Bourns, Inc. reivindicou uma das descobertas mais significativas em design de dispositivos de varistor de óxido de metal (MOV) em décadas. Os novos protetores IsoMOV, ou componentes de proteção híbridos, integre a função do tubo de descarga de gás (GDT) diretamente no próprio MOV, fornecendo classificações de pico mais altas em pacotes menores, junto com maior robustez. Ao integrar o GDT, ele também resolve os problemas de degradação do MOV causados por correntes de fuga e estende a vida operacional do MOV.
Os protetores IsoMOV apresentam baixa capacitância, vazamento muito baixo e alta densidade de manuseio de energia. O AC Voltagem as classificações variam de 175 V a 555 V. Disponível em três modelos - IsoM3, IsoM5 e IsoM8, as classificações nominais de surto são 3 kA, 5 kA e 8 kA, respectivamente. Os dispositivos estão disponíveis no conhecido pacote MOV de disco radial com um diâmetro menor e um pouco mais espesso. A faixa de temperatura operacional é de -40 ° C a 125 ° C.
A ampla faixa de temperatura e o baixo vazamento da família IsoMOV a tornam adequada para comunicações industriais, de linha de energia, informações e comunicações de alta velocidade tecnologia (TIC), bem como uma variedade de ambientes agressivos ou aplicações remotas onde os reparos podem ser fisicamente desafiadores e caros de realizar, disse Bourns.
Protetores Bourns IsoMOV (Fonte: Bourns Inc.)
“À medida que vemos circuitos mais sofisticados e tamanhos reduzidos de componentes convergindo, o circuito a proteção deve atender a essas tendências de frente, então precisamos projetar constantemente dispositivos cada vez menores que não sacrifiquem ou comprometam os níveis de proteção exigidos que os designers e, em última instância, os usuários finais esperam da proteção do circuito ”, disse Lee Bourns, diretor de marketing para proteção de circuito em Bourns.
Ao mesmo tempo, esses projetos estão se tornando cada vez mais suscetíveis a danos transitórios de raios e picos de tensão e isso é ainda mais complexo à medida que os componentes individuais dentro do circuito tornam-se cada vez menores e podem não ser capazes de lidar com tanta energia ou lidar com as ameaças transitórias bem como um dispositivo de tamanho maior faria, disse ele.
Os MOVs continuam a ser altamente utilizados para proteção contra sobretensão e costumam ser usados junto com os GDTs para estender a vida útil dos MOVs, disse Bourns. “Mas eles nem sempre atendem ao requisito de espaço condensado da placa e tamanhos menores de pegada.
Esses não são componentes ultrapequenos como outros tipos de dispositivos de proteção de circuito, que podem ter 0402 ou 0201 ou até mesmo tamanhos menores de pegada, acrescentou. Os GDTs cilíndricos tradicionais medem 5 × 5 mm e 8 × 6 mm e, quando combinados com o MOV, ocupam uma quantidade significativa de espaço da placa.
Em muitos casos, os engenheiros de projeto precisam escolher entre componentes com desempenho inferior e que economizam espaço ou dispositivos sobredimensionados para atender aos seus requisitos de proteção. “Com os protetores IsoMOV, os designers agora podem obter o nível certo de proteção contra sobretensão para sua aplicação sem ter que fazer nenhum compromisso de desempenho, tamanho, custo ou redesenho”, disse Bourns.
Onde tudo começou
Em 2019, Bourns desenvolveu uma tecnologia de protetor híbrido GMOV que usa um FLAT GDT discreto mais um MOV discreto que são mecanicamente unidos em um único pacote. Os novos componentes de proteção contra sobretensão híbridos IsoMOV levam essa ideia para o próximo nível, incorporando o GDT diretamente entre dois discos MOV.
Os GDTs de tecnologia plana reduziram significativamente o tamanho do espaço do GDT, mas não foram longe o suficiente para resolver todos os requisitos de design de circuito em evolução, disse Bourns.
A empresa trabalha na tecnologia de protetores híbridos há alguns anos. Na verdade, cresceu a partir de alguns projetos da empresa, incluindo um para miniaturizar GDTs, disse Kelly Casey, diretora de engenharia de Bourns para proteção de circuitos. Mas a ideia por trás do design, na verdade, veio do CEO da empresa, Gordon Bourns, quando eles estavam discutindo os GDTs de eletrodo de cerâmica.
Um dos principais benefícios do design integrado é que ele fornece especificações de desempenho normalmente encontradas em dispositivos MOV tradicionais maiores. Isso permite que os projetistas ajustem melhor o desempenho da proteção contra surtos de acordo com seus requisitos de espaço e permite que eles atualizem sua proteção contra sobretensão de MOV para incluir o isolamento GDT sem um redesenho de PCB.
Muitos projetistas especificam MOVs classificados em tensões e correntes de surto muito mais altas para garantir que os dispositivos não sejam pressionados até o ponto de ruptura, enquanto outros colocaram GDTs em série com MOVs para eliminar correntes de fuga e estender a vida útil do MOV, disse Casey.
“Há muitos engenheiros que especificam excessivamente esses produtos para garantir que não haja uma falha”, disse Casey. “Eles vão comprar uma peça com tensão e corrente nominal mais alta do que sua aplicação real vai exigir.”
