Bourns, Inc. claimt een van de belangrijkste doorbraken in het ontwerp van metaaloxidevaristor (MOV) in decennia. De nieuwe IsoMOV-beschermers, of hybride beschermingscomponenten, integreer de functie van de gasontladingsbuis (GDT) rechtstreeks in de MOV zelf, waardoor hogere piekwaarden in kleinere pakketten worden verkregen, samen met een grotere robuustheid. Door de GDT te integreren, lost het ook MOV-degradatieproblemen op die worden veroorzaakt door lekstromen en verlengt het de operationele levensduur van de MOV.
De IsoMOV-beschermers hebben een lagere capaciteit, een zeer lage lekkage en een hoge energieverwerkingsdichtheid. De AC spanning nominale spanningen variëren van 175 V tot 555 V. Verkrijgbaar in drie modellen - IsoM3, IsoM5 en IsoM8, de nominale piekwaarden zijn respectievelijk 3 kA, 5 kA en 8 kA. De apparaten zijn verkrijgbaar in het bekende radiale schijf MOV-pakket met een kleinere diameter en is iets dikker. Het bedrijfstemperatuurbereik is -40 °C tot 125 °C.
Het uitgebreide temperatuurbereik en de lage lekkage van de IsoMOV-familie maken hem zeer geschikt voor industriële communicatie, hoogspanningslijncommunicatie, snelle informatie en communicatie technologie (ICT)-apparatuur, evenals een reeks zware omstandigheden of toepassingen op afstand waarbij reparaties zowel fysiek uitdagend als duur kunnen zijn om uit te voeren, aldus Bourns.
Bourns IsoMOV-beschermers (Bron: Bourns Inc.)
"Omdat we meer geavanceerde circuits en kleinere componentgroottes zien convergeren, circuit bescherming moet direct aan deze trends voldoen, dus we moeten voortdurend kleinere en kleinere apparaten ontwerpen die de vereiste beschermingsniveaus die ontwerpers en uiteindelijk eindgebruikers verwachten van circuitbeveiliging niet opofferen of in gevaar brengen”, zegt Lee Bourns, marketingdirecteur voor circuitbeveiliging bij Bourns.
Tegelijkertijd worden deze ontwerpen steeds vatbaarder voor tijdelijke schade door bliksem en spanningspieken en dat is nog ingewikkelder omdat de afzonderlijke componenten in het circuit steeds kleiner worden en mogelijk niet zoveel vermogen aankunnen of de voorbijgaande bedreigingen aankunnen. evenals een groter formaat apparaat zou doen, zei hij.
MOV's worden nog steeds veel gebruikt voor overspanningsbeveiliging en worden vaak samen met de GDT's gebruikt om de levensduur van de MOV's te verlengen, zei Bourns. "Maar ze voldoen niet altijd aan de eis van compacte bordruimte en kleinere afmetingen."
Dit zijn geen ultrakleine componenten zoals andere soorten circuitbeveiligingsapparaten, die 0402 of 0201 of zelfs kleinere footprints kunnen hebben, voegde hij eraan toe. Traditionele cilindrische GDT's meten 5 × 5 mm en 8 × 6 mm, en in combinatie met de MOV nemen ze een aanzienlijke hoeveelheid bordruimte in beslag.
In veel gevallen moeten ontwerpingenieurs kiezen tussen minder presterende, ruimtebesparende componenten of overgespecificeerde apparaten om aan hun beschermingseisen te voldoen. "Met IsoMOV-beschermers kunnen ontwerpers nu het juiste niveau van overspanningsbeveiliging voor hun toepassing krijgen zonder concessies te hoeven doen aan prestaties, afmetingen, kosten of herontwerp", aldus Bourns.
Waar het begon
In 2019 ontwikkelde Bourns een hybride GMOV-beveiligingstechnologie die gebruikmaakt van een discrete FLAT GDT plus een discrete MOV die mechanisch in één pakket zijn samengevoegd. De nieuwe hybride overspanningsbeveiligingscomponenten van IsoMOV tillen dit idee naar een hoger niveau door de GDT rechtstreeks tussen twee MOV-schijven in te bedden.
De platte-technologie GDT's verkleinden de voetafdruk van de GDT aanzienlijk, maar het ging niet ver genoeg om alle veranderende vereisten voor circuitontwerp op te lossen, zei Bourns.
Het bedrijf heeft een paar jaar gewerkt aan de hybride beschermertechnologie. Het is eigenlijk voortgekomen uit een aantal bedrijfsprojecten, waaronder een om GDT's te miniaturiseren, zei Kelly Casey, technisch directeur van Bourns voor circuitbescherming. Maar het idee achter het ontwerp kwam eigenlijk van de CEO van het bedrijf, Gordon Bourns, toen ze het hadden over GDT's met keramische elektrodes.
Een belangrijk voordeel van het geïntegreerde ontwerp is dat het prestatiespecificaties biedt die meestal te vinden zijn in grotere traditionele MOV-apparaten. Hierdoor kunnen ontwerpers de overspanningsbeveiligingsprestaties beter afstemmen op hun ruimtevereisten, en kunnen ze hun MOV-overspanningsbeveiliging upgraden met de GDT-isolatie zonder een herontwerp van de PCB.
Veel ontwerpers specificeren MOV's met veel hogere spanningen en piekstromen om ervoor te zorgen dat de apparaten niet worden belast tot hun breekpunt, terwijl anderen GDT's in serie hebben geplaatst met MOV's om lekstromen te elimineren en de levensduur van de MOV te verlengen, zei Casey.
"Er zijn veel ingenieurs die deze producten te veel specificeren om er zeker van te zijn dat er geen storingen optreden", zegt Casey. "Ze zullen een onderdeel met een hogere spanning en een hogere stroomwaarde kopen dan hun daadwerkelijke toepassing vereist."
