaço do PWB. São reflow e acenam solderable e incluem a série do CH, do SM7, do SM20, do MLE, do MHS, do ML, e do MLN.

Os dispositivos radiais tradicionais dos MOVIMENTOS do através-furo (varistor de óxido metálico) estão disponíveis nos diâmetros de 5mm, de 7mm, de 10mm, de 14mm, de 20mm e de 25mm. São cabidos fornecendo a proteção do impulso da tensão para uma grande variedade de aplicações e incluídos o C-III, o iTMOV, a série do LA, do TMOV, do RA, do UltraMOV, do UltraMOV25S, e do ZA.

Os varistores desencapados do disco são elementos alta-tensão industriais. São projetados para as aplicações especiais que exigem o contato bonde original ou que empacotam os métodos pedidos por clientes. As séries de CA de proteções contra sobrecarga transientes são varistores alta-tensão industriais do disco (MOVs) pretendidos para as aplicações especiais que exigem o contato bonde original ou que empacotam os métodos fornecidos pelo cliente.

Os varistores de óxido metálico protetores térmicos (TMOVs) são projetados cumprir exigências anormais da sobretensão de UL 1449. Podem ser onda soldada sem nenhuma necessidade para processos de conjunto especiais ou caros e incluir o iTMOV, a série de TMOV, de TMOV25S, e de TMOV34S.

Os varistores industriais do de alta energia fornecem uma avaliação muito mais alta do impulso e da energia do que MOVs regular (varistores de óxido metálico) e igualmente possuem vários terminais para caber pedidos ou condições diferentes do conjunto. Incluem a série dos VAGABUNDOS, do BB, do CA, da Dinamarca, do HA, do HB34, do HC, do HF34, do HG34, do TMOV34S, do UltraMOV25S, do C-III, do FBMOV, e do TMOV25S.

A especialidade MOVs (varistores de óxido metálico) está disponível em ajustes originais do formulário e possui várias capacidades da escala e de impulso da tensão. Incluem a série de C-III, de FBMOV, de miliampère, e de RA.

Os varistores integrados consistem em um bloco de apartamentos do varistor 40kA (MOVIMENTO) com um elemento termicamente ativado da integral. Estes dispositivos são reconhecidos como um tipo independente - 1 SPD pelo UL.

A série de Littelfuse FBMOV protegida termicamente e que fragmenta não o varistor representa uma novidade na proteção de circuito. Consiste em um bloco de apartamentos do varistor 40kA (MOVIMENTO) com um elemento termicamente ativado da integral projetado abrir no caso do superaquecimento devido à sobretensão anormal, circunstâncias atuais limitadas.

As plantas de Littelfuse para dispositivos de PolySwitch são 16949:2009 de ISO/TS e 9001:2008 do ISO certificado.

 

 

 

Introdução à supressão da sobretensão

 

Os transeuntes da tensão são definidos como impulsos da duração curto da energia elétrica e são o resultado da liberação de energia repentina que foi armazenada previamente, ou induzida por outros meios, tais como cargas indutivas ou curto circuitos pesados. Em circuitos bondes ou eletrônicos, esta energia pode ser liberada em uma maneira predizível através das ações controladas do interruptor, ou aleatoriamente ser induzida em um circuito das fontes externos.

Os transeuntes repetíveis são causados frequentemente pela operação dos motores, dos geradores, ou do interruptor de componentes de circuito reativos. Os transeuntes aleatórios, por outro lado, são causados frequentemente pelo relâmpago (figura 1) e pela descarga eletrostática (ESD) (figura 2). O relâmpago e o ESD ocorrem geralmente imprevisivelmente, e podem exigir a monitoração elaborada ser medido exatamente, especialmente se induzido a nível da placa do circuito. Os grupos numerosos dos padrões da eletrônica analisaram ocorrências transientes da tensão usando métodos aceitados da monitoração ou de testes. As características chaves de diversos transeuntes são mostradas abaixo na tabela 1.

. _Lightning_Transient_Waveform Figure_1

Figura 1. forma de onda do transeunte do relâmpago

  TENSÃO ATUAL ELEVAÇÃO-TEMPO DURAÇÃO
Iluminação 25kV 20kA 10µs 1ms
Comutação 600V 500A 50µs 500ms
EMP 1kV 10A 20ns 1ms
ESD 15kV 30A <1ns> 100ns

Tabela 1. Exemplos de fontes e da magnitude transientes

Características de pontos de tensão transientes

Os pontos de tensão transientes exibem geralmente um formulário de onda “exponencial” dobro, mostrado em figura 1 para o relâmpago e em figura 2 para o ESD. A época de elevação exponencial do relâmpago está na escala 1.2µs a 10µs (essencialmente 10% 90%) e a duração está na escala de 50µs a 1000µs (50% de valores máximos). O ESD por outro lado, é um evento de uma duração muito mais curto. O tempo de elevação foi caracterizado em menos de 1 ns. A duração total é aproximadamente 100ns.

. _ESD_Test_Waveform Figure_2

Figura 2. forma de onda do teste do ESD

Por que são os transeuntes da preocupação crescente?

