Как проверить варистор: используем мультиметр и другие способы
От перепадов напряжения не застрахована ни одна электросеть, есть множество причин вызывающих это явление, начиная от перегрузки и заканчивая перекосом фаз. Такие броски способны вывести из строя бытовую технику, поэтому практически все современные электронные устройства имеют защиту. Если после очередного перепада в БП какого-нибудь прибора сгорел предохранитель, произведя его замену, не спешите включать технику. На всякий случай проверьте варистор на исправность тестером или мультиметром.
Прежде, чем перейти к тестированию, рекомендуем ознакомиться с кратким описанием варистора, особенностями его работы и характеристиками. Эта информация может быть полезной при поиске аналога, взамен вышедшего из строя элемента.
Внешний вид варисторов
Основные параметры и маркировка варисторов
Данный тип полупроводниковых приборов выпускается в двух разновидностях. Низковольтные варисторы срабатывают на напряжение в диапазоне от 3 до 200 Вольт, они применяются в бытовой аппаратуре. Высоковольтные способны реагировать на напряжение до 20 000 Вольт и используются в промышленности.
По маркировке прибора можно понять не только его назначение (и отличить от конденсатора), но и получить представление об основных характеристиках.
Например, варистор с надписью 20d421k имеет диаметр 20 миллиметров, пороговое напряжение открытия в 420 Вольт, а буква k обозначает допустимое отклонение данного напряжения, равное 10 %. То есть этот прибор может сработать уже при подаче 378 Вольт на его контакты (420 – 42).
На электрических схемах варистор обозначается аббревиатурой znrX, где X – количество приборов на данном участке схемы.
Основные характеристики и параметры
Надо отметить, что это универсальный прибор. Он способен работать сразу со всеми видами тока: постоянным, импульсным и переменным. Это происходит из-за того, что он сам не имеет полярности. При изготовлении используется большая температура, чтобы спаять порошок кремния или цинка.
Параметры, которые необходимо учитывать:
параметр условный, определяется при токе 1мА, В;
Чтобы правильно подобрать варистор иногда необходимо учитывать и емкость. Она сильно зависит от размера прибора. Так, tvr10431 имеет 160nF, tvr 14431 370nF. Но даже одинаковые по диаметру детали могут обладать разной емкостью, так S14K275 имеет 440nF.
Проверка варистора – осмотр, омметр и мультиметр
При срабатывании данного полупроводникового прибора происходит значительное выделение тепла и варистор может сгореть. Это происходит при большом значении пикового напряжения, при его длительной подаче либо при сочетании обоих факторов.
Способов проверки варистора на дальнейшую работоспособность существует несколько:
- Внешний осмотр. Его не стоит отвергать, так как многие современные схемы плотно упакованы, и нарушение целостности внешней оболочки прибора легко не заметить. Любые трещины, вспучивания или потемнения на корпусе варистора сигнализируют о его выходе из строя.
- Прозвон с помощью мультиметра. Достоверно проверить варистор на исправность мультиметром прямо на плате невозможно — придется выпаивать как минимум один контакт. Важно провести измерение в обоих направлениях, поменяв щупы местами друг с другом. Селектор режимов мультиметра необходимо установить на ячейку «проверка диодов», обычно рядом с ней нарисован символ диода и значок акустической индикации. Целый варистор не прозванивается ввиду своего значительного сопротивления.
- Измерение омметром либо мегаомметром. Следует установить омметр на максимальное значение, в большинстве бытовых приборов таковым является 2 МегаОма. На шкале они могут быт обозначены как 2000К или 2M. В теории измеренное сопротивление должно быть бесконечным, на практике омметр может показать значение сопротивления исправного варистора в 1,5…2 МегаОма. Если прозванивать варистор мегаомметром, важно установить правильное значение напряжения на его выводах. В мощных измерительных приборах оно может быть выше, чем пороговое напряжение открытия варистора. Проще говоря, полупроводниковый предохранитель можно сжечь в процессе проверки.
