وریستور چیست : ساختار و کاربردهای آن کدام است؟

وریستورها که به عنوان مقاومت های وابسته به ولتاژ (VDR) نیز شناخته می شوند، از قطعات مهم و ضروری حفاظتی در مدارهای الکترونیکی هستند که برای محافظت از دستگاه های الکترونیکی حساس در برابر نوسانات ولتاژ استفاده می شوند. این مقاله به ساختار، اصل کار، انواع و کاربردهای وریستورها در الکترونیک می پردازد.

وریستور چیست؟

وریستور یک قطعه نیمه هادی دارای مقاومتی خاص است که به طور قابل توجهی با ولتاژ اعمال شده به آن تغییر میکند . اصطلاح “وریستور” از “مقاومت متغیر” گرفته شده است. وریستورها برای محافظت از مدارها جهت جلوگیری از ورود ولتاژهای لحظه ای به آنها و جذب انرژی اضافی طراحی شده‌اند و در نتیجه از قطعات حساس محافظت می‌کنند.

ساختار یک وریستور چیست؟

متداول ترین نوع وریستور متال اکسید وریستور (MOV) است که شامل موارد زیر است:

مواد نیمه هادی: معمولاً از دانه های اکسید روی (ZnO) مخلوط شده با مقادیر کمی از اکسیدهای فلزی دیگر مانند بیسموت، کبالت و منگنز ساخته می شود.
لایه های الکترود:  این ها تماس های فلزی در دو طرف مواد نیمه هادی هستند.
کپسوله سازی: مجموعه در یک محفظه محافظ محصور شده است تا از آن در برابر عوامل محیطی محافظت کند.

ساختار داخلی:

دانه های ZnO یک ماده سرامیکی پلی کریستالی را تشکیل می دهند.
هر بخش متصل به عنوان یک اتصال دیود عمل می کند.
هنگامی که یک ولتاژ بالا اعمال می شود، این اتصالات شکسته می شوند و اجازه عبور جریان را می دهند و در نتیجه ولتاژ را محدود می کنند.

اصول کار وریستور چیست؟

وریستورها ویژگی های جریان-ولتاژ غیر خطی و غیر اهمی را نشان می دهند. در اینجا نحوه کار آنها آمده است:

ولتاژ پایین:  در شرایط کارکرد معمولی، وریستور مقاومت بالایی دارد و اجازه می دهد جریان بسیار کمی از آن عبور کند و مانند یک عایق رفتار می کند.

ولتاژ بالا: زمانی که ولتاژ از یک آستانه خاص (ولتاژ مجاز) فراتر می رود، مقاومت به شدت کاهش می یابد و وریستور جریان زیادی را هدایت می کند و ولتاژ را به سطح ایمن هدایت میکند تا ولتاژ بالا از قسمت های حساس مدار عبور نکند.این رفتار وریستورها را برای محافظت از مدارهای الکترونیکی در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ ایده آل می کند.

انواع وریستور چیست؟

وریستور اکسید فلز (MOV):

پرکاربردترین نوع
مناسب برای مدارهای AC و DC.
معمولاً در منابع تغذیه، دستگاه های مخابراتی و لوازم خانگی یافت می شود.

وریستور سیلیکون کاربید:

ساخته شده از کاربید سیلیکون.
در مدارات قدرت استفاده می شود.
به دلیل ظهور MOV ها کمتر رایج است.

وریستور هیبریدی:

ترکیبی از ویژگی های MOV ها و سایر موارد مورد نیازجهت حفاظت از نوسانات.
مورد استفاده در مدارات تخصصی که نیاز به حفاظت پیشرفته دارند.

کاربردهای وریستور چیست؟

وریستورها قطعات مفید و مهمی  هستند که در کاربردهای مختلف برای محافظت در برابر شرایط اضافه ولتاژ استفاده می شوند. برخی از موارد کاربردی رایج عبارتند از:

 

حفاظت از منبع تغذیه در برابر امواج ناخواسته:

وریستورها در سراسر خطوط برق قرار می گیرند تا از دستگاه های الکترونیکی در برابر افزایش ولتاژ ناشی از صاعقه، نوسانات برق یا عملیات سوئیچینگ محافظت کنند.

مخابرات:

از تجهیزات مخابراتی در برابر ولتاژهای گذرا ناشی از رعد و برق یا سایر اختلالات در شبکه محافظت می کند.

مدارهای الکترونیکی:

وریستورها برای محافظت از اجزای حساس مانند میکروکنترلرها، آی سی ها و سنسورها در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ استفاده می شوند.

لوازم الکترونیکی مصرفی:

معمولاً در دستگاه هایی مانند تلویزیون، رایانه و لوازم خانگی برای جلوگیری از آسیب ناشی از نوسانات برق یافت می شود.

کاربردهای خودرو:

در الکترونیک خودرو برای محافظت در برابر افزایش ولتاژ تولید شده توسط بارهای القایی مانند موتورها و رله ها استفاده می شود.

کاربردهای صنعتی:

از تجهیزات و ماشین آلات صنعتی در برابر شرایط اضافه ولتاژ محافظت می کند و عملکرد قابل اعتماد و طول عمر را تضمین می کند.

