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Aperçu de varistance 

 

Pour assurer l'opération fiable, la suppression passagère de tension devrait être considérée comme aux parties du processus de conception. Ceci peut être une tâche complexe car les composants électroniques sont de plus en plus sensibles aux coupures électriques égarées. Le concepteur doit définir les types de menaces passagères et déterminer quelles applications sont nécessaires tout en répondant aux normes et aux normes d'agence de produit.

Des varistances sont de plus en plus utilisées comme solution de première ligne pour la protection passagère de montée subite. Littelfuse fournit l'expertise au concepteur et offre la plus large gamme des technologies de protection de circuit pour choisir de.

Les varistances de Littelfuse sont disponibles sous un grand choix de formes pour servir un large éventail d'applications. Les options incluent les dispositifs multicouche du dispositif antiparasite de bâti extérieur ultra petit (MLV) pour de petites applications de l'électronique, et de varistance de milieu de gamme traditionnels (MOVs) et de varistance axiaux pour la protection de petites machines, de sources d'énergie et de composants. Littelfuse offre également un plus grand bâti terminal MOVs pour des applications industrielles.

Une innovation plus récente l'au produit de Littelfuse, adresse de MLVs par partie spécifique du spectre passager de tension – l'environnement de niveau de la carte de circuit où, bien qu'inférieur dans l'énergie, des coupures d'ESD, la commutation de charge inductive, et même des restes de montée subite de foudre atteindrait autrement les circuits intégrés sensibles. Chacun de ces événements peut se rapporter à la compatibilité électromagnétique (EMC) d'un produit, ou à son immunité aux coupures qui pourraient causer des dommages ou le défaut de fonctionnement.

Littelfuse offre cinq versions distinctes de MLVs comprenant le dispositif antiparasite d'ESD de série de MHS pour des débits élevés, la série de ml que qui soutient la plus large gamme d'application, la série de MLE destinée à l'ESD tout en fournissant le filtre fonctionne, la rangée de quadruple de série de MLN dans un 1206 et 0805 ébrèchent et la série d'AUML caractérisée pour les coupures spécifiques a trouvé dans les systèmes électroniques des véhicules à moteur.

Les dispositifs montables extérieurs de MOUVEMENTS (varistance) facilitent des coutumes dans l'assemblage de SMT et résolvent le problème de limitation de l'espace de carte PCB. Ils sont ré-écoulement et ondulent solderable et incluent la série de ch, de SM7, de SM20, de MLE, de MHS, de ml, et de MLN.

Les dispositifs radiaux traditionnels de MOUVEMENTS d'à travers-trou (varistance) sont disponibles de diamètre de 5mm, de 7mm, de 10mm, de 14mm, de 20mm et de 25mm. Ils sont adaptés pour assurer la protection de montée subite de tension pour une grande variété d'applications et incluent le C-III, l'iTMOV, les séries de LA, de TMOV, de RA, d'UltraMOV, d'UltraMOV25S, et de ZA.

Les varistances nues de disque sont les éléments de grande énergie industriels. Elles sont conçues pour des applications spéciales exigeant le contact électrique unique ou empaquetant des méthodes demandées par des clients. Les séries de CA de dispositifs antiparasites de montée subite passagers sont les varistances de grande énergie industrielles de disque (MOVs) destinées aux applications spéciales exigeant le contact électrique unique ou empaquetant des méthodes fournies par le client.

Varistance protecteurs thermiques (TMOVs) sont conçus pour répondre à des exigences anormales de surtension de l'UL 1449. Ils peuvent être vague soudée sans n'importe quel besoin d'assemblages spéciaux ou chers et inclure l'iTMOV, des séries de TMOV, de TMOV25S, et de TMOV34S.

Les varistances industrielles de haute énergie fournissent une estimation beaucoup plus élevée de montée subite et d'énergie que MOVs régulier (varistance) et possèdent également de divers terminaux pour adapter différents demandes ou états d'assemblée. Elles incluent la série de BA, de BB, de CA, du DA, d'ha, de HB34, de HC, de HF34, de HG34, de TMOV34S, d'UltraMOV25S, de C-III, de FBMOV, et de TMOV25S.

La spécialité MOVs (varistance) sont disponible dans des ajustements uniques de forme et possèdent la diverses gamme de tension et capacités de crête. Elles incluent la série de C-III, de FBMOV, de mA, et de RA.

Les varistances intégrées se composent d'un bloc constitutif de la varistance 40kA (MOUVEMENT) avec un élément thermiquement activé d'intégrale. Ces dispositifs sont identifiés comme type 1 indépendant SPD par l'UL.

La série de Littelfuse FBMOV thermiquement protégée et réduisante non la varistance en fragments représente une nouveauté dans la protection de circuit. Elle se compose d'un bloc constitutif de la varistance 40kA (MOUVEMENT) avec un élément thermiquement activé d'intégrale conçu pour s'ouvrir en cas de la surchauffe due à la surtension anormale, conditions actuelles limitées.

Les usines de Littelfuse pour des dispositifs de PolySwitch sont 16949:2009 d'ISO/TS et 9001:2008 d'OIN certifié.

 

 

 

Introduction à la suppression de surtension

 

Des coupures de tension sont définies en tant que montées subites de durée d'énergie électrique et sont le résultat de la libération d'énergie soudaine qui a été précédemment stockée, ou induite par des autres moyens, tels que les charges inductives ou les grèves surprise lourdes. Dans des circuits électriques ou électroniques, cette énergie peut être sortie d'une façon prévisible par l'intermédiaire des actions commandées de commutation, ou être aléatoirement induite dans un circuit des sources externes.