A miniaturização componente conduziu à sensibilidade aumentada aos esforços bondes. Os microprocessadores por exemplo, têm as estruturas e os trajetos condutores que são incapazes de segurar correntes altas dos transeuntes do ESD. Tais componentes operam-se em tensões muito baixas, assim que os distúrbios da tensão devem ser controlados para impedir a interrupção do dispositivo e falhas latentes ou catastróficas. Os dispositivos sensíveis tais como os microprocessadores estão sendo adotados em uma taxa exponencial. Os microprocessadores estão começando a executar nunca antes as operações transparentes imaginadas. Tudo dos aparelhos eletrodomésticos, tais como máquinas de lavar louça, aos controles e mesmo aos brinquedos industriais, aumentou o uso dos microprocessadores melhorar a funcionalidade e a eficiência.

Os veículos empregam agora muitos sistemas da eletrônica para controlar os sistemas do motor, do clima, da travagem e, em alguns casos, de direção. Algumas das inovações são projetadas melhorar a eficiência, mas muitas são relacionados com a segurança, como sistemas de controlo do ABS e da tração. Muitas das características nos dispositivos e nos automóveis usam os módulos que apresentam ameaças transientes (tais como os motores bondes). É não somente o ambiente geral hostil, mas o equipamento ou o dispositivo podem igualmente ser fontes de ameaças. Por este motivo, o projeto de circuito cuidadoso e o uso correto da tecnologia da proteção da sobretensão melhorarão extremamente a confiança e a segurança da aplicação do fim. A tabela 2 mostra a vulnerabilidade de várias tecnologias componentes.

Tipo de dispositivo Vulnerabilidade (volts)
VMOS 30-1800
MOSFET 100-200
GaAsFET 100-300
EPROM 100
JFET 140-7000
CMOS 250-3000
Diodos de Schottky 300-2500
Transistor bipolares 380-7000
SCR 680-1000

ESCALA DA TABELA 2. DA VULNERABILIDADE DO DISPOSITIVO.

Encenações transientes da tensão

ESD (descarga eletrostática)

A descarga eletrostática é caracterizada em tempos de elevação muito rápidos e tensões máximas muito altas e correntes. Esta energia é o resultado de um desequilíbrio de cargas positivas e negativas entre objetos.

Estão abaixo alguns exemplos das tensões que podem ser geradas, segundo a humidade relativa (RH):

  • Passeio através de um tapete:
    35kV @ RH = 20%; 1.5kV @ RH = 65%
     
  • Passeio através de um assoalho do vinil:
    12kV @ RH = 20%; 250V @ RH = 65%
     
  • Trabalhador em um banco:
    6kV @ RH = 20%; 100V @ RH = 65%
     
  • Envelopes do vinil:
    7kV @ RH = 20%; 600V @ RH = 65%
     
  • Saco poli escolhido acima da mesa:
    20kV @ RH = 20%; 1.2kV @ RH = 65%

Referindo a tabela 2 na página precedente, pode-se ver que o ESD que é gerado por atividades diárias pode distante ultrapassar o ponto inicial da vulnerabilidade de tecnologias de semicondutor padrão. Figura 2 mostra a forma de onda do ESD como definido na especificação de teste do IEC 61000-4-2.

Interruptor da carga indutiva

O interruptor de cargas indutivas gera os transeuntes do de alta energia que aumentam na magnitude com cargas cada vez mais pesadas. Quando a carga indutiva é desligada, o campo magnético de desmoronamento está convertido na energia elétrica que toma o formulário de um transeunte exponencial dobro. Segundo a fonte, estes transeuntes podem ser tão grandes quanto centenas de volts e centenas de ampères, com tempos da duração de 400ms.

As fontes típicas de transeuntes indutivos são:

  • Gerador
  • Motor
  • Relé
  • Transformador

Estes exemplos são extremamente comuns em sistemas bondes e eletrônicos. Porque os tamanhos das cargas variam de acordo com a aplicação, a forma de onda, a duração, a corrente máxima e a tensão máxima são todas as variáveis que existem em transeuntes do mundo real. Uma vez que estas variáveis podem ser aproximadas, uma tecnologia apropriada do supressor pode ser selecionada.

. _Automotive_Load_Dump Figure_3

Figura 3. descarga automotivo da carga

Transeuntes induzidos relâmpago

Mesmo que uma greve direta seja claramente destrutiva, os transeuntes induzidos pelo relâmpago não são o resultado de uma greve direta. Quando um curto circuito ocorre, o evento cria um campo magnético que possa induzir transeuntes da grande magnitude em cabos bondes próximos.

Figura 4, mostras como uma greve da nuvem-à-nuvem efetuará não somente cabos de RHead do ove, mas cabos igualmente enterrados. Mesmo uma greve 1 milha distante (1.6km) pode gerar 70V em cabos bondes.

. _Cloud-to-Cloud_Lightning_Strike Figure_4

Figura 4. curto circuito da Nuvem-à-nuvem

Figura 5, na seguinte página, mostras o efeito de uma greve da nuvem-à-terra: o efeito degeração é distante maior.

. _Cloud-to-Ground_Lightning_Strike Figure_5

Figura 5. curto circuito da Nuvem-à-terra

Figura 6, mostras uma forma de onda atual típica para distúrbios induzidos do relâmpago.

. _Peak_Pulse_Current_Test_Waveform Figure_6

Figura 6. forma de onda atual do teste do pulso máximo

Soluções tecnologicos para ameaças transientes

Devido aos vários tipos de transeuntes e de aplicações, é importante combinar corretamente a solução da supressão às aplicações diferentes. Littelfuse oferece a escala a mais larga de tecnologias da proteção de circuito assegurar-se de que você obtenha a solução apropriada para sua aplicação. Consulte por favor nossa biblioteca em linha de notas de aplicação e de notas do projeto para mais informações sobre das edições de projeto comuns encontradas em http://www.littelfuse.com.