مزایا و معایب :

مزایای وریستور چیست:

قابلیت جریان بالا:

وریستورها می توانند مقادیر قابل توجهی انرژی را جذب کنند و در جلوگیری از ورود پالس های با ولتاژ زیاد به مدار موثر باشند.

زمان پاسخ سریع:

وریستورها تقریباً فوراً به ولتاژهای گذرا پاسخ می دهند و محافظت سریعی را امکانپذیر می کنند.

تطبیق پذیری:

آنها را می توان در مدارهای AC و  هم DC در طیف گسترده ای از مدارات الکترونیکی استفاده کرد.

معایب وریستور چیست :

طول عمر محدود:

قرار گرفتن مکرر در معرض عوامل گذرا با اولتاژ بالا می تواند وریستور را خراب و اثربخشی آن را در طول زمان کاهش دهد.

مشکلات حرارتی:

عبور طولانی مدت جریان و  ولتاژ بالا  می تواند باعث گرم شدن شود و اگر به درستی مدیریت نشود، به طور بالقوه منجر به سوختن آنها میشود.

تحمل ولتاژ :

میزان ولتاژ هر وریستور می تواند متفاوت باشد، که ممکن است همیشه در همه حالات محافظت دقیقی را ارائه نکند.

الزامات خرید وریستور چیست :

هنگام خرید وریستور، چندین پارامتر کلیدی باید در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که الزامات خاص برنامه شما را برآورده می کند. در اینجا خلاصه ای از مهمترین پارامترها آمده است:

ولتاژ شکست:

این ولتاژی است که در آن وریستور شروع به هدایت و جلوگیری از ولتاژ مزاحم می کند.
میزان این ولتاژ را کمی بالاتر از ولتاژ عملیاتی معمولی مدار خود انتخاب کنید تا از محافظت مناسب بدون هدایت غیرضروری در حین کار عادی اطمینان حاصل کنید.

حداکثر ولتاژ عملیاتی پیوسته (MCOV):

حداکثر ولتاژی که می توان به طور مداوم به وریستور بدون ایجاد تخریب اعمال کرد.
مطمئن شوید که MCOV بالاتر از حداکثر ولتاژ کاری مدار شما است.

ظرفیت جذب انرژی:

مقدار انرژی که وریستور می تواند در طول یک رویداد گذرا جذب کند، که معمولاً با ژول اندازه گیری می شود.
ظرفیت جذب انرژی بالاتر به معنای محافظت بهتر در برابر نوسانات بزرگ است.

میزان پیک جریان قابل تحمل:

حداکثر جریان موجی که وریستور می تواند برای یک شکل موج خاص (مثلاً 8/20 میکرو ثانیه) تحمل کند.
مطمئن شوید که میزان پیک جریان قابل تحمل وریستور با جریان‌های موج مورد انتظار در مدار شما همخوانی دارد یا بیشتر از آن باشد.

زمان پاسخ:

مدت زمانی که طول می کشد تا وریستور به یک موج پاسخ دهد.
واریستورها معمولاً زمان پاسخگویی بسیار سریعی دارند، اما اطمینان حاصل کنید که برای نیازهای شما کافی است.

ظرفیت:

واریستورها دارای ظرفیت ذاتی هستند که می تواند مدارهای سیگنال فرکانس بالا را تحت تاثیر قرار دهد.
مقدار خازنی وریستور را به خصوص در مدارهای مرتبط یا سیگنال هایRF در نظر بگیرید تا از تداخلات احتمالی خازنی در مدار جلوگیری شود.

محدوده دمای عملیاتی:

محدوده دماهایی که وریستور می تواند به طور قابل اعتماد در آن کار کند.
اطمینان حاصل کنید که با شرایط محیطی برنامه شما مطابقت دارد.

اندازه فیزیکی وشکل:

اندازه و سبک نصب (از طریق سوراخ یا روی سطح) باید با چیدمان PCB و محدودیت‌های طراحی سازگار باشد.

قابلیت اطمینان و طول عمر:

طول عمر وریستور را در نظر بگیرید، به خصوص اگر در معرض نوسانات مکرر باشد.
سازندگان اغلب داده هایی را در مورد تعداد نوسان هایی که یک وریستور قبل از تخریب می تواند تحمل کند ارائه می دهند.

با در نظر گرفتن دقیق این پارامترها، می توانید وریستوری را انتخاب کنید که محافظت مؤثر و قابل اعتمادی را برای برنامه الکترونیکی خاص شما ارائه می دهد.

وریستورها اجزا و قطعات مهم و ضروری در الکترونیک مدرن هستند که محافظت بسیار مهمی در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ ایجاد می کنند. یادگیری و مطالعه ساختار، اصول کار و کاربردهای آن‌ها به مهندسان اجازه می‌دهد مدارهای مطمئنی طراحی کنند که می‌توانند در شرایط اضافه ولتاژ مقاومت کنند و طول عمر و قابلیت اطمینان دستگاه‌های الکترونیکی را افزایش دهند.