Bourns, Inc. ha reclamado uno de los avances más importantes en el diseño de dispositivos de varistores de óxido metálico (MOV) en décadas. Los nuevos protectores IsoMOV, o componentes de protección híbridos, integre la función del tubo de descarga de gas (GDT) directamente en el propio MOV, lo que brinda índices de sobretensión más altos en paquetes más pequeños, junto con una mayor robustez. Al integrar el GDT, también resuelve los problemas de degradación de MOV causados por corrientes de fuga y extiende la vida operativa del MOV.
Los protectores IsoMOV presentan una capacitancia más baja, una fuga muy baja y una alta densidad de manejo de energía. El AC voltaje los valores nominales van de 175 V a 555 V. Disponibles en tres modelos: IsoM3, IsoM5 e IsoM8, los valores nominales de sobretensión son 3 kA, 5 kA y 8 kA, respectivamente. Los dispositivos están disponibles en el conocido paquete MOV de disco radial con un diámetro más pequeño y un poco más grueso. El rango de temperatura de funcionamiento es de -40 ° C a 125 ° C.
El rango de temperatura extendido y las bajas fugas de la familia IsoMOV la hacen ideal para comunicaciones industriales, de líneas eléctricas, información y comunicaciones de alta velocidad. la tecnología (TIC), así como una variedad de entornos hostiles o aplicaciones remotas donde las reparaciones pueden ser físicamente desafiantes y costosas de realizar, dijo Bourns.
Protectores Bourns IsoMOV (Fuente: Bourns Inc.)
“A medida que vemos que convergen circuitos más sofisticados y tamaños de componentes reducidos, circuito La protección tiene que cumplir con esas tendencias de frente, por lo que debemos diseñar constantemente dispositivos cada vez más pequeños que no sacrifiquen ni comprometan los niveles de protección requeridos que los diseñadores y, en última instancia, los usuarios finales esperan de la protección de circuitos ”, dijo Lee Bourns, director de marketing para protección de circuitos en Bourns.
Al mismo tiempo, estos diseños se están volviendo cada vez más susceptibles a daños transitorios por rayos y sobretensiones y eso se agrava aún más a medida que los componentes individuales dentro de los circuitos se vuelven cada vez más pequeños y es posible que no puedan manejar tanta energía o manejar las amenazas transitorias. así como lo haría un dispositivo de mayor tamaño, dijo.
Los MOV continúan siendo muy utilizados para la protección contra sobretensiones y, a menudo, se usan junto con los GDT para extender la vida útil de los MOV, dijo Bourns. "Pero no siempre cumplen con los requisitos de espacio de tablero condensado y tamaños de huella más pequeños".
Estos no son componentes ultra pequeños como otros tipos de dispositivos de protección de circuitos, que pueden tener 0402 o 0201 o incluso tamaños de huella más pequeños, agregó. Los GDT cilíndricos tradicionales miden 5 × 5 mm y 8 × 6 mm y, cuando se combinan con el MOV, ocupan una cantidad significativa de espacio en la placa.
En muchos casos, los ingenieros de diseño tienen que elegir entre componentes de menor rendimiento que ahorran espacio o dispositivos sobreespecificados para cumplir con sus requisitos de protección. “Con los protectores IsoMOV, los diseñadores ahora pueden obtener el nivel adecuado de protección contra sobretensiones para su aplicación sin tener que comprometer el rendimiento, el tamaño, el costo o el rediseño”, dijo Bourns.
Donde empezó
En 2019, Bourns desarrolló una tecnología de protección híbrida GMOV que utiliza un GDT FLAT discreto más un MOV discreto que se unen mecánicamente en un solo paquete. Los nuevos componentes de protección de sobrevoltaje híbridos IsoMOV llevan esta idea al siguiente nivel al incrustar el GDT directamente entre dos discos MOV.
Los GDT de tecnología plana redujeron significativamente el tamaño de la huella del GDT, pero no fueron lo suficientemente lejos para resolver todos los requisitos de diseño de circuitos en evolución, dijo Bourns.
La empresa ha trabajado en la tecnología de protección híbrida durante un par de años. De hecho, surgió de un par de proyectos de la compañía, incluido uno para miniaturizar los GDT, dijo Kelly Casey, director de ingeniería de Bourns para protección de circuitos. Pero la idea detrás del diseño en realidad provino del CEO de la compañía, Gordon Bourns, cuando discutían los GDT de electrodos cerámicos.
Un beneficio clave del diseño integrado es que proporciona especificaciones de rendimiento que generalmente se encuentran en dispositivos MOV tradicionales más grandes. Esto permite a los diseñadores adaptar mejor el rendimiento de la protección contra sobretensiones a sus requisitos de espacio y les permite actualizar su protección contra sobretensiones MOV para incluir el aislamiento GDT sin un rediseño de PCB.
Muchos diseñadores especifican MOV con voltajes y corrientes de sobretensión mucho más altos para garantizar que los dispositivos no se estresen hasta su punto de ruptura, mientras que otros han colocado GDT en serie con MOV para eliminar las corrientes de fuga y extender la vida útil del MOV, dijo Casey.
“Hay muchos ingenieros que sobreespecificarán estos productos para asegurarse de que no haya fallas”, dijo Casey. “Comprarán una pieza de voltaje más alto y con una clasificación de corriente más alta que la que demandará su aplicación real”.