Varistores de óxido metálico e varistores Multi-mergulhados

Os varistores são tensão dependente, os dispositivos não-lineares que têm as características elétricas similares aos diodos lado a lado de Zener. São compostos primeiramente de ZNÃO com adições pequenas de outros óxidos de metal tais como o bismuto, o cobalto, o Magnese e o outro. O varistor ou o “MOVIMENTO” de óxido metálico são aglomerados durante a operação de fabricação em um semicondutor cerâmico e em resultados em uma microestrutura cristalina que permita que MOVs dissipe muito níveis elevados de energia transiente através do volume inteiro do dispositivo. Consequentemente, MOVs é usado tipicamente para a supressão do relâmpago e outros transeuntes do de alta energia encontraram na linha aplicações industrial ou da C.A. Adicionalmente, MOVs é usado em circuitos da C.C. tais como fontes de alimentação de baixa tensão e aplicações do automóvel. Seu processo de manufatura permite muitos fatoras de formulários diferentes com o disco leaded radial que é o mais comum.

Os varistores Multilayer ou MLVs são construídos de ZNENHUM material similar a MOVs padrão, contudo, são fabricados com camadas entrelaçadas de elétrodos do metal e fornecidos em pacotes cerâmicos sem chumbo. Como com MOVs padrão, transição de Multilayers de uma impedância alta a um estado da condução quando sujeitado às tensões que excedem sua avaliação da tensão nominal. MLVs é construído em vários tamanhos de formulário da microplaqueta e é capaz da energia significativa do impulso para seu tamanho físico. Assim, a linha de dados e a supressão da fonte de alimentação são conseguidas com uma tecnologia.

Os seguintes parâmetros aplicam-se aos varistores e/ou aos varistores Multilayer e devem-se ser compreendidos pelo desenhista do circuito para selecionar corretamente um dispositivo para uma aplicação dada.

 

 

Introdução à tecnologia do varistor

A estrutura de corpo do varistor consiste em uma matriz de condutorNENHUMAS grões de Z separou pelos limites de grão que fornecem características do semicondutor da junção do P-N. Estes limites são responsáveis para obstruir a condução em baixas tensões e são a fonte da condução elétrica não-linear em umas mais altas tensões.

 

FIGURA 1. CARACTERÍSTICA TÍPICA DO VARISTOR VI

 

Figure_1. _Typical_Varistor_V-I_Characteristic

As características simétricas, afiadas da divisão mostradas em figura 1, permitem o varistor de fornecer o desempenho transiente excelente da supressão. Quando exposta aos transeuntes de alta tensão a impedância do varistor muda muitos ordens de grandeza de um circuito aberto próximo a um nível altamente condutor, assim apertando a tensão transiente a um nível seguro. A energia potencialmente destrutiva do pulso transiente entrante é absorvida pelo varistor, protegendo desse modo componentes de circuito vulneráveis.

Desde que a condução elétrica ocorre, de fato, entre ZNENHUMAS grões distribuídas durante todo o volume do dispositivo, o varistor de Littelfuse é inerentemente mais áspero do que suas únicas contrapartes da junção do P-N, tais como diodos de Zener. No varistor, a energia é absorvida uniformemente durante todo o corpo do dispositivo com o aquecimento resultante espalhado uniformemente através de seu volume. As propriedades elétricas são controladas principalmente pelas dimensões físicas do corpo do varistor que é aglomerado em vários fatoras de formulários tais como discos, microplaquetas e tubos. A avaliação da energia é determinada pelo volume, pela avaliação da tensão pela espessura ou pelo comprimento de trajeto atual do fluxo, e pela capacidade atual pelo normal medido área ao sentido do fluxo atual.

 

Propriedades físicas

MOVs é projetado proteger circuitos sensíveis contra transeuntes externos (relâmpago) e transeuntes internos (interruptor da carga indutiva, interruptor do relé e descargas do capacitor). E outros transeuntes de nível elevado encontrados na linha aplicação industrial, da C.A. ou nos transeuntes do nível inferior encontrados na C.C. automotivo alinham aplicações com a avaliação da corrente máxima que variam de 20à 500A e avaliação máxima da energia de 0.05J - 2.5J.

Uma propriedade atrativa dos MOVIMENTOS é que as características elétricas estão relacionadas ao volume do dispositivo. Cada grão de ZnO dos atos cerâmicos como se tem uma junção de semicondutor no limite de grão. Um seção transversal do material é mostrado em figura 2, que ilustra a microestrutura cerâmica. Os varistores são fabricados formando e aglomerando pós Óxido-baseados zinco nas peças cerâmicas. Estas peças electroded então com prata do filme grosso ou arco/metal pulverizado as chamas.

Os limites de grão de ZnO podem claramente ser observados. Desde que o comportamento bonde não-linear ocorre no limite de cada grão semiconducting de ZnO, o varistor pode ser considerado um dispositivo da “multi-junção” composto de muitas série e conexões paralelas de limites de grão. O comportamento do dispositivo pode ser analisado no que diz respeito aos detalhes da microestrutura cerâmica. A distribuição média de tamanho de grão e de tamanho da grão joga um maior protagonismo no comportamento bonde.

