變阻器是非線性雙向電壓依賴型保護器件,具有相對較高的暫態電流和能量評比(從毫微納秒至毫秒時間距)。變阻器的快速反應時間用於防止電子電路出現電壓暫態、電壓突波、電壓尖波、過電壓事件和 ESD。變阻器通常用於電路前端的輸入線路,有時也用於電路後端的輸出線路。變阻器是常開型器件,直至過壓發生,在這種情況下,變阻器以指數級速度降低電阻值的方式來箝制電壓。
因為通常都不會知道過壓情時的電壓值,所以很難知道所需變阻器是否是在其限值範圍內使用。變阻器如果在規格範圍內操作,則隨著時間通常不會出現任何劣化現象;但是,在電壓事件出現後變阻器會隨著時間而變得「更具電阻性(老化)」。變阻器的老化失效最初會表現為幾乎短路的狀態,但如果變阻器沒有串聯熱敏電阻或保險絲以限制電流值,則電路最終會開路。
某些變阻器會內置熱元件,這不僅可快速檢測過高熱量,還可節省電路板空間。此類變阻器有2個或3個引腳封裝形式,其中第3個引腳通常是一個「輸出指示」顯示變阻器內部狀態,以用作輸出到外置電路部份。亦有變阻器是一個封裝包含多個變阻器在內。
大多數變阻器的規格書中會包含脈衝率曲線圖或反覆突波能力圖,以展示變阻器可處理哪類型事件的規格。超出這些規格可能導致器件不符合預期。如果未正確選擇規格,則可能導致變阻器無法正常工作、生命週期縮短或完全失效。因為針對每種變阻器可採用不同的測試方法來確定變阻器電阻值,所以在確定是否選擇了正確的變阻器之前,務必要查看規格書。
專門名稱:
變阻器電壓(最小值):變阻器內電阻值發生變化時的近似最小電壓,或「開始導通」電壓,通常通過在指定的受控電路或電氣值下運行變阻器電阻來確定該值。
變阻器電壓(典型值):該值為最小和最大變阻器電壓之間的典型突波電壓或近似「中點」電壓。這通常是衍生自最小和最大電壓的中點電壓的特定通用值。
變阻器電壓(最大值): 有時稱為箝位電壓(最大值),是變阻器在指定峰值脈衝持續時間內傳導(或通過電路)的近似最大電壓,如果在規格範圍內操作,則不會導致設備故障。通常在指定的受控電路中運作變阻器來確定該值,或者在諸如最大箝位電壓(類電流下)等電氣值下確定。
電流 - 突波:特定波形的指定峰值脈衝持續時間內的最大峰值電流,可在不引起設備故障的情況下應用。雖然變阻器可以應對這種突波,但大多數製造商都認為在建議更換變阻器之前突波電流只能發生一次。
能量: 在事件發生時,變阻器在特定波形的指定峰值脈衝持續時間內可消耗的最大焦耳(或瓦秒)。通常在指定的受控電路和電氣值下運作變阻器來確定該值。變阻器只能對此最大量級做出一次反應,做出反應後建議進行更換。儘管變阻器在事件發生後可能仍可以工作,但亦可能已無法再正常運作。
最大交流電壓: 該值為可以在變阻器上持續施加的最大 RMS 線電壓。選值可稍高於實際的 RMS 線電壓。正弦波的峰值電壓不應與最小變阻器電壓重疊,這會降低變阻器的壽命。值得慶幸的是,這是製造商在其規格範圍內進行計算的常規做法。
最大直流電壓: 該值為可以在變阻器上持續施加的最大直流線電壓。選值可稍高於實際的直流線電壓,但製造商很多時候會在其規格範圍內包含這個餘裕。
怎樣選擇正確的變阻器
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確定能夠使變阻器正常工作的持續工作電壓 ,並選擇最大交流或直流電壓等於或稍高於此持續工作電壓的變阻器。由於供電線通常具有電壓變化容限,因此最大額定電壓比實際線電壓高 10-15% 很常見。通常情況下,變阻器已經將該比率計入其電壓值。當極低的漏電流比可能的最低保護電平更重要時,可以考慮使用具有更高工作電壓的變阻器。
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確定事件發生時由變阻器吸收的能量 。雖然這有時可能是未知值,但是可以在發生環境和規格書規範界定的事件期間使用變阻器的所有絕對最大負載值來確定該值。重要的是選擇具有能量耗散額定值的變阻器,其最小值等於或在理想情況下超過電路可能產生事件所需的能量耗散。變阻器只能對其額定的最高能量水平做出一次反應,做出反應後建議進行更換。儘管變阻器在事件發生後可能仍可以工作,但可能已無法正常工作。
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計算穿過變阻器的峰值暫態電流 ,通常稱為突波電流。突波電流是指在指定的持續時間和波形內可以通過變阻器的最大電流。重要的是選擇具有突波電流額定值的變阻器,該值等於或在理想情況下超過電路可能產生的事件所需的電流額定值以確保正常工作。雖然變阻器可以應對這種突波,但大多數製造商都認為在建議更換變阻器之前,突波電流只能發生一次。
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確定功率耗散要求。重要的是選擇額定功率等於或在理想情況下超過電路可能產生的事件所需的功率容量的變阻器。功率、突波電流和能量等級遠高於事件預期值很常見。這些降額因數通常比所需的常見應力容限大至少50倍。如果不確定事件的因素,選擇功率、突波電流和能量等級更高的設備會更安全。
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選擇提供所需變阻器最大值的模型 ,有時稱為箝位電壓(最大值)。必須根據電路輸入或輸出在事件期間可承載的近似最大電壓值來選擇箝位電壓。您必須確保您的電路能夠承載此電壓。簡而言之,該電壓大概是電路下線可承載的最高電壓。然而,當電壓接近於最小變阻器電壓時,變阻器開始傳導,可能會在達到實際箝位電壓之前產生一些較微弱的箝制效應。
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