Des coupures qu'on peut répéter sont fréquemment provoquées par l'opération des moteurs, des générateurs, ou de la commutation des composants de circuit réactifs. Des coupures aléatoires, d'autre part, sont souvent provoquées par la foudre (le schéma 1) et décharge électrostatique (ESD) (le schéma 2). La foudre et l'ESD se produisent généralement de manière imprévisible, et peuvent exiger de la surveillance élaborée d'être exactement mesurés, particulièrement s'induit au niveau de la carte de circuit. Les groupes nombreux de normes de l'électronique ont analysé des occurrences passagères de tension suivre des méthodes admises de surveillance ou d'essai. Les caractéristiques principales de plusieurs coupures sont montrées ci-dessous dans le tableau 1.

. _Lightning_Transient_Waveform Figure_1

Forme d'onde de transiteur de foudre du schéma 1.

  TENSION ACTUEL TEMPS DE MONTÉE DURÉE
Allumage 25kV 20kA 10µs 1ms
Changement 600V 500A 50µs 500ms
IEM 1kV 10A 20ns 1ms
ESD 15kV 30A <1ns> 100ns

Tableau 1. Exemples des sources et de la grandeur passagères

Caractéristiques des pointes de tension passagères

Les pointes de tension passagères montrent généralement une « double » forme de vague exponentielle, représentée sur le schéma 1 pour la foudre et le schéma 2 pour l'ESD. Le temps de montée exponentiel de la foudre est dans la gamme 1.2µs à 10µs (essentiellement 10% 90%) et la durée est de l'ordre de 50µs à 1000µs (50% de valeurs de crête). L'ESD d'autre part, est un événement de durée beaucoup. Le temps de montée a été caractérisé à moins de 1 NS. La durée globale est approximativement 100ns.

. _ESD_Test_Waveform Figure_2

Forme d'onde d'essai d'ESD du schéma 2.

Pourquoi les coupures sont-elles de préoccupation croissante ?

La miniaturisation composante a eu comme conséquence la sensibilité accrue aux efforts électriques. Les microprocesseurs par exemple, ont des structures et des chemins conducteurs qui ne peuvent pas manipuler les courants élevés des coupures d'ESD. De tels composants fonctionnent aux tensions très basses, ainsi des perturbations de tension doivent être commandées pour empêcher l'interruption de dispositif et les échecs latents ou catastrophiques. Des dispositifs sensibles tels que des microprocesseurs sont adoptés à un taux exponentiel. Les microprocesseurs commencent à ne jamais effectuer des opérations transparentes avant imaginé. Tout des appareils ménagers, tels que des lave-vaisselle, aux contrôles et même aux jouets industriels, ont augmenté l'utilisation des microprocesseurs d'améliorer la fonctionnalité et l'efficacité.

Les véhicules utilisent maintenant beaucoup de systèmes de l'électronique pour commander le moteur, climat, freinant et, dans certains cas, des commandes de direction. Certaines des innovations sont conçues pour améliorer l'efficacité, mais beaucoup sont sécuritaires, comme des systèmes de contrôle d'ABS et de traction. Plusieurs des caractéristiques dans les appareils et des automobiles utilisent les modules qui présentent des menaces passagères (telles que les moteurs électriques). Est non seulement l'environnement général hostile, mais l'équipement ou l'appareil peut également être des sources des menaces. Pour cette raison, la conception de circuit soigneuse et l'utilisation correcte de la technologie de protection de surtension amélioreront considérablement la fiabilité et la sécurité de l'application de fin. Le tableau 2 montre la vulnérabilité de diverses technologies composantes.

Type de dispositif Vulnérabilité (volts)
VMOS 30-1800
Transistor MOSFET 100-200
GaAsFET 100-300
EPROM 100
JFET 140-7000
CMOS 250-3000
Diodes de Schottky 300-2500
Transistors bipolaires 380-7000
Thyristor 680-1000

GAMME DU TABLEAU 2. DE LA VULNÉRABILITÉ DE DISPOSITIF.

Scénarios passagers de tension

ESD (décharge électrostatique)

La décharge électrostatique est caractérisée par des temps de montée très rapides et des tensions et des courants de crête très élevée. Cette énergie est le résultat d'un déséquilibre des charges positives et négatives entre les objets.

Sont ci-dessous quelques exemples des tensions qui peuvent être produites, selon l'hygrométrie (RH) :

  • Marche à travers un tapis :
    35kV @ RHÉSUS = 20% ; 1.5kV @ RHÉSUS = 65%
     
  • Marche à travers un plancher de vinyle :
    12kV @ RHÉSUS = 20% ; 250V @ RHÉSUS = 65%
     
  • Travailleur à un banc :
    6kV @ RHÉSUS = 20% ; 100V @ RHÉSUS = 65%
     
  • Enveloppes de vinyle :
    7kV @ RHÉSUS = 20% ; 600V @ RHÉSUS = 65%
     
  • Poly sac sélectionné du bureau :
    20kV @ RHÉSUS = 20% ; 1.2kV @ RHÉSUS = 65%

En référence au tableau 2 à la page précédente, il peut voir que l'ESD qui est produit par des activités quotidiennes peut fortement surpasser le seuil de vulnérabilité des technologies des semiconducteurs standard. Le schéma 2 montre la forme d'onde d'ESD comme défini dans les spécifications d'essai du CEI 61000-4-2.

Commutation de charge inductive

La commutation des charges inductives produit des coupures de haute énergie qui augmentent dans la grandeur avec de plus en plus des charges lourdes. Quand la charge inductive est coupée, le champ magnétique s'effondrant est converti en énergie électrique qui prend la forme d'une double coupure exponentielle. Selon la source, ces coupures peuvent être aussi grandes que des centaines de volts et des centaines d'ampères, avec des temps de durée de 400ms.