. _Optical_Photomicrograph_of_a_Polished_and_Etched_Section_of_a_Varistor Figure_2

FIGURA 2. PHOTOMICROGRAPH ÓTICO DE UMA SEÇÃO LUSTRADA E GRAVADA DE UM VARISTOR

 

Microestrutura do varistor

O volume do varistor entre contatos é compreendido de grões de ZnO de um tamanho médio “d” segundo as indicações do modelo esquemático da figura 3. resistividade do ZnO é <0>

. _Schematic_Depiction_of_the_Microstructure_of_a_Metal-Oxide_Varistor Figure_3, _are_Separated_by_Intergranular_Boundaries do _Grains_of_Conducting_ZnO_ (Average_Size_d)

FIGURA 3. DESCRIÇÃO DO DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DA MICROESTRUTURA DE A
VARISTOR do METAL-ÓXIDO, GRÕES de CONDUZIR ZnO (MÉDIA
O TAMANHO d) É SEPARADO POR LIMITES INTERGRANULARES.

Projetar um varistor para uma tensão nominal dada do varistor, (VN), é basicamente uma matéria de selecionar a espessura do dispositivo tais que o número apropriado de grões, (n), está em série entre os elétrodos. Na prática, o material do varistor é caracterizado por um inclinação da tensão medido através de sua espessura por um valor específico de volts/mm. Controlando a composição e fabricando circunstâncias o inclinação permanece fixo. Porque há uns limites práticos à escala das espessuras realizáveis, mais de um valor do inclinação da tensão é desejado. Alterando a composição dos aditivos do óxido de metal é possível mudar o tamanho de grão “d” e conseguir o resultado desejado.

Uma propriedade fundamental do varistor de ZnO é que a queda de tensão através de uma única relação “junção” entre grões é quase constante. As observações sobre uma escala de variações e de condições de processamento compositivas mostram uma queda de tensão fixa aproximadamente de 2V-3V pela junção do limite de grão. Também, a queda de tensão não varia para grões de tamanhos diferentes. Segue, a seguir, que a tensão do varistor estará determinada pela espessura do material e pelo tamanho das grões de ZnO. O relacionamento pode ser indicado muito simplesmente como segue:

Varistors-Technology-Equation-1

A tensão do varistor, (VN), é definida como a tensão através de um varistor no ponto em sua característica VI onde a transição (v) está completa da região linear de baixo nível à região altamente não-linear. Para finalidades padrão da medida, é definida arbitrariamente como a tensão em uma corrente de 1mA. Alguns valores típicos das dimensões para varistores de Littelfuse são dados na tabela 1.

TABELA 1.

TENSÃO DO VARISTOR TAMANHO DE GRÃO MÉDIO n INCLINAÇÃO ESPESSURA DO DISPOSITIVO
VOLTS MÍCRONS V/mm em 1mA milímetro
150VRMS 20 75 150 1,5
25VRMS 80 (nota) 12 39 1,0

NOTA: Formulação da baixa tensão.

 

Teoria da operação

Devido à natureza policristalina de varistores do semicondutor de metal-óxido, o funcionamento físico do dispositivo é mais complexo do que aquele de semicondutores convencionais. A medida intensiva determinou muitas das características elétricas do dispositivo, e muito esforço continua a definir melhor a operação do varistor. Contudo do ponto de vista do usuário, isto não é quase tão importante quanto compreendendo as propriedades elétricas básicas porque se relacionam à construção do dispositivo.

A chave a explicar a operação do varistor do metal-óxido encontra-se em compreender os fenômenos eletrônicos que ocorrem perto dos limites de grão, ou em junções entre o ZNENHUMAS grões. Quando alguma da teoria adiantada supôs que o encapsulamento eletrônico ocorreu com uma segunda camada de isolamento da fase nos limites de grão, a operação do varistor é provavelmente melhor descrita por um arranjo série-paralelo de diodos semiconducting. Neste modelo, os limites de grão contêm os estados do defeito que prendem elétrons livres do n-tipo Z semiconductingNENHUMAS grões, assim formando uma camada de prostração da carga de espaço nas grões de ZnO na região junto aos limites de grão. (Veja notas de referência na última página desta seção).

A evidência para camadas de prostração no varistor é mostrada em figura 4, onde o inverse da capacidade pelo limite esquadrado é traçado contra a tensão aplicada pelo limite. Este é o mesmo tipo de comportamento observou a concentração de portador, N, foi determinado ser aproximadamente 2 x 1017 por cm3. Além, a largura da camada de prostração foi calculada para ser as unidades aproximadamente 1000 de ångström. Os únicos estudos da junção igualmente apoiam o modelo do diodo.

É estas camadas de prostração que obstruem o fluxo livre dos portadores e é responsável para o comportamento de isolamento da baixa tensão na região do escapamento como representado em figura 5. A corrente do escapamento é devido ao fluxo livre dos portadores através da barreira abaixada campo, e é ativada termicamente, pelo menos acima aproximadamente de 25°C. para diodos de junção abruptos do P-N do semicondutor. O relacionamento é:

Varistors_Technology_Equation_2

Onde:
(Vb) = tensão da barreira,
(v) = aplicou a tensão,
(q) = carga do elétron,
(es) = permitividade do semicondutor e
(N) = concentração de portador.
Deste relacionamento a concentração de portador de ZnO, N, foi determinada ser aproximadamente 2 x 1017 por cm3.

Além, a largura da camada de prostração foi calculada para ser as unidades aproximadamente 1000 de ångström. Os únicos estudos da junção igualmente apoiam o modelo do diodo.

