Varistorsymbolen: begrip en handleiding voor PCB-ontwerpers

Introductie

De symbolen en specificaties van varistoren stellen u in staat maximale bescherming te bieden aan de circuitontwerpen waaraan u werkt. Een varistor beschermt circuits tegen spanningspieken. In dit artikel leert u meer over de typen, toepassingen en testen van varistoren en de bijbehorende symbolen. Deze inzichten helpen u de betrouwbaarheid van uw printplaatontwerpen te verhogen.

Wat is een varistor?

Een varistor is een elektronisch component dat circuits beschermt tegen spanningspieken . Het leidt overtollige energie af wanneer de spanning een bepaalde waarde of limiet overschrijdt. Varistors worden vaak gebruikt om gevoelige elementen in printplaatontwerpen te beschermen.

Wat zijn varistorsymbolen?

De symbolen voor varistors geven aan waar de varistor zich in het circuit bevindt. Ze hebben de vorm van een weerstand met een schuine streep erdoor. Door de symbolen voor varistors te kennen, kunt u varistors correct installeren om uw circuits te beschermen.

Specificaties

Voltage Rating

De limiet die een varistor veilig aankan in termen van spanning is gekoppeld aan de classificatie. Zodra deze wordt overschreden, beschermt de varistor het circuit door te functioneren. Dat wil zeggen dat u een varistor kiest met een spanningsclassificatie die hoger is dan de spanning waarop uw energiesysteem werkt. Dan reageert het alleen op pieken. De juiste spanningsclassificatie wordt een punt van zorg voor betrouwbaarheid op de lange termijn.

Huidige verwerkingscapaciteit

De stroomdraagcapaciteit verwijst naar de hoeveelheid stroom die uw varistor kan absorberen voordat deze beschadigd raakt. Door ervoor te zorgen dat u de juiste capaciteit kiest, beschermt u uw PCB tegen oververhitting door spanningspieken. De potentiële pieken van uw circuit zijn de waarde die kan worden overschreden, waardoor uw circuit kan falen of beschadigd kan raken. Het is uw verantwoordelijkheid dat de pieken of potentiële stijgingen in uw systeem overeenkomen met de capaciteit van de varistor. Dit beschermt uw ontwerp tegen hoge stroomincidenten.

Klemspanning

Het is die spanning waarbij de varistor begint te geleiden om te beschermen tegen overspanning. Dit beperkt de spanning tot een waarde die de verschillende componenten in het circuit niet kan beschadigen. Daarom zou het efficiënt zijn als men de juiste klemspanning zou kunnen kiezen. U zou dit moeten afstemmen op de vereisten van uw systeem. Als u de ideale waarde selecteert, is er geen kans op overspanningsschade.

Energie-absorptievermogen

Energieabsorptievermogen is een maatstaf voor hoeveel energie een varistor absorbeert voordat deze kapotgaat. Hoe meer pieken er zijn, hoe hoger de energieabsorptie en dus hoe beter de bescherming. U moet een varistor selecteren waarvan de capaciteit voldoende is voor pieken die in uw ontwerp terechtkomen. Dit mag geen circuits beschadigen bij een gebeurtenis met hoge energie. Een goede keuze zorgt voor een langdurige bescherming.

Reactietijd

De tijd die een varistor nodig heeft om te reageren op spanningspieken wordt responstijd genoemd. De sleutel hierbij is de responstijd: hoe langzamer, hoe groter het risico op bescherming van de gevoelige componenten. Bij kritische ontwerpen met een hoge responstijd wordt aanbevolen om een ​​variabele met een hoge responstijd te kiezen. Vertragingen kunnen schadelijk zijn voor uw componenten omdat ze een onrealistisch langzame responstijd kunnen veroorzaken. Een snelle varistor is in staat om op elk willekeurig moment na enkele seconden volledige bescherming te bieden tegen pieken.

Maximale pulsenergie

Maximale pulsenergie wordt beschreven als het aantal energiepulsen dat de vermogensvaristor tegelijk aankan. Dit is zoals verwacht voor een toepassing met hoge energie die grote schommelingen ervaart. Een varistor heeft een bepaalde classificatie en u moet kiezen welke van hen geschikt is voor uw toepassing. Dit zal op zijn beurt leiden tot de bescherming van uw circuit. Het selecteren van een varistor met een geschikte pulsenergie vermindert het optreden van pieken aanzienlijk.

