Силовая полупроводниковая элементная база. Учебное пособие

8. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

8.2. Варисторы

Варистор обладает нелинейной симметричной вольтамперной характеристикой, которая показана на рисунке 8.4. В области высоких напряжений происходит пробой варистора с увеличением протекающего через него тока. Функционально характеристика варистора схожа с ВАХ двух последовательно включенных стабилитронов. Однако известные стабилитроны технологически не обладают достаточно большими защитными мощностями, которые необходимы для мощных силовых устройств преобразования электрической энергии.

Условное обозначение варистора аналогично обозначению позистора или термистора.

I

I2

I1

U

U1 U2

Рисунок 8.4 — ВАХ варистора

Варистор обладает свойством резко уменьшать свое сопротивление с миллионов до десятков или единиц Ом при увеличении приложенного к нему напряжения выше пороговой величины. При дальнейшем увеличении напряжения его сопротивление уменьшается еще больше. Очевидно, что основным показателем, определяющим защитные свойства варистора, является его дифференциальное сопротивление, когда он находится во включенном состоянии, то есть в области пробоя полупроводниковой структуры.

Варисторы — основной элемент защиты электротехнических и электронных устройств от перенапряжений. В частности, они являются основным элементом защиты аппаратуры от грозовых разрядов.

92

Б. С. Сергеев. Силовая полупроводниковая элементная база

Схемотехнически различие в применении варистора от позистора заключается в том, что позистор для целей защиты включается последовательно с защищаемой цепью, а варистор — параллельно защищаемому устройству.

Основные параметры варисторов

Uном — классификационное напряжение при определенном токе (обычно 1 мА), является условным параметром при маркировке варистора.

Umax — максимально допустимое напряжение для постоянного тока и переменного тока (среднеквадратичное или действующее значение).

Рном — номинальная средняя мощность, которую варистор может рассеивать в течение всего срока службы при сохранении параметров в заданных пределах.

Ipp — максимальный импульсный ток, для которого нормируется время нарастания и длительность импульса.

W — максимально допустимая поглощаемая энергия при воздействии одиночного импульса.

С0 — емкость, измеренная в закрытом (выключенном) состоянии при заданной частоте, которая зависит от приложенного напряжения, но когда варистор пропускает через себя большой ток, эта емкость равна нулю.

С точки зрения обеспечения высокого качества напряжения на нагрузке при воздействии импульсов перенапряжений можно рассмотреть такой параметр, как дифференциальное сопротивление варистора, которое в соответствии с обозначениями графика, приведенного на рисунке 8.4, определяется:

Однако, к сожалению, этот параметр в нормативных характеристиках варисторов не установлен.

Промышленностью выпускаются варисторы на рабочие напряжения от нескольких сотен вольт до единиц-десятков киловольт. При этом в области пробоя допускаются импульсные токи в сотнитысячи ампер.

93

8. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

8.3. Конструкции позисторов и варисторов

Промышленностью выпускается большое разнообразие корпусов позисторов и варисторов, которые отличаются энергетическими характеристиками. В соответствии с этим, они могут быть разделены на мощные и менее мощные. Учитывая, что основным признаком габаритов корпуса является рассеиваемая ими мощность, можно рассматривать их с учетом этого фактора.

На рисунке 8.5 представлены некоторые позисторы малой мощности.

Внешний вид более мощных позисторов, реализованных в корпусном виде, показан на рисунке 8.6.

Аналогичные позисторы, но в другом виде корпуса, приведены на рисунке 8.7.

Рисунок 8.7 — Вариант другого корпусного исполнения позисторов

94

Б. С. Сергеев. Силовая полупроводниковая элементная база

Пример вида маломощных варисторов показан на рисунке 8.8.

Рисунок 8.8 — Вид маломощных варисторов

Различные варианты семейства варисторов малой и средней мощности показаны на рисунке 8.9.

Вид варистора средней мощности в корпусе для настенного или внутришкафного исполнения показан на рисунке 8.10.

Конструкции варисторов большой и сверхбольшой мощности, предназначенные для установки на промышленных предприятиях и подстанциях РАО ЕС, а также на тяговых подстанциях железнодорожного транспорта, показаны на рисунке 8.11.

95

8. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Рисунок 8.11 — Варисторы большой и сверхбольшой мощности

Приведенные виды корпусов позисторов и варисторов определяют их конструктивную схожесть. Это определяет их качественно одинаково выполняемые ими функции.

В заключение следует отметить, что без рассмотренных в данном разделе полупроводниковых приборов невозможно обеспечить надежную работу любых электротехнических и электронных устройств и систем.

96

Б. С. Сергеев. Силовая полупроводниковая элементная база

Литература

1.Электрические и электронные аппараты : учебник для вузов / под ред. Ю.К. Розанова. — 2-е изд. испр. и доп. — М. : Информэлектро, 2001. — 420 с.

2.Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. — Изд. 4-е, перераб. и доп. — М. : Энергия, 1977. — 672 с.

3.Сергеев Б. С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания. — М. : Радио и связь, 1992. — 224 с. ISBN 8-256-00433-6.

4.Бачурин В.В., Дьяконов В.П., Смердов В.Ю. Мощные высоковольтные ключевые МДП транзистора для бестрансформаторных источников питания // Электричество. — 1985. — № 3. — С. 65–68.

5.Кристафович И. А. Мощные полевые транзисторы в устройствах вторичного электропитания. — Киев : Знание, 1989. — 20 с.

6.Принцип действия и области применения IGBT транзисторов. URL: http://gaw.ru/html.cgi/txt/doc/transistor/igbt_semi/2_1.htm (дата обращения: 21.07.2016).

7.Транзисторная схемотехника. URL: http: //hamlab.net/taxonomy/ term/21. (дата обращения: 12.08.2016).

8.Бачурин В. В., Дьяконов В. П., Смердов В. Ю. Мощные высоковольтные ключевые МДП транзисторы для бестрансформаторных источников питания // Электричество. 1986. № 3. — С. 65–68. ISSN 0013-5380.

9.Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей / Пер. с англ. — М. : Энергоатомиздат, 1983. — 360 с.

10.АхмедовР.Б., Баум И.В., Пожарнов В.А., Чаховский В.М. Солнечные электрические станции. — М. : ВИНИТИ, 1986. — Т. 1. — 120 с.

11.ВиссарионовВ.И.,ДерюгинаГ.В.,КузнецоваВ.А.,МалининиН.К. Солнечная энергетика : учеб. пособие для вузов. — М. : Изд. дом МЭИ, 2008. — 276 с. ISBN 978-5-383-00270-4.

12.Шиняков Ю.А. Экстремальное регулирование мощности солнечных батарей автоматических космических аппаратов // Вестник Самарского государственного университета им. ак. С. П. Королева. 2007. № 1. — С. 123–129.

13.Сергеев Б. С., Оськина М. А. Введение в электронику : учеб. пособие / Б.С. Сергеев, М.А. Оськина. — 2-е изд. перераб. и доп. — Екатеринбург : УрГУПС, 2017. — 127 с.

97