На практике использование мультиметра для диагностики исправности варисторов встречается не столь часто, так как в большинстве случаев достаточно внешнего осмотра. При замене сгоревшего предохранителя следует обратить внимание на технические характеристики его предшественника, иначе новый варистор выйдет из строя значительно быстрее либо не выполнит свою шунтирующую функцию и допустит повреждение целого электронного блока.
Принцип действия, обозначение на схеме, варианты применения
Внешне варистор очень похож на конденсатор, но его внутреннее устройство, как видно из рисунка 3, совершенное иное.
Рисунок 3. Конструкция варистора (1) и его обозначение на схемах (2)
Обозначения:
- А – два металлических электрода в форме диска;
- В – вкрапления оксида цинка (размер кристаллов не соблюден);
- С – оболочка полупроводника, сделанная на основе синтетических отвердителей (эпоксидов);
- D – керамический изолятор;
- Е – выводы.
Помимо конструкции, на рисунке 3 показано обозначение элемента на принципиальных схемах (2).
Содержание оксида цинка в керамическом изоляционном слое определяет порог срабатывания варистора, как только напряжение станет выше допустимого, сопротивление резко снижается и проходящий через полупроводник ток увеличивается. Вырабатывающаяся в результате этого процесса тепловая энергия рассеивается в воздухе.
Такой принцип действия позволяет не допустить выход из строя электронных устройств при краткосрочном перепаде напряжения. Длительный импульс вызовет перегрев и разрушение варистора, но на этот процесс требуется время. Хоть оно исчисляется долями секунды, в большинстве случаев, этого достаточно для срабатывания плавкого предохранителя.
Именно поэтому после замены предохранителя необходимо проверять варистор (внешний осмотр и тестирование мультиметром). В противном случае, следующий перепад напряжения, с большой долей вероятности, приведет к разрушению компонентов электронного устройства.
Проверка функционирования
При неисправности устройств в первую очередь определяется состояние цепей питания, при этом возникает задача, как проверить варистор. Вначале делается внешний осмотр.
Проверяется наличие нагара, почернения или механических повреждений. Если что-либо из этого присутствует – варистор нужно заменить. В противном случае выпаять хоть один вывод.
Без выпаивания контактов измерить сопротивление варистора не получится, так как он соединен параллельно со всей схемой устройства или каким-нибудь его модулем. Поэтому вместо определения сопротивления варистора будет измеряться, в лучшем случае, общее сопротивление всего устройства.
Для выпаивания вывода необходим паяльник, оловоотсос, круглогубцы. Паяльником прогревается площадка вокруг вывода. Оловоотсосом откачивается расплавленный припой. Круглогубцами вынимается вывод варистора из платы.
Затем начинается непосредственная проверка варистора мультиметром или омметром. Переключатель режимов работы устанавливается в положение «измерение сопротивления». Выбирается самая большая шкала измерений (200МОм).
Щупы присоединяются к выводам варистора. Измеряется сопротивление. Затем щупы меняют местами и фиксируют второе значение измеренного сопротивления.
Мультиметр должен показывать значения в десятки МОм. Если хоть в одном замере мультиметр покажет значения отличные от МОм, значит, варистор неисправен и его нужно заменить.
В некоторых устройствах последовательно с варистором стоит предохранитель. Тогда достаточно вынуть его и получим вариант с одним свободным контактом. Выпаивать ничего не нужно.
Дальше следует использовать мультиметр, а как проверяется варистор и проводятся измерения, было описано выше.
Применение в аналоговой технике
Если варистор в схеме используется как аналоговый вычислитель, то одним измерением сопротивления с перекидыванием измерительных щупов с одного контакта на другой не ограничитесь.
Применение варистора в аналоговой вычислительной машине для возведения в степень, извлечения корней и других математических действий требует определенной точности в настройке параметров. В этом случае потребуется построение вольтамперной характеристики, для проверки правильности вычислений.
Как и в предыдущем случае потребуется реостат, предохранитель и два мультиметра. Сначала по первой схеме варистор проверяется на исправность.
Затем второй мультиметр подключается последовательно к варистору в режиме миллиамперметра. Теперь с помощью реостата напряжение на варисторе изменяется от 0 до значения, не достигающее пороговое.