Capaciteit

Deze capaciteit en het vermogen om hoogfrequente signalen te verzenden, zijn enkele van de parameters van de varistor die kunnen worden aangepast. In gevallen waarin snelle printplaten of signaalgevoelige circuits moeten worden ontworpen, is een lage capaciteit vereist. Een juiste afstemming van de capaciteit garandeert efficiëntie in uw ontwerp en signaalintegriteit met bescherming.

Kenmerken

Varistoren zijn speciaal, omdat ze alleen op spanningen werken. Een lawinevaristor wordt beschreven door een korte responstijd, hoge energiedissipatie en spanningsbeheer. Dit zijn beschermende schuilplaatsen bij het beschermen van circuits. Bij het zoeken naar varistoren voor een PCB moet u ook rekening houden met eigenschappen die voor u geschikt zouden zijn.

Duurzaamheid en betrouwbaarheid, vooral onder ongunstige omstandigheden

Varistoren zijn bedoeld om effectief de volgende ondraaglijke omgevingsfactoren tegen te gaan. Ze kunnen daarom zeer lang meegaan omdat ze goed kunnen presteren onder een belasting van thermische, vochtigheids- en elektrische stress die zeer groot is. Afhankelijk van de kwaliteit van varistoren, zelfs in extreme situaties, zijn ze dankzij hun robuuste constructie in staat om op de lange termijn duurzame prestaties te leveren. Het ondersteunen van kritische toepassingen met een goed gevestigde betrouwbaarheid in varistoren voorkomt storingen in tal van soorten belangrijke toepassingen.

Constructie van varistor

Een varistor is sterk afhankelijk van de constructie om prestaties en bescherming te leveren. Dit zijn een reeks lagen die bedoeld zijn om de hoge spanningspieken te absorberen. Weten hoe het is geconstrueerd, zal u helpen bij het kiezen van de juiste voor uw circuit.

Materialen (Metaaloxide, Silicium carbide)

· Metaaloxidevaristoren (MOV's)

1. Elementen gemaakt van zinkoxidedeeltjes gedoteerd met andere metaal oxiden.
2. Sterk in energieabsorptie en zeer snel in reactie op spanningspieken.
3. Keramisch- zodanig gebouwd dat het bestand is tegen misbruik en hoge temperaturen.
4. Wordt gebruikt als consumentenapparaat.
5. Overspanningsbeveiliging, uitermate geschikt voor diverse toepassingen.

· Siliciumcarbide-varistoren (SiC)

1. Gemaakt van siliciumcarbidekorrels.
2. Zeer goed bestand tegen hoge spanningen, geschikt voor gebruik in de industrie.
3. Uitstekende overlevingsomstandigheden om extreme scenario's te doorstaan.
4. Verbeterde stroomweerstand voor hoge stroomdoorvoer.
5. Wordt over het algemeen gebruikt voor spanningssystemen met zware omstandigheden.

Prestaties van constructiemateriaal.

De samenstelling van de varistor beïnvloedt zowel de prestaties als de betrouwbaarheid. De ingrediënten bepalen de hoeveelheid energie die een component kan absorberen bij spanningspieken. Een goede samenstelling maakt de varistor robuust onder zware omstandigheden. Daarom is het belangrijk om een ​​varistor te kiezen die is vervaardigd met hoogwaardige materialen , wat zorgt voor een betere bescherming. De constructie heeft inherent invloed op de levensduur en de effectiviteit van de varistor.

Lagen en hun rollen

Sommige van deze varistoren hebben meerdere lagen. Ze hebben het volgende duidelijke gebruik, namelijk om een ​​elektronisch circuit af te schermen tegen een piek- of spanningspiek. Tijdens een spanningspiek absorbeert de centrale kern alle overtollige energie. Elektrodelagen maken het gemakkelijk voor stroom om zowel voorwaarts als achterwaarts te stromen. Ze worden niet alleen beschermd tegen schade tijdens de productie, maar worden ook beschermd tegen omgevingsgevaren zoals vocht en hitte door discrete lagen. Elke laag betekent dat de varistor vele jaren efficiënt functioneert.

Types

Door varistoren te categoriseren, wordt duidelijk dat u het juiste type varistor moet gebruiken voor de circuitbeveiliging in uw PCB-ontwerp. De algemene categorieën van deze varistoren worden bepaald door metaaloxidevaristoren (MOV's) en siliciumcarbidevaristoren (SiV's). Elk type heeft zijn eigen kenmerken, elektrische waarden en toepassingen, waardoor ze bestand zijn tegen verschillende klimaatomstandigheden. Het kiezen van het juiste type, afgestemd op de eisen van het circuit, verhoogt bovendien de prestaties en betrouwbaarheid.

