حققت شركة Bourns، Inc. أحد أهم الاختراقات في تصميم أجهزة مكثف أكسيد المعادن (MOV) منذ عقود. واقيات IsoMOV الجديدة ، أو مكونات الحماية المختلطة, دمج وظيفة أنبوب تفريغ الغاز (GDT) مباشرة في MOV نفسها ، مما يوفر معدلات زيادة أعلى في الحزم الأصغر ، إلى جانب زيادة الصلابة. من خلال دمج GDT ، فإنه يحل أيضًا مشكلات تدهور MOV الناتجة عن تيارات التسرب ويطيل العمر التشغيلي لـ MOV.
تتميز واقيات IsoMOV بسعة منخفضة وتسرب منخفض للغاية وكثافة معالجة طاقة عالية. المكيف الجهد االكهربى تتراوح التصنيفات من 175 فولت إلى 555 فولتًا ، وهي متوفرة بثلاثة طرز - IsoM3 و IsoM5 و IsoM8 ، وتكون معدلات الزيادة الاسمية 3 كيلو أمبير و 5 كيلو أمبير و 8 كيلو أمبير على التوالي. تتوفر الأجهزة في حزمة MOV للقرص الشعاعي المألوف بقطر أصغر وأثخن قليلاً. نطاق درجة حرارة التشغيل هو -40 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية.
نطاق درجة الحرارة الممتد لعائلة IsoMOV والتسرب المنخفض يجعلها مناسبة تمامًا للاتصالات الصناعية وخطوط الطاقة والمعلومات والاتصالات عالية السرعة التكنلوجيا وقال بورنز، إن معدات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات، بالإضافة إلى مجموعة من البيئات القاسية أو التطبيقات البعيدة حيث يمكن أن تكون الإصلاحات صعبة جسديًا ومكلفة الأداء.
واقيات Bourns IsoMOV (المصدر: Bourns Inc.)
"نظرًا لأننا نرى دوائر أكثر تطورًا وتقارب أحجام مكونات منخفضة ، الدارة الكهربائية قال لي بورنز ، مدير التسويق ، إن الحماية يجب أن تلبي هذه الاتجاهات بشكل مباشر ، لذلك نحتاج باستمرار إلى تصميم أجهزة أصغر وأصغر لا تضحي بمستويات الحماية المطلوبة أو المساومة عليها ، والتي يتوقعها المصممون ، وفي النهاية ، المستخدمين النهائيين من حماية الدائرة. لحماية الدوائر في بورنز.
في الوقت نفسه ، أصبحت هذه التصميمات عرضة بشكل متزايد للأضرار العابرة من الصواعق والجهد المفاجئ ، ويزداد الأمر تعقيدًا لأن المكونات الفردية داخل الدائرة أصبحت أصغر بشكل متزايد وقد لا تكون قادرة على التعامل مع نفس القدر من الطاقة أو التعامل مع التهديدات العابرة بالإضافة إلى جهاز أكبر حجمًا ، على حد قوله.
لا تزال MOVs مستخدمة بشكل كبير للحماية من الجهد الزائد وغالبًا ما تستخدم مع GDTs لإطالة عمر MOVs ، كما قال Bourns. "لكنها لا تلبي دائمًا متطلبات مساحة اللوحة المكثفة وأحجام البصمة الأصغر."
وأضاف أن هذه ليست مكونات صغيرة جدًا مثل الأنواع الأخرى من أجهزة حماية الدوائر ، والتي يمكن أن تحتوي على 0402 أو 0201 أو حتى أحجام بصمة أصغر. يبلغ قياس GDT الأسطوانية التقليدية 5 × 5 مم و 8 × 6 مم ، وعندما يتم دمجها مع MOV ، فإنها تشغل قدرًا كبيرًا من مساحة اللوحة.
في كثير من الحالات ، يتعين على مهندسي التصميم الاختيار بين المكونات ذات الأداء المنخفض والموفرة للمساحة أو الأجهزة المحددة أكثر من اللازم لتلبية متطلبات الحماية الخاصة بهم. قال بورنز: "باستخدام واقيات IsoMOV ، يمكن للمصممين الآن الحصول على المستوى المناسب من الحماية من زيادة التيار لتطبيقهم دون الحاجة إلى تقديم أي تنازلات في الأداء أو الحجم أو التكلفة أو إعادة التصميم".