. _Capacitance-Voltage_Behavior_of_Varisotr_Resembles_a_Semiconductor_Abrupt-Junction_Reversed_Biased_Diode Figure_4

A FIGURA 4. COMPORTAMENTO DE CAPACITANCE-VOLTAGE DO VARISTOR ASSEMELHA-SE
UM SEMICONDUTOR ABRUPT-JUNCTION INVERTIDO
/cm3 INCLINADO do ˜ 2 x 10 do Nddo DIODO17

Figura 5, mostras um diagrama da faixa de energia para uma junção do limite-ZnO da ZnO-grão. A grão da mão esquerda é polarizada, VL, e o lado direito é toVR inclinado reverso. As larguras da camada de prostração são XL e XR, e as alturas respectivas da barreira são fL e F.R. A altura inclinada zero da barreira é fO. Enquanto a polarização da tensão é aumentada, fL está diminuído e o F.R. é aumentado, conduzindo a uma redução da barreira e a um aumento na condução.

A altura fLda barreira de um varistor da baixa tensão foi medida em função de tensão aplicada, e é apresentada em figura 6. A diminuição rápida na barreira na alta tensão representa o início da condução não-linear.

. _Energy_Band_Diagram_of_a_ZnO-Grainboundary-ZnO_Junction Figure_5

FIGURA 5. DIAGRAMA da FAIXA de ENERGIA de uma JUNÇÃO de ZnO-GRAINBOUNDARY-ZnO

 

. _Thermal_Barrier_vs_Applied_Voltage Figure_6

FIGURA 6. BARREIRA TÉRMICA contra TENSÃO APLICADA

Os mecanismos de transporte na região não-linear são muito complicados e são ainda o assunto da pesquisa ativa. A maioria de teorias selecionam sua inspiração da teoria de transporte do semicondutor e não são cobertas em detalhe neste documento.

 

Construção do varistor

O processo de fabricar um varistor de Littelfuse é ilustrado no fluxograma de figura 7. O material começar pode diferir na composição dos óxidos aditivos, a fim cobrir a escala da tensão de produto.

. _Schematic_Flow_Diagram_of_Littelfuse_Varistor_Fabrication Figure_7

FIGURA 7. DIAGRAMA DE FLUXO DO DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DA FABRICAÇÃO DO VARISTOR DE LITTELFUSE

As características do dispositivo são determinadas na operação de pressão. O pó é pressionado em um formulário da espessura predeterminada a fim obter um valor desejado da tensão nominal. Para obter as avaliações desejadas da capacidade da corrente máxima e da energia, a área do elétrodo e a massa do dispositivo são variadas. A escala dos diâmetros obteníveis em ofertas de produto do disco é alistada aqui:

Disco nominal
Diâmetro-milímetro
3 5 7 10 14 20 32 34 40 62

 

Naturalmente, outras formas, tais como retângulos, são igualmente possíveis simplesmente mudando os dados da imprensa. Outras técnicas cerâmicas da fabricação podem ser usadas para fazer formas diferentes. Por exemplo, as hastes ou os tubos são feitos expulsando e cortando ao comprimento. Após a formação, as peças do verde (isto é, unfired) são colocadas em uma estufa e aglomerado em temperaturas máximas além de 1200°C. o óxido do ismuth de B é derretido acima de 825°C, ajudando no densification inicial do cerâmico policristalino. Em umas mais altas temperaturas, o crescimento de grão ocorre, formando uma estrutura com tamanho de grão controlado.

Electroding é realizado, para dispositivos do radial e da microplaqueta, por meio da prata do filme grosso ateada fogo na superfície cerâmica. As ligações de fio ou os terminais da correia são soldados então no lugar. Uma cola Epoxy condutora é usada conectando conduz a 3mm os discos axiais. Para os dispositivos industriais maiores (discos do diâmetro de 40mm e de 60mm) o material do contato é alumínio pulverizado arco, com um overspray do cobre caso necessário para dar uma superfície solderable.

Muitas técnicas da capsulagem são usadas no conjunto dos vários pacotes do varistor de Littelfuse. A maioria de radiais e alguns dispositivos industriais (série do HA) são cola Epoxy revestida em um leito fluidizado, visto que a cola Epoxy “é girada” no dispositivo axial.

Os radiais estão igualmente disponíveis com os revestimentos fenólicos aplicados usando um processo molhado. O pacote da série do PA consiste no plástico moldado em torno de um subconjunto de disco de 20mm. Os dispositivos são tudo da série do RA, da Dinamarca e do DB similares que todos estão compostos dos discos ou das microplaquetas, com as abas ou as ligações, encerradas em um escudo plástico moldado enchido com a cola Epoxy. Os estilos diferentes do pacote permitem a variação em avaliações da energia, assim como na montagem mecânica.

DIMENSÕES CERÂMICAS DA TABELA 2. BY-TYPE

PACOTE
TIPO
SÉRIE DIMENSÕES CERÂMICAS
Montagem de superfície sem chumbo CH, † de AUML, ML do †, † de MLE, série do † de MLN microplaqueta de 5mm x de 8mm, 0603, 0805, 1206, 1210, 1812, 2220
Leaded axial Série do miliampère disco do diâmetro de 3mm
Radial Leaded ZA, LA, C-III, ® DE TMOV,
mim ® de TMOV, ™ de UltraMOV, série do ® de TMOV25S
5mm, 7mm, 10mm, 14mm, discos do diâmetro de 20mm
Encaixotado, perfil baixo Série do RA 5mm x 8mm, 10mm x 16mm, 14 x 22 lasca-se
Pacotes industriais VAGABUNDOS, série do BB
A Dinamarca, série do DB
Série de DHB
HA, série do HB
HC, série do HF
Série do hectograma
32mm, disco do diâmetro de 40mm, disco quadrado de 34mm, disco do diâmetro de 40mm, disco do diâmetro de 60mm
Discos industriais Série de CA discos do diâmetro de 60mm

 

Figure (abaixo) detalhes da construção da mostra 9A, 9B e 9C de alguns pacotes do varistor de Littelfuse. As dimensões do cerâmico, pelo tipo do pacote, estão acima na tabela 2.