1. Metaaloxidevaristoren (MOV's)

• Elektrische eigenschappen bezitten zeer hoge capaciteiten van energieabsorptie en overspanningsbeveiliging. Ze bevatten een hoge energiedissipatie die geschikt is voor spanningsgevoelige circuits.
• Voltageclassificatie: kies een classificatie die hoger is dan de werkspanning van uw systeem.
• Capaciteit - MOV's hebben een hogere capaciteit. Dit kan invloed hebben op hoogfrequente signalen in lange kabels of aansluitdraden, omdat in audiosystemen basistransformatoren worden gebruikt die de draadinductie gebruiken, en de draadweerstand een zeer belangrijke parameter wordt. Dit moet worden overwogen bij het ontwikkelen van hogesnelheidscircuits.
• Responstijd - MOV's reageren in nanoseconden om bescherming te bieden. Binnen een zeer korte tijdspanne beschermt het de delicate gadgets tegen de hoge spanningspieken.

2. Siliciumcarbide-varistoren (SiC)

• Elektrische eigenschappen - SiC-varistoren hebben de capaciteit om hogere spannings- en stroomwaarden te verwerken. Ze zijn bestand tegen verschillende zware industriële omgevingen.
• Voltage rating- SiC-varistoren hebben een hogere voltage rating. Ze zijn het meest geschikt onder omstandigheden die een hoog vermogen en uitstekende overspanningsbeveiliging vereisen.
•  Capaciteit - dus hebben SiC-varistoren een extreem lage capaciteit. Dit betekent dat ze een karakteristiek behouden hoge frequentie signaalintegriteit. Dit is noodzakelijk voor enkele kwetsbare en snelle functionele vereisten.
• Reactietijd - SiC-varistoren ontladen iets langzamer dan MOV's, maar bieden een goede bescherming tegen hoogspanningspulsen.

Arrangementen

De verpakking van varistoren is een cruciale stap bij het integreren ervan in printplaten. Het aantal SMD- en doorsteekmontage-uitvoeringen varieert afhankelijk van de specifieke ontwerpbehoeften. Inzicht in deze uitvoeringen stelt u in staat om varistoren te kiezen die geschikt zijn voor uw toepassing en zo een betrouwbare en efficiënte assemblage te garanderen.

Surface-Mount-pakketten (SMT)

Varistors die via gaten in de printplaat worden gemonteerd, worden door gaten in de printplaat gestoken om ze vervolgens op het oppervlak te solderen. Deze behuizingen zijn ruimtebesparend en maken daardoor een veel compactere constructie mogelijk. Ze zijn gemakkelijker te automatiseren tijdens de assemblage , wat tijd bespaart in de productie. Bovendien verbeteren ze de elektrische prestaties doordat de aansluitdraden korter zijn.

Doorlopende gatenpakketten

Bij doorsteekcomponenten worden de aansluitingen van de varistor door gaten in de printplaat gestoken. Dit type component is wat traditioneler en biedt een goede mechanische sterkte. Ze zijn vooral geschikt voor toepassingen met een hoog vermogen. Tijdens het prototypen en repareren van PTH's zijn de doorsteekcomponenten relatief eenvoudig te hanteren. Ze worden vaak gebruikt in extra ontwerpen om een ​​grotere duurzaamheid te garanderen. Ze nemen weliswaar meer ruimte in beslag, maar bieden onder veeleisende omstandigheden een hoge mate van betrouwbaarheid.

Toepassingen

Varistoren worden veelvuldig gebruikt in diverse toepassingen vanwege hun uitstekende bescherming tegen spanningspieken. Dit helpt bij het ontwerpen van printplaten en geeft inzicht in de toepassingsmogelijkheden. Veelvoorkomende toepassingen zijn voedingen, auto- elektronica, consumentenelektronica en telecommunicatiesystemen . Al deze toepassingen maken gebruik van varistoren om de betrouwbaarheid en prestaties te verbeteren en zo te beschermen tegen onzekerheden.