Les sources typiques des coupures inductives sont :

  • Générateur
  • Moteur
  • Relais
  • Transformateur

Ces exemples sont extrêmement communs dans les systèmes électriques et électroniques. Puisque les tailles des charges varient selon l'application, la forme de vague, la durée, le courant de pointe et la tension de crête sont toutes les variables qui existent dans des coupures de monde réel. Une fois que ces variables peuvent être rapprochées, une technologie appropriée de dispositif antiparasite peut être choisie.

. _Automotive_Load_Dump Figure_3

Décharge des véhicules à moteur de charge du schéma 3.

Coupures induites par foudre

Quoiqu'une grève directe soit clairement destructive, les coupures induites par la foudre ne sont pas le résultat d'une grève directe. Quand une grève surprise se produit, l'événement crée un champ magnétique qui peut induire des coupures d'une grandeur considérable en câbles électriques voisins.

Schéma 4, expositions comment une grève de nuage-à-nuage effectuera non seulement des câbles de RHead d'ove, mais câbles également enterrés. Même une grève 1 mille d'éloignée (1.6km) peut produire de 70V en câbles électriques.

. _Cloud-to-Cloud_Lightning_Strike Figure_4

Grève surprise de Nuage-à-nuage du schéma 4.

Le schéma 5, sur la page suivante, expositions l'effet d'une grève de la nuage-à-terre : l'effet passager-produisant est bien plus grand.

. _Cloud-to-Ground_Lightning_Strike Figure_5

Grève surprise de la Nuage-à-terre du schéma 5.

Schéma 6, expositions une forme d'onde actuelle typique pour des perturbations induites de foudre.

. _Peak_Pulse_Current_Test_Waveform Figure_6

Forme d'onde actuelle d'essai d'impulsion maximale du schéma 6.

Solutions technologiques pour des menaces passagères

En raison des divers types des coupures et d'applications, il est important d'assortir correctement la solution de suppression aux différentes applications. Littelfuse offre la plus large gamme des technologies de protection de circuit pour s'assurer que vous obtenez la solution appropriée pour votre application. Veuillez consulter notre bibliothèque en ligne des notes d'application et des notes de conception pour plus d'informations sur les questions de conception communes produites chez http://www.littelfuse.com.

Varistance et varistances multicouche

Les varistances sont tension dépendante, les dispositifs non linéaires qui ont des caractéristiques électriques semblables aux diodes Zener dos à dos. Elles se composent principalement de ZNON avec de petites additions d'autres oxydes métalliques tels que le bismuth, le cobalt, le magnèse et d'autres. Ou le « MOUVEMENT » de varistance est aggloméré pendant l'opération de fabrication dans un semi-conducteur en céramique et des résultats dans une microstructure cristalline qui permet à MOVs d'absorber des niveaux très élevés d'énergie passagère à travers la partie entière du dispositif. Par conséquent, MOVs sont typiquement employés pour la suppression de la foudre et d'autres transiteurs de haute énergie ont trouvé dans la ligne applications industrielle ou à C.A. En plus, MOVs sont employés dans des circuits de C.C tels que les alimentations BT et les applications d'automobile. Leur processus de fabrication permet beaucoup de différents facteurs de forme avec le disque plombé radial étant le plus commun.

Des varistances multicouche ou le MLVs sont construits avec de ZAUCUN matériel semblable à MOVs standard, cependant, elles sont fabriquées avec des couches entrelacées d'électrodes en métal et fournies en paquets en céramique sans plomb. Comme avec MOVs standard, transition de Multilayers d'un à grande impédance à un état de conduction une fois soumis aux tensions qui dépassent leur estimation de tension nominale. MLVs sont construits dans divers formats de puce et sont capable de l'énergie significative de montée subite pour leur taille physique. Ainsi, la ligne de données et la suppression d'alimentation d'énergie sont réalisées avec une technologie.

Les paramètres suivants appliquent aux varistances et/ou aux varistances multicouche et devraient être compris par le concepteur de circuit pour choisir correctement un dispositif pour une application donnée.

 

 

Introduction à la technologie de varistance

La constitution de varistance se compose d'une matrice de conducteurAUCUN grains de Z a séparé par des joints de grain fournissant des caractéristiques de semi-conducteur de jonction de PN. Ces frontières sont responsables de bloquer la conduction à de basses tensions et sont la source de conduction électrique non linéaire à des tensions plus élevées.

 

CARACTÉRISTIQUE TYPIQUE DE LA VARISTANCE VI DU SCHÉMA 1.

 

Figure_1. _Typical_Varistor_V-I_Characteristic

Les caractéristiques symétriques et pointues de panne représentées sur le schéma 1, permettent à la varistance de fournir l'excellente représentation passagère de suppression. Une fois exposée aux coupures à haute tension l'impédance de varistance change beaucoup d'ordres de grandeur d'un circuit ouvert proche en niveau fortement conducteur, de ce fait maintenant la tension passagère en niveau sûr. L'énergie potentiellement destructive de l'impulsion passagère entrante est absorbée par la varistance, protégeant de ce fait les composants de circuit vulnérables.

Puisque la conduction électrique se produit, en effet, entre ZAUCUN grains distribués dans toute la partie du dispositif, la varistance de Littelfuse est en soi plus rocailleuse que ses homologues simples de jonction de PN, telles que des diodes Zener. Dans la varistance, de l'énergie est absorbée uniformément dans tout le corps du dispositif avec le chauffage résultant écarté même par son volume. Des propriétés électriques sont commandées principalement par les dimensions physiques du corps de varistance qui est aggloméré dans divers facteurs de forme tels que des disques, des puces et des tubes. L'estimation d'énergie est déterminée par le volume, l'estimation de tension par épaisseur ou longueur de trajet actuelle d'écoulement, et la capacité actuelle par normale mesurée par secteur à la direction de l'écoulement actuel.

