Bourns, Inc. a revendiqué l'une des percées les plus importantes dans la conception de dispositifs à varistance à oxyde métallique (MOV) depuis des décennies. Les nouveaux protecteurs IsoMOV, ou composants de protection hybrides, intégrer la fonction de tube à décharge de gaz (GDT) directement dans le MOV lui-même, offrant des valeurs de surtension plus élevées dans des boîtiers plus petits, ainsi qu'une robustesse accrue. En intégrant le GDT, il résout également les problèmes de dégradation du MOV causés par les courants de fuite et prolonge la durée de vie opérationnelle du MOV.
Les protecteurs IsoMOV présentent une capacité inférieure, une très faible fuite et une densité de manipulation d'énergie élevée. Le CA Tension les valeurs nominales vont de 175 V à 555 V. Disponibles en trois modèles – IsoM3, IsoM5 et IsoM8, les valeurs nominales de surtension sont respectivement de 3 kA, 5 kA et 8 kA. Les appareils sont disponibles dans le boîtier MOV à disque radial bien connu avec un diamètre plus petit et légèrement plus épais. La plage de température de fonctionnement est de -40°C à 125°C.
La plage de température étendue et les faibles fuites de la famille IsoMOV la rendent parfaitement adaptée aux applications industrielles, aux communications par lignes électriques, aux informations et aux communications à haut débit. sans souci (TIC), ainsi qu'une gamme d'applications en environnement difficile ou à distance où les réparations peuvent être à la fois physiquement difficiles et coûteuses à effectuer, a déclaré Bourns.
Protecteurs Bourns IsoMOV (Source : Bourns Inc.)
« Alors que nous voyons converger des circuits plus sophistiqués et des tailles de composants réduites, circuit la protection doit répondre à ces tendances de front, nous devons donc constamment concevoir des appareils de plus en plus petits qui ne sacrifient pas ou ne compromettent pas les niveaux de protection requis que les concepteurs et, en fin de compte, que les utilisateurs finaux attendent de la protection des circuits », a déclaré Lee Bourns, directeur marketing pour la protection des circuits à Bourns.
Dans le même temps, ces conceptions sont de plus en plus sensibles aux dommages transitoires dus à la foudre et aux surtensions et cela est encore plus aggravé à mesure que les composants individuels des circuits deviennent de plus en plus petits et peuvent ne pas être en mesure de gérer autant de puissance ou de gérer les menaces transitoires. ainsi qu'un appareil de plus grande taille le ferait, a-t-il déclaré.
Les MOV continuent d'être fortement utilisés pour la protection contre les surtensions et sont souvent utilisés avec les GDT pour prolonger la durée de vie des MOV, a déclaré Bourns. « Mais ils ne répondent pas toujours aux exigences en matière d'espace de carte condensé et d'encombrement réduit. »
Ce ne sont pas des composants ultra-petits comme d'autres types de dispositifs de protection de circuit, qui peuvent avoir des dimensions d'encombrement 0402 ou 0201 ou même plus petites, a-t-il ajouté. Les GDT cylindriques traditionnels mesurent 5 × 5 mm et 8 × 6 mm, et lorsqu'ils sont combinés avec le MOV, ils occupent une place importante sur la carte.
Dans de nombreux cas, les ingénieurs de conception doivent choisir entre des composants moins performants et peu encombrants ou des dispositifs sur-spécifiés pour répondre à leurs exigences de protection. « Avec les protecteurs IsoMOV, les concepteurs peuvent désormais obtenir le bon niveau de protection contre les surtensions pour leur application sans avoir à faire de compromis sur les performances, la taille, le coût ou la refonte », a déclaré Bourns.
Où ça a commencé
En 2019, Bourns a développé une technologie de protection hybride GMOV qui utilise un GDT FLAT discret et un MOV discret qui sont mécaniquement réunis dans un seul boîtier. Les nouveaux composants de protection contre les surtensions hybrides IsoMOV font passer cette idée au niveau supérieur en intégrant le GDT directement entre deux disques MOV.
Les GDT à technologie plate ont considérablement réduit la taille de l'empreinte du GDT, mais ils ne sont pas allés assez loin pour résoudre toutes les exigences en constante évolution de la conception de circuits, a déclaré Bourns.
La société a travaillé sur la technologie de protection hybride pendant quelques années. Il est en fait né de quelques projets d'entreprise, dont un pour miniaturiser les GDT, a déclaré Kelly Casey, directeur technique de Bourns pour la protection des circuits. Mais l'idée derrière la conception est en fait venue du PDG de la société, Gordon Bourns, lorsqu'ils discutaient des GDT à électrodes en céramique.
L'un des principaux avantages de la conception intégrée est qu'elle fournit des spécifications de performances que l'on trouve généralement dans les plus gros appareils MOV traditionnels. Cela permet aux concepteurs de mieux adapter les performances de protection contre les surtensions à leurs besoins en espace, et leur permet de mettre à niveau leur protection contre les surtensions MOV pour inclure l'isolation GDT sans reconception du PCB.
De nombreux concepteurs spécifient des MOV évalués à des tensions et des courants de surtension beaucoup plus élevés pour garantir que les appareils ne sont pas soumis à une contrainte jusqu'à leur point de rupture, tandis que d'autres ont placé des GDT en série avec des MOV pour éliminer les courants de fuite et prolonger la durée de vie du MOV, a déclaré Casey.