Voedingen

Varistors worden gebruikt om voedingscircuits te beschermen tegen spanningspieken en -schommelingen. Met andere woorden, bij hoge spanningen worden de componenten afgeremd en kan er geen schade ontstaan. Dit kan dus een indicatie geven van de duurzaamheid van de voeding . De keuze van de juiste varistor voor uw voedingscircuit kan de algehele betrouwbaarheid van het circuit verhogen.

Auto-elektronica

Varistoren zijn van groot belang in auto-elektronica, omdat ze spanningspieken van diverse bronnen helpen te beperken. Ze beschermen de ECU's en sensoren tegen spanningspieken die ontstaan ​​door veranderingen in de belasting of blikseminslag. Deze bescherming is essentieel voor de robuustheid van autosystemen. Varistoren dragen bij aan de betrouwbaarheid van elektronische onderdelen en de veiligheid in auto's. De juiste keuze van varistoren verbetert de prestaties en het brandstofverbruik van voertuigen.

Consumer Electronics

Varistoren en varistorsymbolen zijn de steunpilaren in de meeste consumentenelektronicatoepassingen, omdat ze ervoor zorgen dat uw apparaten veilig zijn voor ongewenste spanningspieken en -schommelingen. Dit beschermt apparaten en televisies tegen schade veroorzaakt door overmatige spanning, wat gevoelige schakelingen kan veroorzaken. Door overmatige spanning vast te klemmen, zorgen varistoren voor een stabiele werking bij plotselinge stroomschommelingen, wat over het algemeen het geval is bij producten die frequente stroomcycli ondergaan. De integratie van varistoren en varistorsymbolen in ontwerpen verbetert de betrouwbaarheid van een product en de tevredenheid van de eindgebruiker.

Telecommunicatiesystemen

Varistoren en varistorsymbolen zijn integraal onderdeel van telecommunicatiesystemen die de precieze apparatuur binnenin beschermen tegen transitieve spanningen. Ze vergemakkelijken ook het behoud van signaalintegriteit en systeembetrouwbaarheid tegen elektrische pieken; schade aan de apparatuur is een extra voordeel. Dit biedt niet alleen operationele continuïteit in basisstations en routers, maar vermindert ook de downtime. Geschikt geselecteerde varistoren in telecommunicatieontwerpen leiden tot verdere algehele prestaties van het netwerk. Varistoren kunnen absolute bescherming bieden tegen onvoorspelbare spanningspieken voor uw systemen.

Varistor-testen

Er worden verschillende testtechnieken toegepast, waaronder visuele inspectie, elektrische tests en tests op storingsmodi, om vast te stellen dat circuits veilig zijn bij eventuele storingen.

Visuele inspectie

Bij het testen van de varistor moet de eerste controle een beoordeling zijn van de interne kenmerken. Dit moet gebeuren door vast te stellen of er tekenen zijn van fysiek misbruik, bederf van de textuur of tekenen van slijtage.

Elektrisch testen

Elektrische testen bevestigen hoe de varistor functioneert in relatie tot bepaalde tests die op het elektrische product worden uitgevoerd. Tot de typische specificaties die als onderdeel van de karakteriseringsprocedures moeten worden onderzocht, behoren de spanningswaarde en de stroombelastbaarheid.

FMT (Failure Mode Testing)

De end-of-life test verifieert de prestaties van de varistoren in de slechtst mogelijke omstandigheden. Hiermee worden falende aspecten onthuld die cruciaal zijn voor de veiligheid van het circuit. Deze punten vergroten de waarschijnlijkheid van het algemene ontwerp in kwestie.

Voordelen en nadelen van varistor

Voordelen van varistor

• Goede overspanningsbeveiliging bij spanningspieken.
• Snelle responstijd beschermt de gevoelige componenten.
• Verkrijgbaar in verschillende waarden en spanningspakketten.
• Kosteneffectieve methode voor overspanningsbeveiliging in het circuit

Nadelen van varistor

• Degradatie door herhaaldelijke pieken vermindert uiteindelijk de effectiviteit.
• Een hogere capaciteit heeft een nadelig effect op de integriteit van de hoge frequenties.
• Lagere energieabsorptie vergeleken met andere beschermingsapparaten
• Er is een zorgvuldige selectie en keuze nodig voordat het wordt toegepast.

Gevaren

Het is belangrijk om de gevaren van varistoren en varistorsymbolen te begrijpen. Mogelijke gevaren zijn onder andere overspanning , elektrische schokken, vonken, gevaren door overstroom en brand. Wellicht kan het risico echter worden verminderd door tijdens het testen en bij de keuze van de varistor voldoende aandacht aan deze problemen te besteden.

