วาริสเตอร์ - หลักการทำงาน ประเภท และการใช้งาน

วาริสเตอร์เป็นส่วนประกอบของเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถเปลี่ยนความต้านทานแบบแอกทีฟแบบไม่เป็นเชิงเส้นได้ ขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับวาริสเตอร์ ในความเป็นจริงมันเป็นตัวต้านทานที่มีลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันส่วนเชิงเส้นซึ่ง จำกัด ไว้ที่ช่วงแคบซึ่งความต้านทานของวาริสเตอร์เกิดขึ้นเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนด

ณ จุดนี้ ความต้านทานขององค์ประกอบเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วตามคำสั่งขนาดต่างๆ - มันลดลงจากสิบ MΩ เริ่มต้นเป็นหน่วยโอห์ม ยิ่งแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เพิ่มขึ้นเท่าใดความต้านทานของวาริสเตอร์ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น คุณสมบัตินี้ทำให้วาริสเตอร์เป็นวัตถุดิบหลักของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสมัยใหม่

เชื่อมต่อขนานกับโหลดที่มีการป้องกัน วาริสเตอร์จะดูดซับกระแสรบกวนและกระจายเป็นความร้อน และเมื่อสิ้นสุดเหตุการณ์นี้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ลดลงและกลับมาสูงกว่าเกณฑ์ วาริสเตอร์จะคืนค่าความต้านทานเริ่มต้นและพร้อมที่จะทำหน้าที่ป้องกันอีกครั้ง

เราสามารถพูดได้ว่าวาริสเตอร์เป็นอะนาล็อกของเซมิคอนดักเตอร์ของช่องว่างของประกายไฟก๊าซ เฉพาะในวาริสเตอร์ซึ่งแตกต่างจากประกายไฟของแก๊ส ความต้านทานสูงเริ่มต้นจะคืนค่าเร็วขึ้น ไม่มีความเฉื่อยจริง ๆ และช่วงของแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยเริ่มต้นจาก 6 และ ถึง 1,000 โวลต์ขึ้นไป

ด้วยเหตุนี้ วาริสเตอร์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรป้องกัน สวิตช์สารกึ่งตัวนำในวงจรที่มีองค์ประกอบอุปนัย (สำหรับดับประกายไฟ) รวมถึงองค์ประกอบอิสระของการป้องกันไฟฟ้าสถิตของวงจรอินพุตของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

กระบวนการผลิตวาริสเตอร์ประกอบด้วยการเผาสารกึ่งตัวนำที่เป็นผงด้วยสารยึดเกาะที่อุณหภูมิประมาณ 1,700 องศาเซลเซียส สารกึ่งตัวนำ เช่น ซิงค์ออกไซด์หรือซิลิกอนคาร์ไบด์ถูกนำมาใช้ที่นี่ สารยึดเกาะอาจเป็นแก้วน้ำ ดินเหนียว สารเคลือบเงาหรือเรซิน ในองค์ประกอบรูปดิสก์ที่ได้จากการเผาผนึก อิเล็กโทรดจะถูกนำไปใช้โดยการทำให้เป็นโลหะซึ่งสายการประกอบของส่วนประกอบจะถูกบัดกรี

นอกจากรูปแบบแผ่นดิสก์แบบดั้งเดิมแล้ว วาริสเตอร์ยังสามารถพบได้ในรูปของแท่ง ลูกปัด และฟิล์ม วาริสเตอร์แบบปรับได้นั้นทำในรูปแบบของแท่งที่มีหน้าสัมผัสที่เคลื่อนย้ายได้ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมที่ใช้ในการผลิตวาริสเตอร์จากซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีพันธะต่างกัน: ไทไรต์ วิลไลต์ เลทีน ซิไลต์

หลักการทำงานภายในของวาริสเตอร์คือขอบของผลึกสารกึ่งตัวนำขนาดเล็กภายในมวลพันธะสัมผัสกัน ก่อตัวเป็นวงจรนำไฟฟ้า เมื่อกระแสที่มีขนาดหนึ่งไหลผ่านผลึกเหล่านั้น จะเกิดความร้อนสูงเกินไปของผลึกและความต้านทานของวงจรจะลดลง ปรากฏการณ์นี้อธิบายความไม่เป็นเชิงเส้นของ CVC ของวาริสเตอร์