 

Propriétés physiques

MOVs sont conçus pour protéger les circuits sensibles contre les coupures externes (foudre) et les coupures internes (commutation de charge inductive, commutation de relais et décharges de condensateur). Et d'autres coupures de haut niveau trouvées dans la ligne application industrielle, à C.A. ou les coupures de niveau plus bas trouvées dans le C.C des véhicules à moteur rayent des applications avec l'estimation de courant de pointe s'étendant de 20A à 500A et l'estimation maximale d'énergie de 0.05J - 2.5J.

Une propriété attrayante des MOUVEMENTS est que les caractéristiques électriques sont liées à la partie du dispositif. Chaque grain de ZnO des actes en céramique comme si il a une jonction de semi-conducteurs au joint de grain. Une section transversale du matériel est montrée sur le schéma 2, qui montre la microstructure en céramique. Des varistances sont fabriquées en formant et en agglomérant les poudres basées sur oxyde de zinc dans les pièces en céramique. Ces pièces electroded alors avec de l'argent de couche épaisse ou l'arc/métal pulvérisé les flammes.

On peut clairement observer les joints de grain de ZnO. Puisque le comportement électrique non linéaire se produit à la frontière de chaque grain semi-conducteur de ZnO, la varistance peut être considérée un dispositif de « multi-jonction » composé de beaucoup de série et de connexions parallèles des joints de grain. Le comportement de dispositif peut être analysé en ce qui concerne les détails de la microstructure en céramique. La distribution moyenne de grosseur du grain et de grosseur du grain jouent un rôle important dans le comportement électrique.

. _Optical_Photomicrograph_of_a_Polished_and_Etched_Section_of_a_Varistor Figure_2

PHOTOMICROGRAPHE OPTIQUE DU SCHÉMA 2. D'UNE SECTION POLIE ET GRAVÉE À L'EAU-FORTE D'UNE VARISTANCE

 

Microstructure de varistance

La partie de la varistance entre les contacts est composée des grains de ZnO d'une taille moyenne « d » suivant les indications du modèle schématique de la résistivité du schéma 3. du ZnO est <0>

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

DESCRIPTION DE SCHÉMA DU SCHÉMA 3. DE LA MICROSTRUCTURE D'A
VARISTANCE D'OXYDE MÉTALLIQUE, GRAINS de CONDUIRE ZnO (MOYENNE
La TAILLE d) SONT SÉPARÉES PAR DES FRONTIÈRES INTERGRANULAIRES.

Concevoir une varistance pour une tension nominale donnée de varistance, (VN), est fondamentalement une question de choisir l'épaisseur de dispositif tels que le nombre approprié de grains, (n), sont en série entre les électrodes. Dans la pratique, le matériel de varistance est caractérisé par un gradient de tension mesuré à travers son épaisseur par une valeur spécifique de volts/mm. En commandant la composition et en fabriquant des conditions le gradient demeure fixe. Puisqu'il y a des limites pratiques à la gamme des épaisseurs réalisables, plus d'une valeur de gradient de tension est désirée. En changeant la composition des additifs d'oxyde de métal il est possible de changer le grosseur du grain « d » et de réaliser l'effet désiré.

Une propriété fondamentale de la varistance de ZnO est que la chute de tension à travers une interface simple « jonction » entre les grains est presque constante. Les observations sur une gamme des variations compositionnelles et des conditions de traitement montrent une baisse de tension fixe environ de 2V-3V par jonction de joint de grain. En outre, la chute de tension ne varie pas pour des grains de différentes tailles. Elle suit, puis, que la tension de varistance sera déterminée par l'épaisseur du matériel et la taille des grains de ZnO. Les relations peuvent être énoncées très simplement comme suit :

Varistors-Technology-Equation-1

La tension de varistance, (VN), est définie comme tension à travers une varistance au point sur sa caractéristique VI où la transition (v) est complète de la région linéaire de bas niveau à la région fortement non linéaire. Pour la mesure standard, elle est arbitrairement définie comme tension à un courant de 1mA. Quelques valeurs typiques des dimensions pour des varistances de Littelfuse sont indiquées dans le tableau 1.

TABLEAU 1.

TENSION DE VARISTANCE GROSSEUR DU GRAIN MOYEN n GRADIENT ÉPAISSEUR DE DISPOSITIF
VOLTS MICRONS V/mm à 1mA millimètre
150VRMS 20 75 150 1,5
25VRMS 80 (note) 12 39 1,0

NOTE : Formulation de basse tension.

 

Théorie d'opération

En raison de la nature polycristalline des varistances de semi-conducteur d'oxyde métallique, le fonctionnement physique du dispositif est plus complexe que celui des semi-conducteurs conventionnels. La mesure intensive a déterminé plusieurs des caractéristiques électriques du dispositif, et beaucoup d'effort continue à définir mieux l'opération de la varistance. Cependant du point de vue de l'utilisateur, ce n'est pas presque aussi important que comprenant les propriétés électriques de base car elles se rapportent à la construction de dispositif.

La clé à expliquer l'opération d'oxyde métallique de varistance se situe en comprenant les phénomènes électroniques se produisant près des joints de grain, ou des jonctions entre le ZAUCUN grains. Tandis qu'une partie de la théorie tôt supposait que le perçage d'un tunnel électronique produit par une deuxième couche isolante de phase aux joints de grain, opération de varistance est probablement meilleur décrit par une disposition en série-parallèle des diodes semi-conductrices. Dans ce modèle, les joints de grain contiennent les états de défaut qui emprisonnent les électrons libres du Z semi-conducteur de type nAUCUN grains, de ce fait formant une couche d'arrêt de charges spatiales dans les grains de ZnO dans la région à côté des joints de grain. (Voir les notes de référence à la dernière page de cette section).