Com o IsoMOV, os designers têm algumas opções. Eles podem selecionar uma peça menor ou ficar com o mesmo tamanho e obter um design mais robusto. Como exemplo, um MOV padrão melhor da classe de 10 mm é classificado em 2,000 amperes (A), em comparação com 3,000 A para um IsoMOV de 10 mm, que está na verdade no mesmo nível de um MOV padrão de 14 mm (consulte a tabela abaixo de).
Classificações de surto IsoMOV vs. MOVs padrão (Fonte: Bourns Inc.)
Além disso, com layouts de pinos padrão da indústria, os protetores IsoMOV oferecem uma atualização de desempenho e confiabilidade para MOVs padrão do mesmo tamanho em um formato de substituição pino a pino.
O design
Ao combinar o GDT e o MOV em um único pacote, o IsoMOV permite que o GDT bloqueie as correntes de fuga através do MOV que podem levar a uma falha prematura, tornando o MOV inerentemente mais robusto sem adicionar componentes adicionais ao projeto do circuito.
Há uma cavidade entre os dois discos MOV onde a função GDT é colocada sem criar um caminho de vazamento. Os discos MOV têm um lado côncavo que cria a cavidade e na cavidade é um material de vidro que desempenha várias funções. Isso inclui a vedação do gás inerte na câmara GDT, isolando os dois discos MOV um do outro, permitindo que o GDT faça seu trabalho e fornecendo um longo caminho de vazamento entre os eletrodos GDT, o que estende a vida útil do GDT.
Seção transversal do protetor híbrido IsOMOV (Fonte: Bourns Inc.)
Além disso, a capacidade de pico aprimorada do dispositivo IsoMOV é atribuída à geometria EdgMOV exclusiva. Ele melhora o desempenho do MOV removendo o modo de falha principal, que é um orifício de queima na borda da metalização que causa curto-circuito no MOV. A geometria EdgMOV elimina esse modo de falha canalizando a corrente para longe das bordas. Também permite uma melhor distribuição da energia de surto, o que retarda o envelhecimento dos elementos MOV devido aos surtos. Além disso, a melhor distribuição de energia aumenta a capacidade de surto por unidade de área.
Então, como funciona o IsoMOV? Quando o transiente ocorre, o IsoMOV fixa a tensão como um MOV tradicional, mas como o GDT está atuando como uma chave, o MOV não precisa tolerar aquela pressão constante da tensão através dele constantemente, disse Casey.
O GDT é a peça chave para a longevidade do IsoMOV, disse ele. “Durante toda a sua vida, o MOV é realmente conectado à linha de alimentação por apenas alguns segundos. O GDT tem tomado essa tensão o tempo todo, exceto durante um evento de relâmpago que dura apenas alguns microssegundos ou milissegundos. ”
“Um dos problemas dos MOVs é que eles tendem a vazar com o tempo. Eles não gostam de altas temperaturas e não gostam de alta umidade; todas essas coisas geram correntes de fuga ”, disse Casey. “E quando as correntes de fuga começam a aumentar, isso começa a aquecer o aparelho e à medida que o aparelho aquece, ele vaza ainda mais, ficando em uma condição de descontrole. Com o GDT em série com o MOV isso é eliminado. ”
No entanto, há uma multa a ser paga quando você usa esses dispositivos juntos, que é o momento de ligar o GDT, normalmente menos de 300 nanossegundos, disse Casey, e durante esse tempo há um pico de tensão no front-end. Ele observou que o pico de tensão também ocorre com soluções GDT e MOV discretas, portanto, isso não é novidade para os projetistas que usam GDTs e MOVs juntos. “Na grande maioria das aplicações, não tem absolutamente nenhum impacto porque tem uma duração muito curta.”
Assim que o transiente (ou pico de relâmpago) terminar, o IsoMOV será redefinido para sua função de espera normal. “Neste projeto, o MOV está de plantão, mas não de serviço. Ele está esperando que o GDT o acorde durante esses transientes ”, disse Casey.
Projeto do protetor híbrido IsoMOV (Bourns Inc.)
A série de protetores IsoMOV é reconhecida pelo UL 1449 Tipo 5. Atualmente, a IEC não possui um padrão para reconhecer o IsoMOV, mas Bourns está trabalhando com o órgão de padrões para enviar alterações que reconheçam a tecnologia híbrida. Provavelmente será incluído no IEC 37B, que está atualmente em desenvolvimento, disse Casey.
A série de protetores IsoMOV já está disponível. Apenas uma ressalva sobre a numeração das peças. Os números de peça IsoMOV são designados pelas classificações de surto, ou seja, IsoM3-xxx (3 kV), IsoM5-xxx (5 kV) e IsoM8-xxx (8 kV), em vez de com base em seus tamanhos.
“Não queremos que os designers pensem em fazer uma compra equivalente de tamanho por tamanho, queremos que eles realmente considerem o tamanho e a capacidade de oscilação, e é por isso que os numeramos da maneira que fizemos.” Clique aqui para obter a folha de dados. Mais informações sobre os dispositivos de proteção híbridos podem ser encontradas em uma série de white papers.
sobre Bourns