Figure_9A.Cruz do _- _of_MA_Series da seção

FIGURA 9A. SEÇÃO TRANSVERSAL DA SÉRIE DO MILIAMPÈRE

 

Figure_9B.Cruz do _- _of_Radial_Lead_Package da seção

FIGURA 9B. SEÇÃO TRANSVERSAL DO PACOTE RADIAL DA LIGAÇÃO

 

_Pictorial_View_of_High_Energy_DA de Figure_9C., _DB_and_BA-BB_Series

FIGURA 9C. IDEIA PICTÓRICO DO DE ALTA ENERGIA A DINAMARCA, DB E SÉRIE DE BA/BB

 

Características elétricas do varistor VI da caracterização

Girando agora para a região atual alta da subida em figura 10, nós vemos que o comportamento VI aproxima uma característica ôhmica. O valor de limitação da resistência depende em cima da condutibilidade elétrica do corpo das grões semiconducting de ZnO, que têm concentrações de portador na escala de 1017 a 1018 por cm3. Isto poria a resistividade de ZnO abaixo de 0.3Ωcm.

. _Typical_Varistor_V-I_Curve_Plotted_On_Log-Log_Scale Figure_10

FIGURA 10. CURVA TÍPICA DO VARISTOR VI TRAÇADA NA ESCALA DO LOG-LOG

As características elétricas do varistor são indicadas convenientemente usando o formato do log-log a fim mostrar a vasta gama da curva VI. O formato do log igualmente é mais claro do que uma representação linear que tenda a exagerar a não-linearidade em proporção à escala atual escolhida. VI típico uma curva característica é mostrada em figura 10. Este lote mostra uma escala mais larga da corrente do que é fornecido normalmente em folhas de dados do varistor a fim ilustrar três regiões distintas de operação elétrica.

 

Modelo do circuito equivalente

Um modelo bonde para o varistor pode ser representado pelo circuito equivalente simplificado de figura 11.

. _Varistor_Equivalent_Circuit_Model Figure_11

FIGURA 11. MODELO DO CIRCUITO EQUIVALENTE DO VARISTOR

 

Região do escapamento de operação

A baixos níveis atuais, a curva VI aproxima um relacionamento (ôhmico) linear e mostras uma dependência significativa da temperatura. O varistor reage de um modo alto da resistência (que aproxima 109 Ω) e aparece como um circuito aberto. O componente não-linear da resistência (RX) pode ser ignorado porque (RFORA) paralelamente predominará. Também, (RSOBRE) seja insignificante comparado a (RFORA).

. _Equivalent_Circuit_at_Low_Currents Figure_12

FIGURA 12. CIRCUITO EQUIVALENTE EM BAIXAS CORRENTES

Para um dispositivo dado do varistor, a capacidade permanece aproximadamente constante sobre uma vasta gama de tensão e de frequência na região do escapamento. O valor da capacidade deixa cair apenas ligeiramente enquanto a tensão é aplicada ao varistor. Porque a tensão aproxima a tensão nominal do varistor, a capacidade diminui. A capacidade permanece quase constante com mudança da frequência até 100 quilohertz. Similarmente, a mudança com temperatura é pequena, o valor 25°C da capacidade que é bem com +/--10% do -40°C a +125°C.

O efeito de temperatura da curva VI característica na região do escapamento é mostrado em figura 13. Uma dependência distinta da temperatura é notada.

. _Temperature_Dependence_of_the_Characteristic_Curve_in_the_Leakage_Region Figure_13

FIGURA 13. DEPENDÊNCIA DA TEMPERATURA DA CURVA CARACTERÍSTICA NA REGIÃO DO ESCAPAMENTO

A relação entre a corrente do escapamento (i) e a temperatura (T) é

Varistors_Technology_Equation_3

A variação da temperatura, de fato, corresponde a uma mudança dentro (RFORA). Contudo, (RFORA) as sobras em uma resistência alta avaliam mesmo em temperaturas elevados. Por exemplo, está ainda na escala de 10MΩ a 100MΩ em 125°C.

Embora (RFORA) seja uma resistência alta varia com frequência. O relacionamento é aproximadamente linear com frequência inversa.

Se contudo, a combinação paralela de (RFORA) e (o °C) é predominantemente capacitivo em alguma frequência do interesse. Isto é porque o reactance capacitivo igualmente varia aproximadamente linearmente com 1/f.

Em umas correntes mais altas, e acima da escala do miliampère, a variação da temperatura torna-se mínima. O lote do coeficiente de temperatura (dV/dT) é dado em figura 14. Deve-se notar que o coeficiente de temperatura é negativo (-) e diminuições como a corrente aumenta. Na escala de aperto da tensão do varistor (I > 1A), a dependência da temperatura aproxima zero.