« Il y a beaucoup d'ingénieurs qui sur-spécifieront ces produits pour s'assurer qu'il n'y a pas de panne », a déclaré Casey. « Ils achèteront une pièce à tension plus élevée et à courant nominal plus élevé que ce que leur application réelle exigera. »
Avec l'IsoMOV, les concepteurs ont le choix. Ils peuvent sélectionner une pièce plus petite ou rester avec la même taille et obtenir une conception plus robuste. À titre d'exemple, un MOV 10 mm standard, le meilleur de sa catégorie, est évalué à 2,000 3,000 ampères (A), contre 10 14 A pour un IsoMOV XNUMX mm, ce qui est en fait comparable à un MOV XNUMX mm standard (voir tableau au dessous de).
Cotes de surtension IsoMOV par rapport aux MOV standard (Source : Bourns Inc.)
De plus, avec des dispositions de broches standard de l'industrie, les protecteurs IsoMOV offrent une mise à niveau des performances et de la fiabilité vers des MOV standard de même taille dans un facteur de forme de remplacement broche à broche.
La conception
En combinant le GDT et le MOV dans un seul boîtier, l'IsoMOV permet au GDT de bloquer les courants de fuite à travers le MOV qui peuvent entraîner une défaillance prématurée, rendant le MOV intrinsèquement plus robuste sans ajouter de composants supplémentaires dans la conception du circuit.
Il y a une cavité entre les deux disques MOV où la fonction GDT est placée sans créer de chemin de fuite. Les disques MOV ont un côté concave qui crée la cavité et dans la cavité se trouve un matériau en verre qui remplit plusieurs fonctions. Il s'agit notamment de sceller le gaz inerte dans la chambre GDT, d'isoler les deux disques MOV l'un de l'autre, de permettre au GDT de faire son travail et de fournir un long chemin de fuite entre les électrodes GDT, ce qui prolonge la durée de vie du GDT.
Coupe transversale du protecteur hybride IsOMOV (Source : Bourns Inc.)
De plus, la capacité de surtension améliorée du dispositif IsoMOV est attribuée à la géométrie unique d'EdgMOV. Il améliore les performances du MOV en supprimant le mode de défaillance principal, qui est un trou de brûlure au bord de la métallisation qui provoque un court-circuit du MOV. La géométrie EdgMOV élimine ce mode de défaillance en canalisant le courant loin des bords. Il permet également une meilleure répartition de l'énergie de surtension, ce qui ralentit le vieillissement des éléments MOV dû aux surtensions. De plus, la meilleure répartition de l'énergie augmente la capacité de surtension par unité de surface.
Alors, comment fonctionne l'IsoMOV ? Lorsque le transitoire se produit, l'IsoMOV bloque la tension tout comme un MOV traditionnel, mais comme le GDT agit comme un interrupteur, le MOV n'a pas à tolérer constamment cette pression constante de la tension à ses bornes, a déclaré Casey.
Le GDT est l'élément clé de la longévité de l'IsoMOV, a-t-il déclaré. « Pendant toute sa durée de vie, le MOV n'est réellement connecté à la ligne électrique que pendant quelques secondes. Le GDT a pris cette tension tout le temps, sauf lors d'un événement de foudre qui ne dure que quelques microsecondes ou millisecondes. »
"L'un des problèmes avec les MOV est qu'ils ont tendance à fuir avec le temps. Ils n'aiment pas les températures élevées et ils n'aiment pas l'humidité élevée ; toutes ces choses entraînent des courants de fuite », a déclaré Casey. « Et lorsque les courants de fuite commencent à augmenter, cela commence à réchauffer l'appareil et à mesure que l'appareil se réchauffe, il fuit encore plus, se mettant dans un état d'emballement. Avec le GDT en série avec le MOV qui est éliminé.
Cependant, il y a une pénalité à payer lorsque vous utilisez ces appareils ensemble, qui est le temps d'allumer le GDT, généralement moins de 300 nanosecondes, a déclaré Casey, et pendant ce temps, il y a un pic de tension frontal. Il a noté que le pic de tension se produit également avec des solutions GDT et MOV discrètes, ce n'est donc pas nouveau pour les concepteurs utilisant des GDT et des MOV ensemble. « Dans la grande majorité des applications, cela n'a absolument aucun impact car sa durée est si courte.
Une fois le transitoire (ou la surtension) terminé, l'IsoMOV revient à sa fonction de veille normale. « Dans cette conception, le MOV est de garde mais il n'est pas en service. Il attend que le GDT le réveille pendant ces transitoires », a déclaré Casey.
Conception du protecteur hybride IsoMOV (Bournes Inc.)
La série de protecteurs IsoMOV est reconnue UL 1449 Type 5. La CEI n'a actuellement pas de norme pour reconnaître IsoMOV, mais Bourns travaille avec l'organisme de normalisation pour soumettre des modifications qui reconnaîtraient la technologie hybride. Il sera probablement inclus dans la norme IEC 37B, qui est actuellement en cours de développement, a déclaré Casey.
La série de protecteurs IsoMOV est disponible dès maintenant. Juste une mise en garde concernant la numérotation des pièces. Les références IsoMOV sont désignées par les surtensions nominales, c'est-à-dire IsoM3-xxx (3 kV), IsoM5-xxx (5 kV) et IsoM8-xxx (8 kV), au lieu d'être basées sur leurs tailles.
« Nous ne voulons pas que les concepteurs pensent à faire un achat équivalent taille pour taille, nous voulons qu'ils prennent vraiment en compte la taille et la capacité de surtension, c'est pourquoi nous les avons numérotés comme nous l'avons fait. » Cliquez ici pour la fiche technique. Vous trouverez plus d'informations sur les dispositifs de protection hybrides dans une série de livres blancs.
à propos de Bourns