وریستور پکیج چیست ؟ عملکرد وریستور پکیج، وظیفه وریستور

وریستور پکیج چیست؟

وریستور در پکیج دیواری نوعي مقاومت وابسته به ولتاژ است كه براي حفاظت از قطعات و مدارات الكترونيكي در برابر ولتاژ اضافي مورد استفاده قرار مي گيرد. اين قطعه در مدار با مصرف كننده بصورت موازي قرار مي گيرد.

وریستورها که به عنوان مقاومت‌های وابسته به ولتاژ (Voltage Dependent Resistors) از آنها یاد می‌شود، قطعات الکتریکی هستند که وظیفه اصلی‌شان حفاظت از مدارهای الکترونیکی و سیستم‌های قدرت توسط جذب انرژی اضافی و تنظیم مقادیر ناخواسته ولتاژهای زودگذر (ناپایدار) است.

وریستور در پکیج دیواری و دستگاه های دیگر یک نوع مقاومت الکتریکی است که مقاومت این قطعه با توجه به ولتاژ اعمال شده به دو سر آن تغییر می کند. این قطعه را به نام VDR یا Voltage Dependent Resistor ( مقاومت وابسته به ولتاژ ) نیز می شناسند.

این قطعه نیز مانند دیود دارای مشخصه ی ولتاژ-جریان غیر خطی و غیر اهمی است اما برخلاف دیود این قطعه در هر دو جهت جریان عمل می کند و فاقد پلاریته است. در ولتاژ های پایین مقاومت این قطعه بالاست و با افزایش ولتاژ مقاومت این قطعه نیز کم می شود.

اگر در پکیج دیواری ها ولتاژ ورودی و ولتاژ وریستور برابر باهم باشند در این صورت مقاومت وریستور بی نهایت خواهد بود،

وریستور و کاربردهای آن

از وریستور در مدار های الکترونیکی برای کنترل و حفاظت از قطعات الکترونیکی در مقابل صدمات ناشی از ولتاژ گذرای بیش از اندازه استفاده می شود.

زمانی که می خواهید از این قطعه به عنوان محافظ یک قطعه استفاده کنید باید وریستور را به صورت موازی با آن قطعه نصب کنید. با این کار در صورتی که اضافه ولتاژ روی قطعه بیفتد، مقاومت وریستور کاهش می یابد و جریان زیادی از وریستور می گذرد و جریان از قطعه مورد نظر شما نخواهد گذشت.

در مدل های شماتیک مدار های الکترونیکی، اغلب از نماد زیر برای نمایش دادن Varistor یا مقاومت وابسته به ولتاژ استفاده می شود.

نکته :نکته ای که باید در هنگام خرید وریستور (VDR) مد نظر قرار دهید، انتخاب VDR با ولتاژ صحیح است. ولتاژ وریستور نشان دهنده ی ولتاژی است که در صورت عبور ولتاژ دو سر قطعه از آن ولتاژ مقاومت قطعه به سرعت و با شیب زیاد کاهش می یابد.

متداول ترین وریستورها از لحاظ ظاهری

• دیسک(صفحه ای): نمونه ارزان و کاربردی تر
• بلوکی: بالاترین توان را درمیان انواع وریستور ها دارد.
• شعایی
• خطی یا محوری

 

متداول ترین وریستورها از لحاظ ساختاری

متداول ترین نوع از انواع وریستورها، وریستورهای متال اکسید و یا (MOV) هستند که از یک هسته سرامیکی مشتمل از اکسید فلزهای مختلف مانند روی و مقادیر کمی کبالت و منگنز و … تشکیل می شوند.

• وریستور گازی (GDT)
• وریستور های چند لایه (MLV)
• وریستور دیودی 

وریستور MOV

معروف ترین نوع وریستور، وریستور های متال الکسید (MOV) است.که از یک صفحه از جنس اکسید فلز و دانه های ریز سرامیکی تشکیل شده است. از اکسید فلز های همچون کبالت، منگنز، روی و… استفاده می شود. هدف از طراحی این گونه ی وریستور عبارتند از :

• هدف MOV جذب و هدایت ولتاژهای ناپایدار و تحمل انرژی های بالای اعمال شده به سیستم، در یک مدت زمان کوتاه است که در انجام این کار موثرتر از وریستورهای معمولی عمل می کند.
• یک وریستور اکسید فلز خوب، به طور گسترده ای در بسیاری از مدارهای الکترونیکی AC استفاده می شود تا
  در برابر ولتاژهای ناپایدار (متغیر) از مدار محافظت کند.