Figure_14. _Relation_of_Temperature_Coefficient_DV/DT_to_Varistor_Current

FIGURA 14. RELAÇÃO DO COEFICIENTE DE TEMPERATURA DV/DT À CORRENTE DO VARISTOR

 

Região nominal do varistor de operação

A característica do varistor segue a equação:

Mim = quilovolta, onde (k) é uma constante e o exponente (a) define o grau de não-linearidade. A alfa é uma figura de mérito e pode ser determinada da inclinação da curva VI ou calculada da fórmula:

Varistor_Technology_Equation_4

Nesta região o varistor está conduzindo e RX predominará sobre C, Rno andROFF. RX transforma-se muitos ordens de grandeza menos do que RFORA DE mas permanece-se maior do que RSOBRE.

. _Equivalent_Circuit_at_Varistor_Conduction Figure_15

FIGURA 15. CIRCUITO EQUIVALENTE NA CONDUÇÃO DO VARISTOR

Durante a condução a tensão do varistor permanece relativamente constante para uma mudança na corrente de diversos ordens de grandeza. De fato, a resistência do dispositivo, RX, está mudando em resposta à corrente. Isto pode ser observado examinando a resistência estática ou dinâmica em função da corrente. A resistência estática é definida perto:

Varistor_Technology_Equation_5

Os lotes de valores típicos da resistência contra a corrente (i) são dados na figura 16A e 16B.

_Rx_Static_Varistor_Resistance_Figure de Figure_16A.

FIGURA 16A. FIGURADA RESISTÊNCIA DO VARISTOR DA ESTÁTICA DE RX

 

_Zx_Dynamic_Varistor_Resistance de Figure_16B.

FIGURA 16B. RESISTÊNCIA DINÂMICA DO VARISTOR DE ZX

 

Região da subida de operação

Nas correntes altas, aproximando a avaliação máxima, o varistor aproxima procurar um caminho mais curto. A curva parte da relação não-linear e aproxima o valor da resistência maioria material, sobre 1Ω-10Ω. A subida ocorre como RXapproaches o valor de RSOBRE. O resistor R representaSOBRE a resistência maioria do ZNENHUMAS grões. Esta resistência é linear (que aparece porque uma inclinação mais íngreme no lote do log) e ocorre nas correntes 50à 50,000A, segundo o tamanho do varistor.

. _Equivalent_Circuit_At_Varistor_Upturn Figure_17

FIGURA 17. CIRCUITO EQUIVALENTE NA SUBIDA DO VARISTOR

 

Velocidade de efeitos da resposta e da taxa

A ação do varistor depende de um mecanismo da condução similar àquele de outros dispositivos de semicondutor. Por este motivo, a condução ocorre muito rapidamente, sem a retardação de tempo aparente – mesmo na escala de (ns) do nanossegundo. Figura 18, mostras uma fotografia composta de dois traços da tensão com e sem um varistor introduzido em um gerador de impulso muito baixo da indutância. O segundo traço (que não é sincronizado com o primeiro, mas sobreposto meramente na tela do osciloscópio) mostra que a tensão que aperta o efeito do varistor ocorre em menos de 1,0 ns.

. _Pulse do _Response_of_a_ZnO_Varistor_to_a_Fast_Rise_Time_ Figure_18 (500ps)

FIGURA 18. RESPOSTA De um VARISTOR de ZnO A UM PULSO RÁPIDO do TEMPO de ELEVAÇÃO (500ps)

Nos dispositivos ligação-montados convencionais, a indutância das ligações mascararia completamente a ação rápida do varistor; consequentemente, o circuito do teste para figura 18, inserção exigida de uma parte pequena de material do varistor em uma linha coaxial para demonstrar a resposta intrínseca do varistor.

Os testes feitos na ligação montaram dispositivos, mesmo com muita atenção ao comprimento de minimização da ligação, mostram que as tensões induzidas no laço formado pelas ligações contribuem uma parte substancial da tensão que aparece através dos terminais de um varistor na elevação atual altamente atual e rápida. Felizmente, as correntes que podem ser entregadas por uma fonte transiente são invariavelmente mais lentas no tempo de elevação do que os transeuntes observados da tensão. As aplicações mais frequentemente encontradas para varistores envolvem tempos de elevação atuais mais por muito tempo do que 0.5μs.

A taxa--elevação da tensão não é o melhor termo para usar-se quando discutindo a resposta de um varistor a um impulso rápido (diferenças de faísca desiguais onde uma estadia finita seja envolvida no interruptor de não condutor ao estado de condução). O tempo de resposta do varistor à corrente transiente que um circuito pode entregar é a característica apropriada a considerar.

A característica VI da figura 19A, mostras como a resposta do varistor é afetada pela forma de onda atual. De tais dados, um efeito do “overshoot” pode ser definido como sendo o aumento relativo na tensão máxima que aparece através do varistor durante uma elevação atual rápida, usando a onda 8/20μs atual convencional como a referência. Figure 19B, mostre a variação de aperto típica da tensão com tempo de elevação para vários níveis atuais.

FIGURA 19. RESPOSTA DE VARISTORES DE LEAD-MOUNTED À FORMA DE ONDA ATUAL

_V-I_Characteristics_for_Various_Current_Rise_Times de Figure_19A.