Des preuves pour des couches d'arrêt dans la varistance sont montrées sur le schéma 4, où l'inverse de la capacité par frontière carrée est tracé contre la tension appliquée par frontière. C'est le même type de comportement a observé la concentration en transporteur, N, a été déterminé à être environ 2 x 1017 par cm3. En outre, la largeur de la couche d'arrêt a été calculée pour être les unités environ 1000 d'angström. Les études simples de jonction soutiennent également le modèle de diode.

C'est ces couches d'arrêt qui bloquent la circulation des transporteurs et est responsable du comportement isolant de basse tension dans la région de fuite comme représenté sur le schéma 5. Le courant de fuite est dû à la circulation des transporteurs à travers la barrière abaissée par champ, et est thermiquement activé, au moins au-dessus environ de 25°C. pour les diodes à jonction brusques du semi-conducteur PN. Les relations sont :

Varistors_Technology_Equation_2

Là où :
(Vb) = tension de barrière,
(v) = a appliqué la tension,
(q) = charge d'électron,
(es) = constante diélectrique de semi-conducteur et
(n) = concentration en transporteur.
À partir de ces relations la concentration en transporteur de ZnO, N, a été déterminée pour être environ 2 x 1017 par cm3.

En outre, la largeur de la couche d'arrêt a été calculée pour être les unités environ 1000 d'angström. Les études simples de jonction soutiennent également le modèle de diode.

. _Capacitance-Voltage_Behavior_of_Varisotr_Resembles_a_Semiconductor_Abrupt-Junction_Reversed_Biased_Diode Figure_4

LE COMPORTEMENT DU SCHÉMA 4. CAPACITANCE-VOLTAGE DE LA VARISTANCE RESSEMBLE
UN SEMI-CONDUCTEUR ABRUPT-JUNCTION RENVERSÉ
/cm3 DÉCENTRÉ du ˜ 2 x 10 de NDde DIODE17

Schéma 5, expositions un diagramme de bande d'énergie pour une jonction de frontière-ZnO de ZnO-grain. Le grain gauche est polarisé en aval, VL, et le côté droit est toVR décentré inverse. Les largeurs de couche d'arrêt sont XL et XR, et les tailles respectives de barrière sont fL et république fédérale. La taille décentrée nulle de barrière est fO. À mesure que la polarisation de tension est augmentée, fL est diminué et la république fédérale est augmentée, menant à un abaissement de la barrière et à une augmentation de la conduction.

La taille fLde barrière d'une varistance de basse tension a été mesurée en fonction de la tension appliquée, et est présentée sur le schéma 6. La diminution rapide de la barrière à la haute tension représente le début de la conduction non linéaire.

. _Energy_Band_Diagram_of_a_ZnO-Grainboundary-ZnO_Junction Figure_5

DIAGRAMME de BANDE d'ÉNERGIE du SCHÉMA 5. d'une JONCTION de ZnO-GRAINBOUNDARY-ZnO

 

. _Thermal_Barrier_vs_Applied_Voltage Figure_6

BARRIÈRE THERMIQUE du SCHÉMA 6. contre la TENSION APPLIQUÉE

Les mécanismes de transport dans la région non linéaire sont très compliqués et sont toujours le sujet de la recherche active. La plupart des théories tirent leur inspiration de la théorie de transport de semi-conducteur et ne sont pas couvertes en détail dans ce document.

 

Construction de varistance

Le processus de fabriquer une varistance de Littelfuse est illustré dans l'organigramme du schéma 7. Le produit de départ peut différer dans la composition des oxydes additifs, afin de couvrir la gamme de tension du produit.

. _Schematic_Flow_Diagram_of_Littelfuse_Varistor_Fabrication Figure_7

ORGANIGRAMME DE SCHÉMA DU SCHÉMA 7. DE LA FABRICATION DE VARISTANCE DE LITTELFUSE

Les caractéristiques de dispositif sont déterminées au processus de compression. La poudre est pressée dans une forme d'épaisseur prédéterminée afin d'obtenir une valeur désirée de tension nominale. Pour obtenir les estimations désirées du courant de pointe et de la capacité d'énergie, le secteur d'électrode et la masse du dispositif sont variés. La gamme des diamètres accessibles dans des offres de produit de disque est énumérée ici :

Disque nominal
Diamètre-millimètre
3 5 7 10 14 20 32 34 40 62

 

Naturellement, d'autres formes, telles que des rectangles, sont également possibles en changeant simplement les matrices de presse. D'autres techniques en céramique de fabrication peuvent être employées pour faire différentes formes. Par exemple, des tiges ou les tubes sont faits par l'expulsion et la coupure à la longueur. Après la formation, les pièces de vert (c.-à-d., unfired) sont placées dans un four et aggloméré aux températures maximales au-dessus de 1200°C. l'oxyde d'ismuth de B est fondu au-dessus de 825°C, aidant au densification initial de l'en céramique polycristallin. À températures élevées, la croissance des grains se produit, formant une structure avec le grosseur du grain commandé.

Electroding fait, pour des dispositifs de radial et de puce, au moyen d'argent de couche épaisse mis le feu sur la surface en céramique. Des avances de fil ou les terminaux de courroie sont alors soudés en place. Un époxyde conducteur est employé pour se relier mène à 3mm les disques axiaux. Pour les dispositifs industriels plus grands (des disques de diamètre de 40mm et de 60mm) le matériel de contact est aluminium pulvérisé par arc, avec une survaporisation du cuivre s'il y a lieu pour donner une surface solderable.