หนึ่งในพารามิเตอร์หลักของวาริสเตอร์พร้อมกับแรงดันตอบสนอง rms คือค่าสัมประสิทธิ์ความไม่เชิงเส้น ซึ่งระบุอัตราส่วนของความต้านทานไฟฟ้าสถิตต่อความต้านทานไดนามิก สำหรับวาริสเตอร์ที่ใช้ซิงค์ออกไซด์ พารามิเตอร์นี้จะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 20 ถึง 100 สำหรับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานของวาริสเตอร์ (TCR) นั้นมักจะเป็นค่าลบ

วาริสเตอร์มีขนาดกะทัดรัด เชื่อถือได้ และทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิการทำงานที่หลากหลาย บนแผงวงจรพิมพ์ และใน SPD คุณจะพบวาริสเตอร์ดิสก์ขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 ถึง 20 มม. ในการกระจายพลังงานที่สูงขึ้น บล็อกวาริสเตอร์ที่มีขนาดโดยรวม 50, 120 และมิลลิเมตรอื่นๆ ถูกนำมาใช้ ซึ่งสามารถกระจายพลังงานเป็นกิโลจูลเป็นพัลส์และส่งผ่านกระแสหลายหมื่นแอมแปร์ผ่านพวกมัน ในขณะที่ไม่สูญเสียประสิทธิภาพ

หนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดของวาริสเตอร์คือเวลาตอบสนอง แม้ว่าเวลาเปิดใช้งานทั่วไปของวาริสเตอร์จะไม่เกิน 25 นาโนเมตร และในบางวงจรก็เพียงพอแล้ว อย่างไรก็ตาม ในบางสถานที่ เช่น เพื่อป้องกันไฟฟ้าสถิต การตอบสนองที่เร็วกว่านั้นจะต้องไม่เกิน 1 นาโนเมตร

ในการเชื่อมต่อกับความต้องการนี้ ผู้ผลิตวาริสเตอร์ชั้นนำของโลกจึงพยายามอย่างเต็มที่ในการเพิ่มประสิทธิภาพ วิธีหนึ่งในการบรรลุเป้าหมายนี้คือการลดความยาว (ตามลำดับ ความเหนี่ยวนำ) ของขั้วต่อของส่วนประกอบหลายชั้น วาริสเตอร์ CN ดังกล่าวได้เข้ามาแทนที่การป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ของวงจรรวมแล้ว

แรงดันพิกัดวาริสเตอร์ DC (1mA) เป็นพารามิเตอร์แบบมีเงื่อนไข ที่แรงดันนี้ กระแสผ่านวาริสเตอร์ไม่เกิน 1mAแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดจะแสดงบนเครื่องหมายของวาริสเตอร์

ACrms คือการตอบสนองแรงดันไฟฟ้า rms ac ของวาริสเตอร์ DC — การกระตุ้นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

นอกจากนี้ แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาต ณ กระแสที่กำหนดยังเป็นมาตรฐาน เช่น V @ 10A W คือการกระจายพลังงานที่กำหนดของส่วนประกอบ J คือพลังงานสูงสุดของพัลส์ที่ดูดกลืนเพียงครั้งเดียว ซึ่งจะกำหนดเวลาที่วาริสเตอร์จะสามารถกระจายพลังงานที่กำหนดในขณะที่ยังคงอยู่ในสภาพที่ดี Ipp — กระแสสูงสุดของวาริสเตอร์, ทำให้เป็นมาตรฐานตามเวลาที่เพิ่มขึ้นและระยะเวลาของพัลส์ที่ดูดซับ, ยิ่งพัลส์ยาวขึ้น, กระแสสูงสุดที่อนุญาตก็จะยิ่งลดลง (วัดเป็นกิโลแอมแปร์)

เพื่อให้ได้การกระจายพลังงานที่มากขึ้น อนุญาตให้มีการเชื่อมต่อแบบขนานและแบบอนุกรมของวาริสเตอร์ เมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน สิ่งสำคัญคือต้องเลือกวาริสเตอร์ให้ใกล้เคียงกับพารามิเตอร์มากที่สุด