Показания мультиметров записываются с таким шагом изменения напряжения, чтобы можно было по ним нарисовать качественную вольамперную характеристику. В зависимости от получившейся параболы будут добавлены другие нелинейные элементы, чтобы скорректировать ее либо заменен варистор.
Характеристики варистора
Тело варистора представляет собой изотропную гранулярную структуру оксида цинка ZnO (рисунок 1). Гранулы отделены друг от друга, и их граница разделения имеет ВАХ, схожую с p-n-переходом в полупроводниках. Эти границы при низких напряжениях имеют очень низкую проводимость, которая нелинейно увеличивается с увеличением напряжения на варисторе.
Рис. 1. Фотография гранулярной структуры варистора, сделанная с помощью электронного микроскопа
Симметричная ВАХ показана на рисунке 2. Благодаря ей варистор отлично справляется с подавлением скачков напряжения. Когда они появляются в цепи, сопротивление варистора уменьшается во множество раз: от почти непроводящего состояния до высокопроводящего, уменьшая импульс напряжения до безопасного для цепи значения. Таким образом, потенциально опасная для элементов цепи энергия входного импульса напряжения абсорбируется варистором и защищает компоненты, чувствительные к скачкам напряжения.
Рис. 2. Симметричная ВАХ варистора
В местах соприкосновения микрогранул варистора возникает эффект проводимости. Так как количество гранул в объеме варистора очень велико, абсорбируемая варистором энергия значительно превышает энергию, которая может пройти через единичный p-n переход в диодах Зенера. В процессе прохождения тока через варистор весь проходящий заряд равномерно распределяется по всему объему. Таким образом, количество энергии, которую может абсорбировать варистор, напрямую зависит от его объема. Величина рабочего напряжения варистора и максимального тока зависят от расстояния между электродами, между которыми находятся гранулы оксида цинка. Однако есть множество других технологических моментов, которые обуславливают эти электрические параметры: технология гранулирования и спекания, влияющая на размер гранул и их площадь соприкосновения, присоединение металлических выводов, покрытие варистора, легирующие добавки. Например, диапазон рабочих температур дисковых варисторов зависит от типа покрытия диска: у варисторов с эпоксидным покрытием диапазон -55…85°С, у фенолового покрытия, встречающегося у варисторов Littelfuse серии C-III, этот диапазон расширен до 125°С. Также расширенный диапазон рабочих температур имеет большинство серий варисторов для поверхностного монтажа.
Рассмотрим подробнее принцип работы варистора.
В его корпусе между металлическими контактами находятся гранулы со средним размером d (рисунок 3).
Рис. 3. Схематическое изображение микроструктуры металл-оксидного варистора
Токопроводящие гранулы оксида цинка со средним размером гранулы d разделены между собой межгранулярными границами.
При разработке варистора для заданного номинального напряжения Vn основным параметром является количество гранул n, заключенных между контактами, что, в свою очередь, влияет на размер варистора. На практике его материал характеризуется градиентом напряжения В/мм, измеренном в коллинеарном направлении с нормалью к плоскости варистора. Для контроля состава и условий производства градиент должен быть постоянным. Так как физические размеры варистора имеют определенные пределы, то сочетание примесей в составе прибора позволяет достичь заданного размера гранул и нужного результата.
Фундаментальным свойством ZnO-варистора является его практически постоянное падение напряжения на границах гранул во всем объеме. Наблюдения показывают, что вне зависимости от вида варистора, падение напряжения на границе соприкосновения гранул всегда составляет 2…3 В. Падение напряжения на границах гранул не зависит и от размера самих гранул. Таким образом, если опустить разные способы производства и легирования оксида цинка, то напряжение варистора будет зависеть от его толщины и размера гранул. Эта зависимость может быть легко выражена в следующем виде (формула 1):
где d – средний размер гранулы.
получаем данные, представленные в таблице 1.
