Chaque appareil électronique inclus dans le réseau doit être protégé contre le dépassement des valeurs seuils de courant ou de tension. Divers fusibles et disjoncteurs sont utilisés pour la protection du courant, mais les varistances sont le plus souvent utilisées pour protéger l'appareil contre les surtensions. Dans cet article, nous allons examiner le principe de fonctionnement de la varistance, ses caractéristiques, avantages et inconvénients de ce composant électronique.
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Qu'est-ce qu'une varistance et où est-elle utilisée
Varistance - Il s'agit d'une résistance variable en matériau semi-conducteur, qui est capable de changer sa résistance électrique en fonction de la tension qui lui est appliquée.
Le principe de fonctionnement d'un tel composant électronique diffère d'une résistance et d'un potentiomètre classiques. Standard résistance a une valeur constante de résistance à tout moment, quelle que soit la tension dans le circuit, le potentiomètre vous permet de modifier la résistance manuellement en tournant le bouton de commande. Mais la varistance a une caractéristique courant-tension symétrique non linéaire et sa résistance dépend entièrement de la tension dans le circuit.
En raison de cette propriété, les varistances sont largement et efficacement utilisées pour protéger les réseaux électriques, les machines et les équipements, ainsi que les composants électroniques, les cartes et les microcircuits, quel que soit le type de tension. Ils ont un faible coût de fabrication, sont fiables à l'usage et sont capables de supporter des charges élevées.
Les varistances sont utilisées aussi bien dans les installations haute tension jusqu'à 20 kV que dans les installations basse tension de 3 à 200 V comme limiteur de tension. En même temps, ils peuvent fonctionner à la fois dans des réseaux à courant alternatif et à courant continu. Ils sont utilisés pour réguler et stabiliser le courant et la tension, ainsi que dans les dispositifs de protection contre les surtensions. Utilisé dans la conception de filtres de réseau, d'alimentations, de téléphones portables, SPD et d'autres SPE.
Types et principe de fonctionnement
Lorsqu'elle fonctionne dans des conditions normales, la varistance a une résistance énorme, qui peut diminuer lorsque la tension dépasse une valeur seuil. C'est-à-dire que si la tension dans le circuit augmente de manière significative, la varistance passe d'un état isolant à un état électriquement conducteur et, en raison de l'effet d'avalanche dans le semi-conducteur, stabilise la tension en faisant passer un courant important à travers elle-même.
Les varistances peuvent fonctionner à haute et basse tension et, par conséquent, sont divisées en deux groupes d'appareils qui ont le même principe de fonctionnement:
- Haute tension: capable de fonctionner dans des circuits avec des valeurs de courant jusqu'à 20 kV (utilisé dans les systèmes de protection des réseaux et des équipements, dans les dispositifs de protection contre les surtensions).
- Basse tension : la tension nominale pour ce type de composants varie de 3 à 200 V (utilisés pour protéger les appareils électroniques et les composants d'équipement avec un courant de 0,1 - 1 A et sont installés à l'entrée ou à la sortie de la source d'alimentation).
Temps de réponse de la varistance à surtension est d'environ 25 ns, ce qui est une excellente valeur, mais dans certains cas insuffisante. Par conséquent, les fabricants de composants électroniques ont développé une technologie de fabrication d'une résistance smd, qui a un temps de réponse de 0,5 ns.
Les varistances de tous types sont réalisées en carbure de silicium ou en oxyde de zinc par frittage de ce matériau avec un liant (résine, argile, verre) à haute température. Après avoir reçu un élément semi-conducteur, il est métallisé des deux côtés avec des fils métalliques à souder pour la connexion.
Marquage, principales caractéristiques et paramètres
Chaque fabricant de varistances étiquette son produit d'une certaine manière, il existe donc un assez grand nombre d'options de désignation et leurs interprétations. La varistance russe la plus courante est la K275, et les composants fabriqués à l'étranger les plus populaires sont les 7n471k, kl472m et autres.