من أين بدأ
في عام 2019 ، طورت Bourns تقنية واقي هجين GMOV تستخدم FLAT GDT المنفصلة بالإضافة إلى MOV المنفصلة التي يتم ربطها ميكانيكيًا معًا في حزمة واحدة. تأخذ مكونات الحماية من الجهد الزائد الهجين IsoMOV الجديدة هذه الفكرة إلى المستوى التالي من خلال تضمين GDT مباشرة بين قرصي MOV.
قال بورنز إن GDTs ذات التقنية المسطحة قللت من حجم بصمة GDT بشكل كبير لكنها لم تذهب بعيدًا بما يكفي لحل جميع متطلبات تصميم الدوائر المتطورة.
عملت الشركة على تقنية الحماية الهجينة لبضع سنوات. قال كيلي كيسي ، المدير الهندسي لحماية الدوائر في شركة Bourns ، إنه نشأ في الواقع من اثنين من مشاريع الشركة ، بما في ذلك مشروع لتصغير GDTs. لكن الفكرة وراء التصميم جاءت في الواقع من الرئيس التنفيذي للشركة جوردون بورنز ، عندما كانوا يناقشون GDTs للإلكترودات الخزفية.
تتمثل الميزة الرئيسية للتصميم المتكامل في أنه يوفر مواصفات أداء توجد عادةً في أجهزة MOV التقليدية الأكبر حجمًا. يتيح ذلك للمصممين تصميم أداء حماية الطفرة بشكل أفضل وفقًا لمتطلبات المساحة الخاصة بهم ، ويسمح لهم بترقية حماية الجهد الزائد من MOV لتشمل عزل GDT دون إعادة تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
قال كيسي إن العديد من المصممين يحددون MOVs المصنفة بجهد أعلى بكثير وتيارات تصاعدية لضمان عدم الضغط على الأجهزة حتى نقطة الانهيار ، بينما وضع آخرون GDTs في سلسلة مع MOVs للقضاء على تيارات التسرب وإطالة عمر MOV.
قال كيسي: "هناك الكثير من المهندسين الذين يفرطون في تحديد هذه المنتجات للتأكد من عدم وجود عطل". "سيشترون جزءًا عالي الجهد ، وبتصنيف تيار أعلى مما سيطلبه تطبيقهم الفعلي."
مع IsoMOV ، يتوفر للمصممين بعض الخيارات. يمكنهم اختيار جزء أصغر أو البقاء بنفس الحجم والحصول على تصميم أكثر قوة. على سبيل المثال ، تم تصنيف MOV القياسي الأفضل في فئته بحجم 10 مم عند 2,000 أمبير (A) ، مقارنة بـ 3,000 أمبير لـ IsoMOV مقاس 10 مم ، وهو في الواقع على قدم المساواة مع معيار MOV مقاس 14 مم (انظر الجدول أقل).
تصنيفات زيادة IsoMOV مقابل MOVs القياسية (المصدر: Bourns Inc.)
بالإضافة إلى ذلك ، مع تخطيطات المسامير المتوافقة مع معايير الصناعة ، توفر واقيات IsoMOV ترقية للأداء والموثوقية إلى MOVs القياسية من نفس الحجم في عامل شكل استبدال من طرف إلى طرف.
التصميم
من خلال الجمع بين GDT و MOV في حزمة واحدة ، يسمح IsoMOV لـ GDT بمنع تيارات التسرب من خلال MOV الذي قد يؤدي إلى فشل سابق لأوانه ، مما يجعل MOV أكثر قوة بطبيعته دون إضافة مكونات إضافية إلى تصميم الدائرة.
يوجد تجويف بين قرصي MOV حيث يتم وضع وظيفة GDT دون إنشاء مسار تسرب. تحتوي أقراص MOV على جانب مقعر يخلق التجويف وفي التجويف عبارة عن مادة زجاجية تؤدي وظائف عديدة. يتضمن ذلك إغلاق الغاز الخامل في غرفة GDT ، وعزل قرصي MOV عن بعضهما البعض ، مما يسمح لـ GDT بأداء وظيفته ، وتوفير مسار تسرب طويل بين أقطاب GDT ، مما يطيل من عمر GDT.
المقطع العرضي للواقي الهجين IsOMOV (المصدر: Bourns Inc.)