Таблица 1. Зависимость структурных параметров варистора от напряжения
Напряжение варистора Vn – это напряжение на вольт-амперной характеристике, где происходит переход из слабопроводящего состояния на линейном участке графика в нелинейный режим высокопроводящего состояния. По общей договоренности для стандартизации измерений был выбран ток 1 мА.
Несмотря на то, что варисторы могут за несколько микросекунд абсорбировать большое количество энергии, они не могут продолжительно находиться в проводящем состоянии. Поэтому в некоторых случаях, когда, например, напряжение в сети на продолжительное время увеличивается до уровня срабатывания, варистор начинается сильно греться. Его перегрев может закончиться возгоранием (рисунок 4). Для защиты от этого стали применяться термисторы. Варистор со встроенным термистором защищен от перегрева, что продлевает его срок службы и защищает устройство от возможного возгорания.
Рис. 4. Результат увеличения напряжения в сети на продолжительное время
Проведем сравнительный анализ наиболее популярных варисторов производства компаний Littelfuse, Epcos и Fenghua с рабочим напряжением 250 и 275 В (АС rms) и диаметром диска 10, 14 и 20 мм.
Как видно из таблицы 2, рассеиваемая варистором энергия зависит не только от его размеров, но и от технологии производства и материалов, которые использованы для выпуска серии. Заметим, что серия индустриального класса С-III производства компании Littelfuse вышла на первое место, серия UltraMOV тоже показала очень высокие характеристики, оказавшись на уровне конкурентов – серии Advanced производства Epcos. Также можно отметить, что варисторы C-III при меньшем габарите (D = 14 мм) имеют большую энергию рассеивания, чем стандартные серии конкурентов, имеющие большие размеры (D = 20 мм), а разница в рассеиваемой энергии между качественными варисторами в корпусе D = 20 мм и стандартными варисторами в корпусе D = 10 мм может отличаться на порядок.
Таблица 2. Сравнительный анализ наиболее популярных варисторов производства компаний Littelfuse, Epcos и Fenghua
НаименованиеПроизводительСерияD, ммVRMS, ВImax (8/20 мкс), АWmax (2 мс), ДжV275LA40CPLittelfuseC-III2027510000320V250LA40CPLittelfuseC-III2025010000300B72220S2271K101, S20K275E2EpcosAdvanceD2027510000215B72220S2251K101, S20K250E2EpcosAdvanceD2025010000195V20E275PLittelfuseUltraMOV®202756500190V20E250PLittelfuseUltraMOV®202506500170B72220S0271K101, S20K275EpcosStandarD202758000151V275LA20CPLittelfuseC-III142756500145FNR-20K431FenghuaGeneral202756500140B72220S0251K101, S20K250EpcosStandarD202508000140V250LA20CPLittelfuseC-III142506500135FNR-20K391FenghuaGeneral202506500130B72214S2271K101, S14K275E2EpcosAdvanceD142756000110V14E275PLittelfuseUltraMOV®142754500110B72214S2251K101, S14K250E2EpcosAdvanceD142506000100V14E250PLittelfuseUltraMOV®142504500100FNR-14K431FenghuaGeneral14275450075B72214S0271K101, S14K275EpcosStandarD14275450071FNR-14K391FenghuaGeneral14250450070V275LA10CPLittelfuseC-III10275350070B72214S0251K101, S14K250EpcosStandarD14250450065V250LA10CPLittelfuseC-III10250350060B72210S2271K101, S10K275E2EpcosAdvanceD10275350055V10E275PLittelfuseUltraMOV®10275250055B72210S2251K101, S10K250E2EpcosAdvanceD10250350050V10E250PLittelfuseUltraMOV®10250250050FNR-10K431FenghuaGeneral10275250045B72210S0271K101, S10K275EpcosStandarD10275250043FNR-10K391FenghuaGeneral10250250040B72210S0251K101, S10K250EpcosStandarD10250250038
Обзор варисторов производства компании Littelfuse c разбивкой на серии и области применения представлен в таблице 3.