Beaucoup de techniques d'encapsulation sont employées dans l'ensemble des divers paquets de varistance de Littelfuse. La plupart des radiaux et quelques dispositifs industriels (série d'ha) sont enduits d'époxyde dans un lit fluidisé, tandis que de l'époxyde « est tourné » sur le dispositif axial.

Les radiaux sont également disponibles avec les revêtements phénoliques appliqués utilisant un processus humide. Le paquet de série de PA se compose du plastique moulé autour d'un sous-ensemble de disque de 20mm. Les dispositifs sont tous de la série de RA, du DA et de DB semblables du fait ils tous se composent de disques ou de puces, avec des étiquettes ou des avances, emballées dans une coquille en plastique moulée remplie de l'époxyde. Les différents styles de paquet permettent la variation dans des estimations d'énergie, aussi bien que du support mécanique.

DIMENSIONS EN CÉRAMIQUE DU TABLEAU 2. BY-TYPE

PAQUET
TYPE
SÉRIE DIMENSIONS EN CÉRAMIQUE
Bâti extérieur sans plomb Ch, † d'AUML, ml de †, † de MLE, série de † de MLN puce de 5mm x de 8mm, 0603, 0805, 1206, 1210, 1812, 2220
À sorties axiales Série de mA disque de diamètre de 3mm
Radial plombé ZA, LA, C-III, ® DE TMOV,
i ® de TMOV, ™ d'UltraMOV, série de ® de TMOV25S
5mm, 7mm, 10mm, 14mm, disques de diamètre de 20mm
Profil bas enfermé dans une boîte et Série de RA 5mm x 8mm, 10mm x 16mm, 14 x 22 ébrèche
Paquets industriels BA, série de BB
Le DA, série de DB
Série de DHB
Ha, série de HB
HC, série d'à haute fréquence
Série d'hectogramme
32mm, disque de diamètre de 40mm, disque carré de 34mm, disque de diamètre de 40mm, disque de diamètre de 60mm
Disques industriels Série de CA disques de diamètre de 60mm

 

Figure (ci-dessous) les détails de construction de l'exposition 9A, 9B et 9C de quelques paquets de varistance de Littelfuse. Les dimensions de l'en céramique, par le type de paquet, sont en haut dans le tableau 2.

Figure_9A.Croix de _- _of_MA_Series de section

FIGURE 9A. SECTION TRANSVERSALE DE SÉRIE DE MA

 

Figure_9B.Croix de _- _of_Radial_Lead_Package de section

FIGURE 9B. SECTION TRANSVERSALE DE PAQUET RADIAL D'AVANCE

 

_Pictorial_View_of_High_Energy_DA de Figure_9C., _DB_and_BA-BB_Series

FIGURE 9C. VUE IMAGÉE DE HAUTE ÉNERGIE DA, DB ET SÉRIES DE BA/BB

 

Caractéristiques électriques de la varistance VI de caractérisation

Se tournant maintenant vers la région à forte intensité de reprise sur le schéma 10, nous voyons que le comportement VI approche une caractéristique ohmique. La valeur limiteuse de résistance dépend de la conductivité électrique du corps des grains semi-conducteurs de ZnO, qui ont des concentrations en transporteur de l'ordre de 1017 à 1018 par cm3. Ceci mettrait la résistivité de ZnO en-dessous de 0.3Ωcm.

. _Typical_Varistor_V-I_Curve_Plotted_On_Log-Log_Scale Figure_10

COURBE TYPIQUE DE LA VARISTANCE VI DU SCHÉMA 10. TRACÉE SUR L'ÉCHELLE DE RONDIN-RONDIN

Des caractéristiques électriques de varistance sont commodément montrées utilisant le format de rondin-rondin afin de montrer l'éventail de la courbe VI. Le format de rondin est également plus clair qu'une représentation linéaire qui tend à exagérer la non-linéarité proportionnellement à l'échelle actuelle choisie. VI typique une courbe caractéristique est montrée sur le schéma 10. Ce complot montre un éventail de courant qu'est normalement fourni sur des fiches techniques de varistance afin d'illustrer trois régions distinctes d'opération électrique.

 

Modèle de circuit équivalent

Un modèle électrique pour la varistance peut être représenté par le circuit équivalent simplifié du schéma 11.

. _Varistor_Equivalent_Circuit_Model Figure_11

MODÈLE DE CIRCUIT ÉQUIVALENT DE VARISTANCE DU SCHÉMA 11.

 

Région de fuite d'opération

Aux niveaux à faible intensité, la courbe VI approche des relations (ohmiques) linéaires et des expositions une dépendance significative de la température. La varistance est en mode de haute résistance (approchant 109 Ω) et apparaît comme circuit ouvert. Le composant non linéaire de résistance (RX) peut être ignoré parce que (R) en parallèle prédominera. En outre, (RDESSUS) soyez insignifiant comparé à (R).

. _Equivalent_Circuit_at_Low_Currents Figure_12

Le SCHÉMA 12. CIRCUIT ÉQUIVALENT À DE BAS COURANTS

Pour un dispositif donné de varistance, la capacité demeure approximativement constante au-dessus d'un large éventail de tension et de fréquence dans la région de fuite. La valeur de la capacité chute seulement légèrement pendant que la tension est appliquée à la varistance. Car la tension approche la tension nominale de varistance, la capacité diminue. La capacité demeure presque constante avec le changement de fréquence jusqu'à 100 kilohertz. De même, le changement avec la température est petit, la valeur 25°C de la capacité étant bien avec +/--10% de -40°C à +125°C.