Met de IsoMOV hebben ontwerpers een aantal keuzes. Ze kunnen een kleiner onderdeel kiezen of dezelfde maat behouden en een robuuster ontwerp krijgen. Als voorbeeld, een standaard best-in-class 10 mm MOV heeft een nominale waarde van 2,000 amp (A), vergeleken met 3,000 A voor een 10 mm IsoMOV, wat eigenlijk op één lijn staat met een standaard 14 mm MOV (zie tabel onderstaand).
IsoMOV-piekwaarden versus standaard MOV's (Bron: Bourns Inc.)
Bovendien bieden de IsoMOV-beschermers, met industriestandaard pinlay-outs, een prestatie- en betrouwbaarheidsupgrade naar standaard MOV's van hetzelfde formaat in een pin-to-pin drop-in-replacement-vormfactor.
Het ontwerp
Door de GDT en MOV in een enkel pakket te combineren, stelt de IsoMOV de GDT in staat lekstromen door de MOV te blokkeren die kunnen leiden tot voortijdig falen, waardoor de MOV inherent robuuster wordt zonder extra componenten aan het circuitontwerp toe te voegen.
Er is een holte tussen de twee MOV-schijven waar de GDT-functie wordt geplaatst zonder een lekpad te creëren. De MOV-schijven hebben een holle kant die de holte creëert en in de holte zit een glasmateriaal dat verschillende functies vervult. Deze omvatten het afdichten van het inerte gas in de GDT-kamer, het isoleren van de twee MOV-schijven van elkaar, waardoor de GDT zijn werk kan doen, en het bieden van een lang lekpad tussen de GDT-elektroden, wat de levensduur van de GDT verlengt.
Dwarsdoorsnede van de IsOMOV hybride beschermer (Bron: Bourns Inc.)
Bovendien wordt het verbeterde piekvermogen van het IsoMOV-apparaat toegeschreven aan de unieke EdgMOV-geometrie. Het verbetert de MOV-prestaties door de belangrijkste storingsmodus te verwijderen, een brandgat aan de rand van de metallisatie waardoor de MOV kortsluiting maakt. De EdgMOV-geometrie elimineert deze faalmodus door de stroom weg te leiden van de randen. Het zorgt ook voor een betere verdeling van de piekenergie, wat de veroudering van de MOV-elementen als gevolg van de pieken vertraagt. Bovendien verhoogt de betere energieverdeling de piekcapaciteit per oppervlakte-eenheid.
Dus hoe werkt de IsoMOV? Wanneer de transiënt zich voordoet, klemt de IsoMOV de spanning vast, net als een traditionele MOV, maar omdat de GDT als schakelaar fungeert, hoeft de MOV die constante druk van de spanning erover niet constant te tolereren, zei Casey.
De GDT is het belangrijkste onderdeel van de levensduur van de IsoMOV, zei hij. “De MOV is gedurende zijn hele leven eigenlijk maar een paar seconden aangesloten op het elektriciteitsnet. De GDT heeft die spanning de hele tijd gebruikt, behalve tijdens een blikseminslag die slechts enkele microseconden of milliseconden duurt.”
"Een van de problemen met MOV's is dat ze na verloop van tijd lekken. Ze houden niet van hoge temperaturen en ze houden niet van een hoge luchtvochtigheid; al die dingen zorgen voor lekstromen,” zei Casey. "En wanneer de lekstromen beginnen toe te nemen, begint het apparaat op te warmen en naarmate het apparaat opwarmt, lekt het nog meer, waardoor het in een op hol geslagen toestand komt. Met de GDT in serie met de MOV wordt dat geëlimineerd.”
Er moet echter een boete worden betaald als je deze apparaten samen gebruikt, wat de tijd is om de GDT in te schakelen, meestal minder dan 300 nanoseconden, zei Casey, en gedurende die tijd is er een spanningspiek aan de voorkant. Hij merkte op dat de spanningspiek ook optreedt bij discrete GDT- en MOV-oplossingen, dus dit is niets nieuws voor ontwerpers die GDT's en MOV's samen gebruiken. "In de overgrote meerderheid van de toepassingen heeft het absoluut geen impact omdat het zo kort duurt."
Zodra de tijdelijke (of blikseminslag) voorbij is, wordt de IsoMOV teruggezet naar zijn normale stand-byfunctie. “In dit ontwerp is de MOV op afroep maar niet van dienst. Het wacht op de GDT om hem wakker te maken tijdens die transiënten,' zei Casey.
Ontwerp van de IsoMOV hybride beschermer (Bourns Inc.)
De IsoMOV-beschermerserie is UL 1449 Type 5 erkend. IEC heeft momenteel geen standaard om IsoMOV te herkennen, maar Bourns werkt samen met de normalisatie-instelling om wijzigingen in te dienen die de hybride technologie zouden erkennen. Het zal waarschijnlijk worden opgenomen in IEC 37B, dat momenteel in ontwikkeling is, zei Casey.
De IsoMOV-beschermerserie is nu beschikbaar. Slechts een waarschuwing over de onderdeelnummering. De IsoMOV-onderdeelnummers worden aangegeven door de overspanningswaarden, dwz IsoM3-xxx (3 kV), IsoM5-xxx (5 kV) en IsoM8-xxx (8 kV), in plaats van op basis van hun afmetingen.
"We willen niet dat ontwerpers nadenken over het kopen van een maat-voor-maat equivalente aankoop, we willen dat ze echt rekening houden met de grootte en de overspanningscapaciteit, daarom hebben we ze genummerd zoals we deden." Klik hier voor de datasheet. Meer informatie over de hybride beveiligingen vindt u in een reeks whitepapers.
over Bourns