Таблица 3. Области применения варисторов Littelfuse
СегментТиповое применение и примерыСерияТехнологияSMD-монтажНизковольтное оборудование, одноплатные устройстваНаладонные и портативные приборы, контроллеры, измерительное оборудование, компьютеры, дистанционные датчики, порты ввода/вывода и интерфейсы, медицинское оборудованиеСНMOV+MA, ZA, RA, UltraMOV, CIIIMOVML, MLE, MLN, MHSMLV+Электросети, сетевые фильтрыИсточники бесперебойного питания, измерители мощности, источники питания переменного напряжения, LED-драйверы, блоки питания, промышленные источники питания, автоматы, сетевые фильтры, бытовая электроника, управление питаниемTMOV, UltraMOV, CIII, LA, HA, HB, HG, HF, DHB, TMOV34S, RAMOV–SM20, SM7, CHMOV+Автомобильная электроникаABS, шины данных, контроллеры электродвигателей, сервоприводы, подушки безопасности, управление зеркалами, стеклоподъемниками, щеткамиSM7, CHMOV–ZA, LV UltraMOVMOV–AUML, ML, MLE, MLN, MHSMLV+Телекоммуникационное оборудованиеСотовые и DECT-телефоны, роутеры, модемы, сетевые карты, защита абонентского оборудования, T1/E1/ISDN, защита шин данныхSM7, CHMOV–ZA, LV UltraMOVMOV–SM20, SM7, ML, MLE, MLN, MHSMLV+Мощное индустриальное оборудованиеСиловые реле, соленоиды, драйверы электродвигателей, источники питания, роботы, большие двигатели/насосы/компрессорыDA/DB, BA/BB, CA, HA, HB, HC, HG, HF, DHB, TMOV34S, CIII, UltraMOVMOV–
Варистор MYG 14K471
Ежедневная отправка заказов производится из г. Каменск-Шахтинский, Ростовской области по фиксированному тарифу (количество товаров не влияет на стоимость доставки). При общей сумме заказа более 2000 рублей — доставка почтой России за счет магазина!
Гибкая система оплаты банковскими картами (Visa, Mastercard, Maestro, МИР) любого банка, через интернет-банкинг (Промсвязьбанк, Альфа-Банк, ВТБ24, Банк Русский Стандарт), электронными деньгами (Webmoney, Яндекс деньги, Qiwi), наличными в салонах связи (Евросеть, Связной) — позволит вам оплатить заказ + стоимость доставки он-лайн без всяких комиссий.
После получения он-лайн оплаты, мы предоставим Вам электронный чек ОФД – который приравнен к обычному бумажному чеку и может быть использован Вами для любых целей – для отчета в бухгалтерии или разрешения спорных ситуаций, а после комплектации и отправки заказа (как правило 1-2 суток) – предоставим ссылку для отслеживания местонахождения заказа на электронную почту и продублируем смс сообщением. Вы в любой момент можете узнать – где именно находится заказ!
Доставка осуществляется почтой России до Вашего почтового отделения или Транспортной Компанией до точки самовывоза (ПВЗ Транспортой Компании) либо курьером до Двери в кротчайшие сроки — от 3 до 8 суток (в зависимости от региона получателя и способа доставки).
Доставка в Казахстан и Белоруссию осуществляется только транспортной компанией! При этом он-лайн оплата может производится банковскими картами в национальной валюте с прямой конвертацией в Российские рубли без всяких комиссий.
В настоящее время жесткой конкуренции на стоимость — скорость доставки заказов — Обратите внимание на способ доставки Транспортной Компанией. т.к. Стоимость ее доставки уже сравнялась с Почтой России, зато скорость выполнения работы, специальные логистические центры и отсутствие очередей, а так же лояльное отношение к клиенту — несоизмеримо выше!
Даже если по какой-то причине Вам не удалось оплатить заказ, мы отправим на Ваш электронный ящик письмо с уведомлением о заказе и ссылкой его для оплаты.
Все неоплаченные в течении 5 банковских дней заказы анулируются.
*Изображение для продукта Варистор MYG 14K471 служит только для ознакомления и не предназначено для использования в конструкторской документации.
**Цены и наличие товара на сайте и в розничных магазинах «Radio-Sale» могут отличаться.