L'effet de température de la courbe VI caractéristique dans la région de fuite est montré sur le schéma 13. Une dépendance distincte de la température est notée.

. _Temperature_Dependence_of_the_Characteristic_Curve_in_the_Leakage_Region Figure_13

Le SCHÉMA 13. LA DÉPENDANCE DE LA TEMPÉRATURE DE LA COURBE CARACTÉRISTIQUE DANS LA RÉGION DE FUITE

La relation entre le courant de fuite (i) et la température (t) est

Varistors_Technology_Equation_3

La variation de la température, en effet, correspond à un changement dedans (R). Cependant, (R) reste à une valeur de haute résistance même aux températures élevées. Par exemple, elle est toujours de l'ordre de 10MΩ à 100MΩ à 125°C.

Bien que (R) soit un de haute résistance il varie avec la fréquence. Les relations sont approximativement linéaires avec la fréquence inverse.

Si cependant, la combinaison parallèle de (R) et (le °C) est principalement capacitif à n'importe quelle fréquence d'intérêt. C'est parce que la réactance capacitive varie également approximativement linéairement avec 1/f.

À des courants plus élevés, et au-dessus derrière la gamme de mA, la variation de la température devient minimale. Le complot du coefficient de température (dV/dT) est donné sur le schéma 14. Il convient noter que le coefficient de température est négatif (-) et des diminutions comme le courant monte. Dans la gamme de fixage de tension de la varistance (I > 1A), la dépendance de la température approche zéro.

Figure_14. _Relation_of_Temperature_Coefficient_DV/DT_to_Varistor_Current

Le SCHÉMA 14. RELATION DU COEFFICIENT DE TEMPÉRATURE DV/DT AU COURANT DE VARISTANCE

 

Région nominale de varistance d'opération

La caractéristique de varistance suit l'équation :

I = le kilovolta, où (k) est une constante et l'exposant (a) définit le degré de non-linéarité. L'alpha est un facteur de mérite et peut être déterminé de la pente de la courbe VI ou calculée à partir de la formule :

Varistor_Technology_Equation_4

Dans cette région la varistance conduit et RX prédominera au-dessus de C, RSUR l'andROFF. RX devient beaucoup d'ordres de grandeur moins que ROUTRE DE mais reste allumé plus grand que R.

. _Equivalent_Circuit_at_Varistor_Conduction Figure_15

Le SCHÉMA 15. CIRCUIT ÉQUIVALENT À LA CONDUCTION DE VARISTANCE

Pendant la conduction la tension de varistance demeure relativement constante pour un changement du courant de plusieurs ordres de grandeur. En effet, la résistance de dispositif, RX, change en réponse au courant. Ceci peut être observé en examinant la résistance statique ou dynamique en fonction du courant. La résistance statique est définie par :

Varistor_Technology_Equation_5

Des complots des valeurs typiques de résistance contre le courant (i) sont donnés dans la figure 16A et 16B.

_Rx_Static_Varistor_Resistance_Figure de Figure_16A.

FIGURE 16A. CHIFFREDE RÉSISTANCE DE VARISTANCE DE CHARGE STATIQUE DE RX

 

_Zx_Dynamic_Varistor_Resistance de Figure_16B.

FIGURE 16B. RÉSISTANCE DYNAMIQUE DE VARISTANCE DE ZX

 

Région de reprise d'opération

Aux courants élevés, approchant l'estimation maximum, la varistance rapproche un court-circuit. La courbe s'écarte de la relation non linéaire et approche la valeur de la résistance en vrac matérielle, au sujet de 1Ω-10Ω. La reprise a lieu comme RXapproaches la valeur de RDESSUS. La résistance R représenteDESSUS la résistance en vrac du ZAUCUN grains. Cette résistance est linéaire (qui apparaît comme pente plus raide sur le complot de rondin) et se produit aux courants 50A à 50,000A, selon la taille de varistance.

. _Equivalent_Circuit_At_Varistor_Upturn Figure_17

Le SCHÉMA 17. CIRCUIT ÉQUIVALENT À LA REPRISE DE VARISTANCE

 

Vitesse des effets de réponse et de taux

L'action de varistance dépend d'un mécanisme de conduction semblable à celui d'autres dispositifs de semi-conducteur. Pour cette raison, la conduction se produit très rapidement, sans le délai apparent – même dans la gamme de (ns) de nanoseconde. Schéma 18, expositions qu'une photographie composée de deux traces de tension avec et sans une varistance s'est insérées dans un générateur d'impulsion très de faible induction. La deuxième trace (qui n'est pas synchronisé avec la première, mais simplement superposé à l'écran d'oscilloscope) prouve que la tension maintenant l'effet de la varistance se produit dans moins de 1,0 NS.

. _Pulse du _Response_of_a_ZnO_Varistor_to_a_Fast_Rise_Time_ Figure_18 (500ps)

Le SCHÉMA 18. RÉPONSE D'une VARISTANCE de ZnO À UNE IMPULSION RAPIDE du TEMPS DE MONTÉE (500ps)

Dans les dispositifs avance-montés conventionnels, l'inductance des avances masquerait complètement l'action rapide de la varistance ; donc, le circuit d'essai pour le schéma 18, insertion requise d'un petit morceau de matériel de varistance dans une ligne coaxiale pour démontrer la réponse intrinsèque de varistance.

