Компания Bourns, Inc. объявила об одном из самых значительных прорывов в конструкции металлооксидных варисторных устройств (MOV) за последние десятилетия. Новые протекторы IsoMOV или гибридные компоненты защиты, интегрировать функцию газоразрядной трубки (GDT) непосредственно в сам MOV, обеспечивая более высокие характеристики перенапряжения в меньших корпусах, а также повышенную надежность. За счет интеграции GDT он также решает проблемы деградации MOV, вызванные токами утечки, и продлевает срок службы MOV.
Протекторы IsoMOV имеют более низкую емкость, очень низкую утечку и высокую плотность энергии. AC напряжение диапазон номинальных значений от 175 В до 555 В. Доступны три модели - IsoM3, IsoM5 и IsoM8, номинальные значения перенапряжения составляют 3 кА, 5 кА и 8 кА соответственно. Устройства выпускаются в уже знакомом корпусе MOV с радиальными дисками, с меньшим диаметром и немного толще. Диапазон рабочих температур от -40 ° C до 125 ° C.
Расширенный температурный диапазон семейства IsoMOV и низкая утечка делают его хорошо подходящим для промышленной связи, линий электропередачи, высокоскоростной передачи информации и связи. technology (ИКТ), а также целый ряд суровых условий или удаленных приложений, где ремонт может быть как физически сложным, так и дорогостоящим, сказал Борнс.
Защитники Bourns IsoMOV (Источник: Bourns Inc.)
«Поскольку мы видим, что более сложные схемы и компоненты меньшего размера сходятся воедино, схема защита должна соответствовать этим тенденциям, поэтому нам необходимо постоянно разрабатывать все меньшие и меньшие устройства, которые не приносят в жертву и не ставят под угрозу требуемые уровни защиты, которые разработчики и, в конечном итоге, ожидают конечные пользователи от защиты цепей », - сказал Ли Борнс, директор по маркетингу для защиты цепей в Bourns.
В то же время эти конструкции становятся все более восприимчивыми к кратковременным повреждениям от молнии и скачков напряжения, и это еще больше усугубляется, поскольку отдельные компоненты в схемах становятся все меньше и могут быть не в состоянии справиться с такой большой мощностью или справиться с переходными угрозами. как и устройство большего размера, сказал он.
По словам Борнса, MOV по-прежнему широко используются для защиты от перенапряжения и часто используются вместе с GDT для продления срока службы MOV. «Но они не всегда соответствуют требованиям к компактному пространству на плате и меньшим размерам занимаемой площади».
Он добавил, что это не сверхмалые компоненты, как другие типы устройств защиты цепей, которые могут иметь размеры 0402 или 0201 или даже меньше. Традиционные цилиндрические GDT имеют размеры 5 × 5 мм и 8 × 6 мм, и в сочетании с MOV они занимают значительное пространство на плате.
Во многих случаях инженерам-конструкторам приходится выбирать между менее производительными, компактными компонентами или устройствами с избыточными характеристиками, чтобы удовлетворить свои требования к защите. «С защитными устройствами IsoMOV дизайнеры теперь могут получить необходимый уровень защиты от перенапряжения для своего приложения без необходимости идти на компромиссы с производительностью, размером, стоимостью или изменением конструкции», - сказал Борнс.
Где это началось
В 2019 году Борнс разработал технологию гибридной защиты GMOV, в которой используется дискретный ПЛОСКИЙ GDT плюс дискретный MOV, которые механически объединены в единый пакет. Новые гибридные компоненты защиты от перенапряжения IsoMOV выводят эту идею на новый уровень, встраивая GDT непосредственно между двумя дисками MOV.
По словам Борнса, GDT с плоской технологией значительно уменьшили размер GDT, но этого недостаточно, чтобы удовлетворить все развивающиеся требования к проектированию схем.
Компания работает над технологией гибридной защиты несколько лет. По словам Келли Кейси, технического директора Bourns по защите цепей, на самом деле он вырос из нескольких проектов компании, в том числе одного по миниатюризации GDT. Но идея дизайна на самом деле пришла от генерального директора компании Гордона Борнса, когда они обсуждали GDT с керамическими электродами.
Ключевым преимуществом интегрированной конструкции является то, что она обеспечивает характеристики производительности, которые обычно встречаются в более крупных традиционных MOV-устройствах. Это позволяет разработчикам лучше адаптировать характеристики защиты от перенапряжения к их требованиям к пространству и позволяет им модернизировать свою защиту от перенапряжения MOV, включая изоляцию GDT, без изменения конструкции печатной платы.
По словам Кейси, многие разработчики определяют MOV, рассчитанные на гораздо более высокие напряжения и импульсные токи, чтобы гарантировать, что устройства не нагружены до предела разрушения, в то время как другие размещают GDT последовательно с MOV, чтобы устранить токи утечки и продлить срок службы MOV.
«Есть много инженеров, которые излишне уточняют эти продукты, чтобы убедиться, что в них нет сбоев», - сказал Кейси. «Они купят детали с более высоким напряжением и более высоким номинальным током, чем того требует их реальное применение».