وریستور گازی 

از لوله شیشه ای کوچک و دو الکترود در دو طرف آن تشکیل شده است. مخلوطی از گازهای مختلف در بین دو الکترود موجود است. با افزایش ولتاژ در دو سر آن و رسیدن ولتاژ به ولتاژ کلمپ، گاز درون محفظه یونیزه شده و جریان از آن عبور می کند. چیزی شبیه لامپ مهتابی، وریستور های گازی زمان پاسخ بالاتری نسبت به وریستورهای متال اکسید(VDR) دارند.

ولی به علت دمای پایین تر معمولا توانایی دفع انرژی بیشتری نسبت به وریستورهای متال اکسید دارند. ولتاژ کلمپ آنها نیز نسبت به وریستورهای متال اکسید بالاتر است. از این نوع وریستور برای محافظت در مقابل رعد و برق استفاده می شود.

وریستورهای مولتی لایر یا چند لایه 

این نوع از وریستور ها مانند وریستور های MOV  هستند. فقط از چند لایه استفاده شده است که قدرت بهتری برای وریستور به وجود آورده است.

این وریستورها از تخلیه الکترواستاتیکی محافظت می کنند و انرژی گذرا از آنها در محدوده متوسط و پایین است و برای مدارهایی با محدوده ولتاژ کاری ۰تا۱۲۰ ولت مناسب هستند. حداکثر جریان گذرا از آنها بصورت لحظه ای ۲۰ تا ۵۰۰ آمپر است و درجه بندی انرژی آنها بین ۰٫۰۵ تا ۲٫۵ ژول است.

وریستور دیودی 

وریستور TVS: نوعی دیود زنر با توان بالاتر و قابیلت دفع انرژی بالاتر است. این نوع وریستور ها جایگزین وریستورهای متال اکسید(MOV) می شوند.

دیود TVS مخفف Transient voltage suppression می باشد و به آنها Transil نیز گفته می شود. این دیودها سریع ترین نرخ پاسخ به voltage spike (پرش ولتاژ) در مدارات الکترونیک را دارا هستند.

ولی قیمت آنها نیز در مقایسه با وریستورهای متال اکسید بالاتر است. بعضی از دیودهای TVS توانایی فعال شدن در محدوده زمان پیکوثانیه را دارا هستند. انرژی قابل دفع آنها و همچنین ولتاژ کلمپ(فعال شدن) آنها نیز در مقایسه با وریستورهای متال اکسید کمتر است. اما اگر جریان عبوری از آنها در محدوده کارکرد آنها بالاتر نرود، طول عمر بالاتری نسبت به دیگر وریستورها دارند.

دلایل آسیب دیدن وریستورها

دو دلیل اصلی در اسیب رسیدن به ویریستور پکیج و دستگاه های دیگر دخیل است که عبارتند از :

1. زمانی که انرژی زیادی در وریستور تبدیل به گرما می شود و وریستور شروع به گداخته شدن و دود کردن می کند و در نهایت منفجر می شود. برای مثال زمانی که رعد و برق به دستگاه شما و یا سیم های برق برخورد می کند و یا بار الکتریکی روی دست شما به صورت قوس الکتریکی به روی دستگاه منتقل می شود یا نوسانات برق شهر، ESD: Electro Static Discharge و دلایل مختلف دیگر. در اکثر این موارد انرژی یک پالس گذرا از نهایت انرژی که وریستور برای مدت معینی می تواند تحمل کند بیشتر است. زمان این پالس معمولا چیزی در حدود 8 تا 20 میکروثانیه است. این مقدار معمولا در دیتاشیت وریستورهای در قسمت Absolute Maximum Ratings ذکر می شود. در این موارد می توان با انتخاب یک وریستور با توان بالاتر و یا موازی کردن چند وریستور با هم مشکل را برطرف کرد.
2. تخریب تدریجی وریستور به مرور زمان بخاطر گرما، جریان های گذرای مکرر، تغییرات شیمیایی درون وریستور و دلایل دیگر. در این موارد ظرفیت وریستور به مرور زمان کم و کمتر می شود در حالی که ظاهر آن بدون مشکل و سالم است ولی دیگر از مدار و قطعات شما محافظت نمی کند و در نهایت وریستور اتصال کوتاه شده و یا دیگر عمل نمی کند