Con IsoMOV, los diseñadores tienen algunas opciones. Pueden seleccionar una pieza más pequeña o quedarse con el mismo tamaño y obtener un diseño más robusto. Como ejemplo, un MOV estándar de 10 mm, el mejor de su clase, tiene una potencia nominal de 2,000 amperios (A), en comparación con los 3,000 A de un IsoMOV de 10 mm, que en realidad está a la par con un MOV estándar de 14 mm (consulte la tabla debajo).
Clasificaciones de sobretensión de IsoMOV frente a MOV estándar (Fuente: Bourns Inc.)
Además, con diseños de clavijas estándar de la industria, los protectores IsoMOV ofrecen una actualización de rendimiento y confiabilidad a MOV estándar del mismo tamaño en un factor de forma de reemplazo directo de clavija a clavija.
El diseño
Al combinar el GDT y el MOV en un solo paquete, el IsoMOV permite que el GDT bloquee las corrientes de fuga a través del MOV que pueden provocar una falla prematura, lo que hace que el MOV sea inherentemente más robusto sin agregar componentes adicionales al diseño del circuito.
Hay una cavidad entre los dos discos MOV donde se coloca la función GDT sin crear una ruta de fuga. Los discos MOV tienen un lado cóncavo que crea la cavidad y en la cavidad hay un material de vidrio que cumple varias funciones. Estos incluyen sellar el gas inerte en la cámara de GDT, aislar los dos discos MOV entre sí, permitir que el GDT haga su trabajo y proporcionar una ruta de fuga larga entre los electrodos de GDT, lo que prolonga la vida útil del GDT.
Sección transversal del protector híbrido IsOMOV (Fuente: Bourns Inc.)
Además, la capacidad mejorada de sobretensión del dispositivo IsoMOV se atribuye a la geometría única de EdgMOV. Mejora el rendimiento del MOV al eliminar el modo de falla principal, que es un agujero quemado en el borde de la metalización que hace que el MOV se cortocircuite. La geometría EdgMOV elimina este modo de falla al canalizar la corriente lejos de los bordes. También permite una mejor distribución de la energía de sobretensión, lo que ralentiza el envejecimiento de los elementos MOV debido a las sobretensiones. Además, la mejor distribución de energía aumenta la capacidad de sobretensión por unidad de área.
Entonces, ¿cómo funciona IsoMOV? Cuando ocurre el transitorio, el IsoMOV sujeta el voltaje como un MOV tradicional, pero debido a que el GDT actúa como el interruptor, el MOV no tiene que tolerar esa presión constante del voltaje a través de él constantemente, dijo Casey.
El GDT es la pieza clave para la longevidad del IsoMOV, dijo. “Durante toda su vida útil, el MOV solo está conectado a la línea de alimentación durante unos segundos. El GDT ha estado tomando ese voltaje todo el tiempo, excepto durante un rayo que solo dura unos pocos microsegundos o milisegundos ".
“Uno de los problemas con los MOV es que tienden a tener fugas con el tiempo. No les gustan las altas temperaturas y no les gusta la alta humedad; todas esas cosas generan corrientes de fuga ”, dijo Casey. “Y cuando las corrientes de fuga comienzan a aumentar, el dispositivo comienza a calentar y, a medida que se calienta, gotea aún más, llegando a una condición de fuga. Con el GDT en serie con el MOV que se elimina ".
Sin embargo, existe una penalización que se debe pagar cuando se usan estos dispositivos juntos, que es el momento de encender el GDT, por lo general menos de 300 nanosegundos, dijo Casey, y durante ese tiempo hay un pico de voltaje en el front-end. Señaló que el pico de voltaje también ocurre con soluciones GDT y MOV discretas, por lo que esto no es nada nuevo para los diseñadores que usan GDT y MOV juntos. "En la gran mayoría de las aplicaciones no tiene ningún impacto porque es de muy corta duración".
Una vez que finaliza el transitorio (o aumento de relámpago), el IsoMOV se restablece a su función de espera normal. “En este diseño, el MOV está de guardia pero no de servicio. Está esperando que el GDT lo despierte durante esos transitorios ”, dijo Casey.
Diseño del protector híbrido IsoMOV (Bourns Inc.)
La serie de protectores IsoMOV está reconocida por UL 1449 Tipo 5. Actualmente, IEC no tiene un estándar para reconocer IsoMOV, pero Bourns está trabajando con el organismo de estándares para presentar cambios que reconozcan la tecnología híbrida. Probablemente se incluirá en IEC 37B, que actualmente se encuentra en desarrollo, dijo Casey.
La serie de protectores IsoMOV ya está disponible. Solo una advertencia sobre la numeración de piezas. Los números de pieza de IsoMOV están designados por los valores nominales de sobretensión, es decir, IsoM3-xxx (3 kV), IsoM5-xxx (5 kV) e IsoM8-xxx (8 kV), en lugar de basarse en sus tamaños.
"No queremos que los diseñadores piensen en hacer una compra equivalente de tamaño por tamaño, queremos que realmente consideren el tamaño y la capacidad de aumento, por lo que los numeramos de la forma en que lo hicimos". Haga clic aquí para obtener la hoja de datos. Puede encontrar más información sobre los dispositivos de protección híbridos en una serie de informes técnicos.
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