Les essais faits sur l'avance ont monté des dispositifs, même avec une attention particulière à la longueur de minimisation d'avance, prouvent que les tensions induites dans la boucle constituée par les avances contribuent une partie notable de la tension apparaissant à travers les terminaux d'une varistance à la hausse actuelle à forte intensité et rapide. Heureusement, les courants qui peuvent être fournis par une source passagère sont invariablement plus lents dans le temps de montée que les coupures observées de tension. Les applications le plus souvent produites pour des varistances impliquent des temps de montée actuels plus longtemps que 0.5μs.

La taux-de-hausse de tension n'est pas le meilleur terme pour employer quand discutant la réponse d'une varistance à une impulsion rapide (éclateurs différents où un temps fini est impliqué dans la commutation de non conducteur à l'état de conduite). Le temps de réponse de la varistance au courant passager qu'un circuit peut fournir est la caractéristique appropriée à considérer.

La caractéristique VI de la figure 19A, expositions comment la réponse de la varistance est affectée par la forme d'onde actuelle. De telles données, un effet de « overshoot » peut être défini en tant qu'étant l'augmentation relative de la tension maximum apparaissant à travers la varistance pendant une hausse actuelle rapide, utilisant la vague 8/20μs actuelle conventionnelle comme référence. Figure 19B, montre la variation de fixage typique de tension par rapport au temps de montée pour différents niveaux actuels.

Le SCHÉMA 19. RÉPONSE DES VARISTANCES DE LEAD-MOUNTED À LA FORME D'ONDE ACTUELLE

_V-I_Characteristics_for_Various_Current_Rise_Times de Figure_19A.

FIGURE 19A. VI CARACTÉRISTIQUES POUR DIFFÉRENTS TEMPS DE MONTÉE ACTUELS

 

Figure_19B. _Overshoot_Defined_With_Reference_To_The_Basic_8/20_Current_Pulse

FIGURE 19B. OVERSHOOT DÉFINI CONCERNANT LE BASIC 8/20 ? IMPULSION ACTUELLE de s

 

Comment relier une varistance de Littelfuse

Des dispositifs antiparasites passagers peuvent être exposés aux durées élevées de courants pour faire court pendant les nanosecondes au délai de milliseconde.

Des varistances de Littelfuse sont reliées en parallèle à la charge, et n'importe quelle chute de tension dans mène à la varistance réduira son efficacité. Les meilleurs résultats sont obtenus à l'aide des avances courtes qui sont étroites ensemble pour réduire des tensions induites et une basse résistance ohmique pour réduire I • Baisses de R.

Monophasé

Figure_23.

Le SCHÉMA 23.

C'est la protection la plus complète une peut choisir, mais dans de nombreux cas seulement la varistance 1 ou la varistance 1 et 2 sont choisies.

Figure_24.

Le SCHÉMA 24.

Triphasé

Figure_24A._3_Phase_220V_380V, _Ungrounded

FIGURE 25A. 3 PHASE 220V/380V, SANS MISE À LA TERRE

 

Figure_25B._3_Phase_220V_or_380V, _Ungrounded

FIGURE 25B. 3 PHASE 220V OU 380V, SANS MISE À LA TERRE

 

Figure_25C._3_Phase_220V, _One_Phase_Grounded

FIGURE 25C. 3 PHASE 220V, UNE PHASE FONDÉE

 

Figure_25D._3_Phase_220V

FIGURE 25D. 3 PHASE 220V

 

Figure_25E._3_Phase_120V_208V, _4-Wire

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

 

Figure_25F._3_Phase_240V_415V

FIGURE 25F. 3 PHASE 240V/415V

 

Pour des tensions plus élevées utilisez les mêmes connexions, mais les varistances choisies pour l'estimation appropriée de tension.

Application de C.C

Les applications de C.C exigent la connexion entre le plus et sans ou plus et la terre et sans et la terre.

Par exemple, si une coupure vers la terre existe sur chacun des 3 dispositifs antiparasites passagers de phases (coupures communes de mode) seulement mis phase à la terre absorberait l'énergie. Les dispositifs antiparasites passagers ont relié entre phases ne seraient pas efficaces.

. _Common_Mode_Transient_and_Correct_Solution Figure_26

Le SCHÉMA 26. SOLUTION PASSAGÈRE ET CORRECTE DE MODE COMMUN

D'autre part si un mode différentiel de la coupure (entre phases) existe alors les dispositifs antiparasites passagers ont relié entre phases seraient la solution correcte.

. _Differential_Mode_Transient_and_Correct_Solution Figure_27

Le SCHÉMA 27. SOLUTION PASSAGÈRE ET CORRECTE DE MODE DIFFÉRENTIEL

C'est juste une sélection de certaines des variations plus importantes de relier les dispositifs antiparasites passagers.

L'approche logique est de relier le dispositif antiparasite passager entre les points de la différence potentielle créée par la coupure. Le dispositif antiparasite alors égalisera ou réduira ces potentiels de s'abaisser et niveaux inoffensifs.

 

Termes et définitions de varistance

Définitions (IEEE C62.33 standard, 1982)

Une caractéristique est une propriété inhérente et mesurable d'un dispositif. Une telle propriété peut être électrique, mécanique, ou thermique, et peut être exprimée comme une valeur pour des conditions indiquées.

Une estimation est une valeur qui établit une capacité limiteuse ou une condition limite (maximum ou minimum) pour le fonctionnement d'un dispositif. Elle est déterminée pour des valeurs spécifiques d'environnement et d'opération. Les estimations indiquent un niveau d'effort qui peut être appliqué au dispositif sans causer la dégradation ou l'échec. Des symboles de varistance sont définis sur le graphique VI linéaire illustré sur le schéma 20.

. _I-V_Graph_Illustrating_Symbols_and_Definitions Figure_20

Le SCHÉMA 20. IV GRAPHIQUE ILLUSTRANT DES SYMBOLES ET DES DÉFINITIONS

 

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