تست وریستور پکیج

روش اول: از آنجایی که وریستور یک مقاومت غیر خطی و وابسته به ولتاژ است، می توان با اهمتر این المان را تست کرد.

روش تست :

• باید مولتی متر را در بیشترین رنج قرار دهید. سپس مانند یک مقاومت ساده مقدار اهم آن را اندازه گیری کنید. باید مقاومتی بیشتر از 2 مگا اهم داشته باشد.
• در بعضی از وریستور ها باید مقاومت بی نهایت را نمایش دهد. البته شما می توانید برای مطمئن شدن از سالم بودن وریستور مقاومت off ان را از دیتا شیت وریستور پیدا کنید.
• این روش تست به صورت 100% نمیتواند سلامت وریستور را نمایش دهد زیرا اگه وریستور به هر دلیل مدار باز شده است باز هم مقاومت بی نهایت را خواهید دید. در این صورت وریستور معیوب است ولی شاید فک کنید سالم است.

روش اول تست وریستور که ایراداتی هم داشت، ولی در روش دوم کمی سخت تر ولی دقیق تر می باشد برای مواردی که بسیار سلامت وریستور مهم است از روش دوم می توانید استفاده کنید.

روش دوم تست وریستور

• یک مدار برای این کار باید بسازید. یک لامپ 220 را به برق 200 وصل کنید و مابین فاز و نول وریستور را قرار دهید (به صورت موازی) سپس ولتاژ را افزایش دهید.
• در این روش شما در دیتا شیت ولتاژ شکست وریستور را پیدا کنید و ولتاژ کمتر از ولتاژ شکست را به لامپ رشته ای اعمال کنید.
• سپس ولتاژ را بیشتر کنید تا زمانی که ولتاژ ورودی از ولتاژ شکست وریستور بیشتر شود. در این حالت باید لامپ خاموش شود و وریستور گرم شود.
• اگر این اتفاق یعنی قطع شدن لامپ و داغ شدن وریستور اتفاق افتاد یعنی وریستور سالم است.
• چنانچه این اتفاق نباشد، یا فقط لامپ خاموش شد یا فقط داغ شد. وریستور معیوب است. باید با نمونه مشابه با ولتاژ شکست برابر در مدار جایگزین شود.

عددهای روی وریستور پکیج به چه معنی می باشد؟

نحوه خواندن وریستور با استفاده از کدی که روی وریستور درج شده است امکان پذیر است. این کد حاویاطلاعات ولتاژ شکست – ولتاژ ترولانس- نوع ساختار وریستور – اندازه وریستور.

رقم اول معادل قطر وریستور می باشد. حرف بعد از رقم معادل نوع وریستور می باشد که فقط سه کارکتر وجود دارد.

این حرف نشان دهنده نوع وریستور می باشد. فقط این 3 حرف فقط موجود است K – E – R

• k= نوع استاندارد وریستور
• E= نوع پر توان وریستور می باشد (این نوع از وریستور ها بسیار مقاوم هستند)
• R= این نوع مناسب وریستور های 34 میلی متر است.

وریستور پکیج چه زمانی میسوزد؟

وریستور پکیج و دستگاه های دیگر زمانی می سوزد که ولتاژ زیادی دو سر وریستور اعمال شود( بیشتر از ولتاژ شکست). سوختن وریستور به صورت تریکیدکی می باشد.