بالإضافة إلى ذلك ، تُعزى القدرة على زيادة التيار المحسن لجهاز IsoMOV إلى هندسة EdgMOV الفريدة. إنه يعزز أداء MOV عن طريق إزالة وضع الفشل الرئيسي ، وهو ثقب احتراق على حافة المعدن الذي يتسبب في قصر MOV. تزيل هندسة EdgMOV وضع الفشل هذا عن طريق توجيه التيار بعيدًا عن الحواف. كما أنه يسمح بتوزيع أفضل لطاقة زيادة التيار ، مما يبطئ شيخوخة عناصر MOV بسبب الزيادات المفاجئة. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي التوزيع الأفضل للطاقة إلى زيادة القدرة على زيادة الطاقة لكل وحدة مساحة.
فكيف تعمل IsoMOV؟ عند حدوث عابر ، يقوم IsoMOV بتثبيت الجهد تمامًا مثل MOV التقليدي ، ولكن نظرًا لأن GDT يعمل كمفتاح ، لا يتعين على MOV تحمل هذا الضغط المستمر للجهد عبره باستمرار ، كما قال Casey.
وقال إن GDT هي القطعة الأساسية لطول عمر IsoMOV. "طوال عمرها ، تم توصيل MOV بالفعل بخط الطاقة لبضع ثوانٍ فقط. لقد كان GDT يأخذ هذا الجهد طوال الوقت باستثناء أثناء حدث البرق الذي يستمر فقط لبضعة ميكروثانية أو ميلي ثانية. "
"إحدى المشكلات المتعلقة بـ MOVs هي أنها تميل إلى التسريب بمرور الوقت. لا يحبون درجات الحرارة المرتفعة ولا يحبون الرطوبة العالية ؛ قال كيسي: "كل هذه الأشياء تؤدي إلى تيارات التسرب". "وعندما تبدأ تيارات التسرب في الزيادة ، يبدأ ذلك في تسخين الجهاز ، ومع ارتفاع درجة حرارة الجهاز ، يتسرب أكثر ، مما يجعله في حالة هروب. مع GDT في السلسلة مع MOV الذي تم التخلص منه ".
ومع ذلك ، هناك غرامة يجب دفعها عند استخدام هذه الأجهزة معًا ، وهو الوقت المناسب لتشغيل GDT ، وعادة ما يكون أقل من 300 نانوثانية ، كما قال Casey ، وخلال ذلك الوقت يكون هناك ارتفاع في الجهد الأمامي. وأشار إلى أن ارتفاع الجهد يحدث أيضًا مع حلول GDT و MOV المنفصلة ، لذلك هذا ليس شيئًا جديدًا للمصممين الذين يستخدمون GDTs و MOVs معًا. "في الغالبية العظمى من التطبيقات ليس لها أي تأثير على الإطلاق لأنها قصيرة جدًا في المدة."
بمجرد انتهاء الاندفاع العابر (أو زيادة البرق) ، تتم إعادة تعيين IsoMOV إلى وظيفة الاستعداد العادية. "في هذا التصميم ، تكون MOV تحت الطلب ولكنها ليست في الخدمة. قال كيسي: "إنها تنتظر أن تستيقظ GDT خلال هؤلاء العابرين".
تصميم واقي الهجين IsoMOV (Bourns Inc.)
سلسلة الحماية IsoMOV هي UL 1449 Type 5 المعترف بها. لا تمتلك IEC حاليًا معيارًا للتعرف على IsoMOV ، لكن Bourns تعمل مع هيئة المعايير لتقديم التغييرات التي من شأنها التعرف على التكنولوجيا الهجينة. وقال كيسي إنه من المحتمل أن يتم إدراجه في إطار المواصفة القياسية الدولية IEC 37B ، وهو قيد التطوير حاليًا.
سلسلة واقي IsoMOV متاحة الآن. مجرد تحذير واحد حول ترقيم الجزء. يتم تحديد أرقام أجزاء IsoMOV من خلال تقييمات الارتفاع ، مثل IsoM3-xxx (3 كيلو فولت) و IsoM5-xxx (5 كيلو فولت) و IsoM8-xxx (8 كيلو فولت) ، بدلاً من الاعتماد على أحجامها.
"لا نريد أن يفكر المصممون في إجراء عملية شراء مكافئة للحجم مقابل الحجم ، بل نريدهم حقًا في التفكير في الحجم والقدرة على زيادة الطاقة ، وهذا هو السبب في أننا قمنا بترقيمهم بالطريقة التي فعلناها." انقر هنا للحصول على ورقة البيانات. يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول أجهزة الحماية المختلطة في سلسلة من الأوراق البيضاء.
حول بورنز