FIGURA 19A. VI CARACTERÍSTICAS POR VÁRIOS TEMPOS ATUAIS DA ELEVAÇÃO

 

Figure_19B. _Overshoot_Defined_With_Reference_To_The_Basic_8/20_Current_Pulse

FIGURA 19B. OVERSHOOT DEFINIDO COM REFERÊNCIA AO BASIC 8/20? PULSO ATUAL de s

 

Como conectar um varistor de Littelfuse

Os supressores transientes podem ser expostos às durações altas das correntes para breve nos nanossegundos ao prazo do milissegundo.

Os varistores de Littelfuse são conectados paralelamente à carga, e toda a queda de tensão no conduz ao varistor reduzirá sua eficácia. Os melhores resultados são obtidos usando as ligações curtos que são próximas junto reduzir tensões induzidas e uma baixa resistência ôhmica para reduzir I • Gotas de R.

Fase monofásica

Figure_23.

FIGURA 23.

Esta é a proteção a mais completa uma pode selecionar, mas em muitos casos somente o varistor 1 ou o varistor 1 e 2 são selecionados.

Figure_24.

FIGURA 24.

Trifásico

Figure_24A._3_Phase_220V_380V, _Ungrounded

FIGURA 25A. 3 FASE 220V/380V, INFUNDADA

 

Figure_25B._3_Phase_220V_or_380V, _Ungrounded

FIGURA 25B. 3 FASE 220V OU 380V, INFUNDADO

 

Figure_25C._3_Phase_220V, _One_Phase_Grounded

FIGURA 25C. 3 FASE 220V, UMA FASE ATERRADA

 

Figure_25D._3_Phase_220V

FIGURA 25D. 3 FASE 220V

 

Figure_25E._3_Phase_120V_208V, _4-Wire

FIGURA 25E. 3 FASE 120V/208V, 4-WIRE

 

Figure_25F._3_Phase_240V_415V

FIGURA 25F. 3 FASE 240V/415V

 

Para umas mais altas tensões use as mesmas conexões, mas varistores seletos para a avaliação apropriada da tensão.

Aplicação da C.C.

As aplicações da C.C. exigem a conexão entre o sinal de adição e menos ou mais e a terra e menos e a terra.

Por exemplo, se um transeunte para a terra existe em todos os 3 supressores transientes das fases (transeuntes comuns do modo) somente conectado fase à terra absorveria a energia. Os supressores transientes conectados fase à fase não seriam eficazes.

. _Common_Mode_Transient_and_Correct_Solution Figure_26

FIGURA 26. SOLUÇÃO TRANSIENTE E CORRETA DO MODO COMUM

Por outro lado se um modo diferencial do transeunte (fase à fase) existe então supressores transientes conectado fase à fase seja a solução correta.

. _Differential_Mode_Transient_and_Correct_Solution Figure_27

FIGURA 27. SOLUÇÃO TRANSIENTE E CORRETA DO MODO DIFERENCIAL

Esta é apenas uma seleção de algumas das variações mais importantes em conectar supressores transientes.

A aproximação lógica é conectar o supressor transiente entre os pontos da diferença potencial criada pelo transeunte. O supressor então igualará ou reduzirá estes potenciais abaixar e níveis inofensivos.

 

Termos e definições do varistor

Definições (IEEE C62.33 padrão, 1982)

Uma característica é uma propriedade inerente e mensurável de um dispositivo. Tal propriedade pode ser elétrica, mecânica, ou térmica, e pode ser expressada como um valor para circunstâncias indicadas.

Uma avaliação é um valor que estabeleça uma capacidade de limitação ou uma condição de limitação (máximo ou mínimo) para o funcionamento de um dispositivo. É determinada para valores especificados do ambiente e da operação. As avaliações indicam um nível de esforço que possa ser aplicado ao dispositivo sem causar a degradação ou a falha. Os símbolos do varistor são definidos no gráfico VI linear ilustrado em figura 20.

. _I-V_Graph_Illustrating_Symbols_and_Definitions Figure_20

FIGURA 20. IV GRÁFICO QUE ILUSTRA SÍMBOLOS E DEFINIÇÕES

 

Dispositivo de aperto da tensão

Um dispositivo de aperto, tal como um MOVIMENTO, refere uma característica em que a resistência eficaz muda de uma elevação ao baixo estado em função de tensão aplicada. Em seu estado condutor, uma ação do divisor de tensão é estabelecida entre o dispositivo de aperto e a impedância da fonte do circuito. Os dispositivos de aperto são geralmente dispositivos “dissipative”, convertendo muita da energia elétrica transiente ao calor.

Escolher o supressor o mais apropriado depende em cima de um equilíbrio entre a aplicação, sua operação, as ameaças transientes da tensão esperadas e os níveis da sensibilidade dos componentes que exigem a proteção. O estilo do fatora de formulários/pacote igualmente deve ser considerado.

 

Teste a forma de onda

A níveis da altamente atuais e energia, as características do varistor são medidas, necessariamente, com uma forma de onda do impulso. São mostrados em figura 21, o waveshape C62.1 padrão do ANSI, um representante da forma de onda exponencialmente da deterioração de impulsos de relâmpago e a descarga da energia armazenada em circuitos reativos.

A onda 8/20μs atual (elevação 8μs e 20μs à deterioração de 50% do valor máximo) é usada como um padrão, com base em práticas da indústria, porque as características e as avaliações descritas. Uma exceção é a avaliação da energia (WTM), onde uma forma de onda mais longa de 10/1000μs é usada. Esta circunstância é mais representativa dos impulsos do de alta energia experimentados geralmente da descarga indutiva dos motores e dos transformadores. Os varistores são avaliados para um impulso máximo da energia de pulso que r