چه وریستوری انتخاب کنیم؟

باید در انتخاب وریستور مناسب بسیار توجه کرد. به طور کلی در هنگام انتخاب یک وریستور باید محل مورد استفاده آن را در نظر گرفت و همچنین توجه به این موارد ضروری است:

• در هنگام خرید وریستور (VDR) باید به ولتاژ و متناوب یا مستقیم بودن آن توجه کرد. انتخاب وریستور با ولتاژ صحیح بسیار مهم است.
• ولتاژ وریستور نشان دهنده ی ولتاژی است که در صورت عبور آن از وریستور، مقاومت آن به سرعت و با شیب زیاد کاهش می یابد.
• وریستورها دارای ولتاژ AC و DC متفاوتی هستند که اطلاعات مربوط به آن در دیتاشیت آن ها بیان شده است.
• همانند دیگر قطعات نیمه رسانا (مثلا دیودها)، وریستورها نیز دارای خاصیت خازنی هستند که مقدار آن برای وریستورهای رایج (با قطر 20-7 میلی متر) در حدود 2500-100 پیکو فاراد است.
• وریستورهای زیر 1pF در SMD ها و برای محافظت از تجهیزات میکروالکترونیک (مثلا در موبایل)وجود دارد ولی باید به این مسئله توجه کرد که این وریستورهای کوچک توانایی عبور جریان پایینی دارند.

جمع بندی وریستور پکیج

در این بخش متوجه شدیم  که وظیفه ی اصلی مقاومت متغیر با ولتاژ یا VDR این است که مدارهای الکتریکی و الکترونیکی را در مقابل تغییرات ناگهانی و ناخواسته ی ولتاژ ( مشابه با آن چه در سوئیچینگ المان های القایی رخ می دهد) حفاظت کند.

وریستورها در مدارهای حساس الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرند تا در صورتی که اضافه ولتاژی به طور ناگهانی و مخرب روی داد، وریستورها به سرعت جهت حفاظت از مداری که این اضافه ولتاژ دو سر آن قرار می گیرد، اتصال کوتاه می شوند؛ زیرا این قطعات قادر هستند جریان هایی در حدود چندهزار آمپر را تحمل کنند.

وریستورها مقاومت هایی هستند که دارای منحنی مشخصه ی V-I غیر اهمی و غیرخطی هستند و قطعاتی قابل اطمینان و از نظر اقتصادی به صرفه جهت حفاظت مدار در مقابل اضافه ولتاژهای گذرا هستند.

عملکرد حفاظتی وریستور

به این صورت است که در ولتاژهای پائین به صورت یک مقاومت بزرگ بلوک کننده ی جریان عمل می کنند و در ولتاژهای بالاتر مانند یک قطعه ی هادی با مقاومت پائین رفتار می کنند.

تاثیر یک وریستور در حفاظت از یک مدار الکتریکی یا الکترونیکی بستگی به انتخاب مناسب وریستور متناسب با ولتاژ، جریان و انرژی اتلافی دارد.

وریستورهای اکسید فلز یا MOV ها از یک قطعه ی دایره ای شکل که معمولا از جنس اکسید روی می باشد، ساخته می شوند. آن ها در مقادیر مختلف از رنج ها ولتاژی خاص موجود هستند.

سطح ولتاژی یک MOV که “ولتاژ وریستور” نامیده می شود، در واقع مقدار ولتاژ دو سر قطعه است هنگامی که جریان 1 میلی آمپر از آن عبور می کند.

این سطح ولتاژ در وریستور نقطه ای روی منحنی مشخصه ی آن است که در آن نقطه وریستور شروع به هدایت جریان می کند. وریستورهای اکسید فلز به منظور افزایش سطح ولتاژ قفل کننده می توانند به صورت سری به یکدیگر متصل شوند.

در حالی که وریستورها به طور وسیعی در مدارهای الکترونیک قدرت جهت حفاظت در مقابل اضافه ولتاژهای گذرا استفاده می شوند، قطعات محدود کننده ی ولتاژ دیگری از قبیل دیودها، دیودهای زنر و سایر محدود کننده های ولتاژ نیز وجود دارند که همگی می توانند در کاربردهای محدود کردن ولتاژهای AC و DC به طور همزمان با وریستورها به کار روند.