С IsoMOV у дизайнеров есть выбор. Они могут выбрать меньшую деталь или остаться того же размера и получить более прочную конструкцию. Например, стандартный 10-миллиметровый MOV, лучший в своем классе, рассчитан на 2,000 ампер (A) по сравнению с 3,000 A для 10-миллиметрового MOV, который фактически соответствует стандартному 14-миллиметровому MOV (см. Таблицу ниже).
Характеристики скачков напряжения IsoMOV по сравнению со стандартными MOV (Источник: Bourns Inc.)
Кроме того, со стандартными в отрасли схемами расположения выводов протекторы IsoMOV предлагают повышение производительности и надежности по сравнению со стандартными MOV того же размера в форм-факторе «вывод на вывод» с возможностью замены.
Дизайн
Комбинируя GDT и MOV в одном корпусе, IsoMOV позволяет GDT блокировать токи утечки через MOV, что может привести к преждевременному отказу, делая MOV по своей сути более надежным без добавления дополнительных компонентов в схему.
Между двумя дисками MOV есть полость, в которой размещается функция GDT без создания пути утечки. Диски MOV имеют вогнутую сторону, которая создает полость, а в полости находится стеклянный материал, который выполняет несколько функций. К ним относятся герметизация инертного газа в камере GDT, изоляция двух MOV-дисков друг от друга, позволяющая GDT выполнять свою работу и обеспечение длительного пути утечки между электродами GDT, что продлевает срок службы GDT.
Поперечный разрез гибридного протектора IsOMOV (Источник: Bourns Inc.)
Кроме того, улучшенная импульсная способность устройства IsoMOV связана с уникальной геометрией EdgMOV. Это улучшает характеристики MOV, устраняя основной вид отказа, который представляет собой прожигающее отверстие на краю металлизации, которое вызывает короткое замыкание MOV. Геометрия EdgMOV устраняет этот вид отказа, отводя ток от краев. Это также позволяет лучше распределять энергию скачков, что замедляет старение элементов MOV из-за скачков. Кроме того, лучшее распределение энергии увеличивает импульсную способность на единицу площади.
Так как же работает IsoMOV? Когда возникает переходный процесс, IsoMOV ограничивает напряжение так же, как традиционный MOV, но поскольку GDT действует как переключатель, MOV не должен постоянно выдерживать это постоянное давление напряжения на нем, сказал Кейси.
По его словам, GDT является ключевым элементом долговечности IsoMOV. «В течение всего срока службы MOV действительно подключается к линии электропередачи только на несколько секунд. GDT принимает это напряжение все время, за исключением события молнии, которое длится всего несколько микросекунд или миллисекунд ».
«Одна из проблем, связанных с MOV, заключается в том, что они со временем становятся негерметичными. Им не нравятся высокие температуры и высокая влажность; все это вызывает токи утечки », - сказал Кейси. «И когда токи утечки начинают увеличиваться, это начинает нагревать устройство, а по мере того, как устройство нагревается, утечка становится еще больше, переходя в состояние разгона. С GDT, идущим последовательно с MOV, это исключено ».
Однако, когда вы используете эти устройства вместе, взимается штраф, который является временем для включения GDT, обычно менее 300 наносекунд, сказал Кейси, и в течение этого времени происходит скачок напряжения на входе. Он отметил, что скачок напряжения также происходит с дискретными решениями GDT и MOV, так что это не новость для разработчиков, использующих GDT и MOV вместе. «В подавляющем большинстве приложений это абсолютно не влияет, потому что оно очень короткое».
По окончании переходного процесса (или всплеска молнии) IsoMOV возвращается к своей нормальной функции ожидания. «В этой конструкции MOV дежурный, но не дежурный. Он ждет, пока GDT разбудит его во время этих переходных процессов », - сказал Кейси.
Дизайн гибридного протектора IsoMOV (Bourns Inc.)
Серия протекторов IsoMOV признана UL 1449 Тип 5. У IEC в настоящее время нет стандарта для распознавания IsoMOV, но Борнс работает с органом по стандартизации, чтобы представить изменения, которые распознают гибридную технологию. Скорее всего, он будет включен в IEC 37B, который в настоящее время находится в стадии разработки, сказал Кейси.
Серия протекторов IsoMOV уже доступна. Одно замечание по поводу нумерации деталей. Номера деталей IsoMOV обозначаются номиналами перенапряжения, т. Е. IsoM3-xxx (3 кВ), IsoM5-xxx (5 кВ) и IsoM8-xxx (8 кВ), а не исходя из их размеров.
«Мы не хотим, чтобы дизайнеры думали о покупке, эквивалентной размеру, мы хотим, чтобы они действительно учитывали размер и способность к скачку, поэтому мы пронумеровали их так, как мы это делали». Щелкните здесь, чтобы увидеть таблицу. Более подробную информацию о гибридных устройствах защиты можно найти в серии официальных документов.
о Борнсе