Overspanningsgevaren

Overspanningsbedreigingen worden gerealiseerd als varistoren er niet in slagen om hoge spanning te onderdrukken. Een dergelijke storing kan leiden tot schade aan aangesloten componenten of een circuitstoring. De meest basale vorm van routinematige tests omvat het controleren of de varistor blijft functioneren in de overspanningsomstandigheden.

Brandrisico's door overmatige stroom

Overstroom kan dus varistoren beschadigen en het brandrisico in elektronische apparaten hoog maken wanneer ze oververhit raken. Als het niet onder controle is, kan het systeem oververhit raken en leiden tot het falen van componenten. In het ergste geval kan het systeem ontbranden. Het wordt mogelijk om effectief te testen en hoe je op de juiste manier selecteert, zodat dergelijke risico's worden geminimaliseerd of geëlimineerd.

Hoe u mislukkingen kunt voorkomen door middel van de juiste tests en selectie

De juiste tests en uitgebreide selectie, afhankelijk van de behoeften van een toepassing, helpen bij het voorkomen van storingen in varistoren. Selecteer een varistor met de juiste beoordeling en deze moet van tijd tot tijd worden gecontroleerd. Deze preventieve aanpak zorgt voor betrouwbaarheid en verlengt de veiligheid van het circuit in uw ontwerpen.

Beperkingen

Varistoren en varistorsymbolen zijn in veel opzichten zeer effectief voor spanningsbeveiliging; ze hebben echter een paar nadelen. Inzicht in de beperkingen zal iemand helpen de juiste beslissingen te nemen met betrekking tot zijn PCB-ontwerpen. Belangrijke beperkingen zijn temperatuurgevoeligheid, verslechtering in de loop van de tijd en beperkte energieverwerking in toepassingen met zeer hoge spanningen.

Temperatuurgevoeligheid

Varistoren zijn temperatuurgevoelig, dus veranderingen kunnen de werking verstoren. Hoge temperaturen kunnen ervoor zorgen dat varistoren voortijdig falen of hun klemkracht verminderen. Zorg er bij elk circuitontwerp altijd voor dat de varistor een goed thermisch beheer heeft om volledige efficiëntie te verkrijgen.

Prestatievermindering in de loop van de tijd

Varistoren raken na verloop van tijd beschadigd, vooral wanneer de spanning herhaaldelijk langzaam wordt verhoogd tot hogere limieten. Deze degradatie kan de efficiëntie waarmee ze circuits kunnen beschermen, verminderen.

Beperkte energieverwerking voor toepassingen met zeer hoge spanning

Varistoren hebben een slechte energieverwerkingscapaciteit en worden daarom minder toegepast in hoogspanning. Zoals opgemerkt, kan het voorkomen dat het beschermen van deze apparaten het inzetten van secundaire veiligheidsmaatregelen vereist. In feite hangt de selectie van de juiste beschermingsapparaten af ​​van de juiste overwegingen van de behoeften van uw toepassing.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen een varistor en een overspanningsbeveiliging?

Een varistor is een actief onderdeel dat spanningspieken opvangt, terwijl een overspanningsbeveiliging een compleet overspanningsbeveiligingsapparaat is.

Verslechteren varistoren na verloop van tijd?

We weten ook dat varistoren moe kunnen worden of kunnen verslechteren als de spanning en de belasting met talrijke pieken reageren. Daarom worden er altijd tests uitgevoerd om de functionaliteit te controleren.

Zijn varistoren gepolariseerd?

Omdat een varistor een niet-gepolariseerd component is, kan deze in een bepaalde richting in het specifieke circuit worden geplaatst. Dit aspect maakt ze gemakkelijker te implementeren en past goed in verschillende toepassingen.

Kunnen varistoren bescherming bieden tegen aanhoudende overspanning?

Varistoren worden niet gebruikt voor het toepassen van langdurige overspanningsbeveiliging omdat hun eigenschappen veel afhangen van spanningstransiënten. In gevallen waarin de overspanning langdurig is, gebruik dan andere beschermende apparaten.

Conclusie

Varistoren kunnen circuits beschermen tegen hoge en schadelijke spanningen. Dergelijke kennis van varistorsymbolen, -typen en -beperkingen helpt bij de selectie van geschikte componenten voor effectieve ontwerpen. De integratie van varistoren in PCB's verhoogt de veiligheid en stabiliteit van de circuits.