La désignation de la varistance CNR-10d751k peut être déchiffrée comme suit : CNR – varistance à oxyde métallique; ré - signifie que le composant se présente sous la forme d'un disque ; 10 est le diamètre du disque ; 751 – tension de réponse pour cet appareil (le calcul s'effectue en multipliant les deux premiers chiffres par 10 à la puissance égale au troisième chiffre, c'est-à-dire 75 fois 10 au premier degré, on obtient 750 V); k - écart admissible de la tension nominale, qui est de 10% dans n'importe quelle direction (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Les principales caractéristiques des varistances sont les paramètres suivants :
Tension de classement - tension à certaines valeurs de courant traversant la varistance (typiquement cette valeur est de 1mA). Ce paramètre est conditionnel et n'affecte pas la sélection de périphérique ;
Tension maximale admissible – plage de tension (RMS ou RMS), à laquelle la varistance commence à baisser sa résistance ;
Énergie d'absorption maximale - une caractéristique indiquant la valeur de l'énergie que la varistance dissipe et ne défaille pas lorsqu'elle est exposée à une seule impulsion (mesuré en Joule);
Courant de surtension maximal – normalise le temps de montée et la durée de l'impulsion de courant (mesuré en ampères);
Capacité est un paramètre très important, qui se mesure à l'état fermé et à une fréquence donnée (tombe à zéro si un courant important est appliqué à la varistance);
Tolérance - écart par rapport à la différence de potentiel nominale dans les deux sens (indiqué en pourcentage).
Temps de réponse - l'intervalle de temps pendant lequel la varistance passe de l'état fermé à l'état ouvert (généralement quelques dizaines de nanosecondes).
Avantages et inconvénients des varistances
Un avantage important d'une résistance non linéaire (varistance) est son fonctionnement stable et fiable à hautes fréquences et charges lourdes. Il est utilisé dans de nombreux appareils fonctionnant avec des tensions de 3 V à 20 kV, il est relativement simple et bon marché à fabriquer et efficace en fonctionnement. Les autres avantages importants sont :
- vitesse de réponse élevée (nanosecondes);
- longue durée de vie;
- la possibilité de surveiller les chutes de tension (méthode sans inertie).
Malgré le fait que ce composant électronique présente de nombreux avantages, il présente également des inconvénients qui affectent son utilisation dans divers systèmes. Ceux-ci inclus:
- bruit à basse fréquence pendant le fonctionnement ;
- vieillissement des composants (perte de paramètres dans le temps) ;
- grande capacité: dépend de la tension et du type d'élément, se situe dans la plage de 70 à 3200 pF et affecte les performances de l'appareil;
- aux valeurs de tension maximales, la puissance n'est pas dissipée - elle surchauffe considérablement et échoue aux valeurs de tension maximales à long terme.
Sélection de varistance
Pour choisir la bonne varistance pour un appareil particulier, vous devez connaître les caractéristiques de sa source d'alimentation : résistance et puissance des impulsions transitoires. La valeur de courant maximale admissible est déterminée, entre autres, par la durée de son exposition et le nombre de répétitions, par conséquent, lors de l'installation d'une varistance avec une valeur de courant de crête sous-estimée, elle tombera rapidement en panne.En bref, pour une protection efficace de l'appareil, il est nécessaire de choisir une varistance avec une tension qui a une petite marge par rapport à la valeur nominale.
Aussi, pour le fonctionnement sans problème d'un tel composant électronique, le taux de dissipation de l'énergie thermique absorbée et la capacité à revenir rapidement à l'état de fonctionnement normal sont très importants.
Désignation sur le schéma et possibilités de raccordement de la varistance
Sur le régimes varistance généralement dénoté, tout comme une résistance ordinaire, mais avec un U ajouté à côté de la barre oblique. Cette caractéristique indique dans les schémas que cet élément a une résistance dépendante de la tension dans le circuit. Aussi sur schéma de câblage cet élément est repéré par deux lettres R et U auxquelles s'ajoute un numéro de série (RU1, RU2...etc.).
Il existe un grand nombre d'options pour connecter des varistances, mais le point commun à toutes les méthodes est que ce composant est connecté en parallèle avec le circuit de puissance. Par conséquent, en l'absence de valeurs dangereuses d'impulsions de tension, le courant qui traverse la varistance a une petite valeur (en raison de grandes valeurs de résistance) et n'affecte en rien les performances du système. Lorsqu'une surtension se produit, la varistance modifie la résistance à de petites valeurs, la charge est shuntée et l'énergie absorbée est dissipée dans l'espace environnant.
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