Bourns, Inc. ได้อ้างว่าเป็นหนึ่งในนวัตกรรมที่สำคัญที่สุดในการออกแบบอุปกรณ์ metal oxide varistor (MOV) ในรอบหลายทศวรรษ อุปกรณ์ป้องกัน IsoMOV ใหม่ หรือส่วนประกอบการป้องกันแบบไฮบริด, ผสานรวมฟังก์ชันท่อระบายแก๊ส (GDT) เข้ากับตัว MOV โดยตรง ส่งผลให้มีอัตราการกระชากสูงขึ้นในแพ็คเกจขนาดเล็ก พร้อมความทนทานที่เพิ่มขึ้น การรวม GDT จะช่วยแก้ปัญหาการเสื่อมสภาพของ MOV ที่เกิดจากกระแสไฟรั่วและยืดอายุการใช้งานของ MOV
อุปกรณ์ป้องกัน IsoMOV มีความจุที่ต่ำกว่า การรั่วไหลต่ำมาก และความหนาแน่นในการจัดการพลังงานสูง ดิ เอซี แรงดันไฟฟ้า การจัดอันดับมีตั้งแต่ 175 V ถึง 555 V. มีจำหน่ายในสามรุ่น - IsoM3, IsoM5 และ IsoM8 การจัดอันดับไฟกระชากเล็กน้อยคือ 3 kA, 5 kA และ 8 kA ตามลำดับ อุปกรณ์มีอยู่ในแพ็คเกจ MOV ดิสก์เรเดียลที่คุ้นเคยซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าและหนากว่าเล็กน้อย ช่วงอุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ -40 °C ถึง 125 °C
ช่วงอุณหภูมิที่ขยายออกไปและการรั่วไหลต่ำของตระกูล IsoMOV ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสื่อสารทางอุตสาหกรรม สายไฟ ข้อมูลความเร็วสูง และการสื่อสาร เทคโนโลยี อุปกรณ์ (ICT) ตลอดจนสภาพแวดล้อมที่รุนแรงหรือการใช้งานระยะไกล ซึ่งการซ่อมแซมอาจเป็นทั้งความท้าทายทางกายภาพและมีค่าใช้จ่ายสูง Bourns กล่าว
อุปกรณ์ป้องกัน Bourns IsoMOV (ที่มา: Bourns Inc.)
“ในขณะที่เราเห็นวงจรที่ซับซ้อนมากขึ้นและขนาดของส่วนประกอบที่ลดลงมาบรรจบกัน วงจรไฟฟ้า การป้องกันต้องเป็นไปตามแนวโน้มเหล่านั้น ดังนั้นเราจำเป็นต้องออกแบบอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กลงอย่างต่อเนื่องโดยไม่ลดทอนหรือลดระดับการป้องกันที่จำเป็นซึ่งนักออกแบบและในท้ายที่สุดผู้ใช้คาดหวังจากการป้องกันวงจร” Lee Bourns ผู้อำนวยการฝ่ายการตลาดกล่าว สำหรับการป้องกันวงจรที่ Bouns
ในเวลาเดียวกัน การออกแบบเหล่านี้มีความอ่อนไหวมากขึ้นต่อความเสียหายชั่วคราวจากไฟกระชากและไฟกระชาก และนั่นยิ่งรวมกันมากขึ้นเมื่อส่วนประกอบแต่ละส่วนภายในวงจรมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ และอาจไม่สามารถจัดการกับพลังงานได้มากหรือจัดการกับภัยคุกคามชั่วคราว เช่นเดียวกับอุปกรณ์ขนาดใหญ่ขึ้น เขากล่าว
MOVs ยังคงถูกใช้อย่างสูงสำหรับการป้องกันแรงดันไฟเกิน และมักใช้ร่วมกับ GDT เพื่อยืดอายุของ MOVs Bourns กล่าว “แต่ไม่ตรงตามข้อกำหนดสำหรับพื้นที่บอร์ดที่ควบแน่นและขนาดพื้นที่ที่เล็กกว่า”
สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กมาก เช่น อุปกรณ์ป้องกันวงจรประเภทอื่นๆ ซึ่งสามารถมีขนาด 0402 หรือ 0201 หรือแม้แต่ขนาดเล็กกว่าได้ เขากล่าวเสริม GDT ทรงกระบอกแบบดั้งเดิมมีขนาด 5 × 5 มม. และ 8 × 6 มม. และเมื่อรวมกับ MOV จะใช้พื้นที่บอร์ดจำนวนมาก
ในหลายกรณี วิศวกรออกแบบต้องเลือกระหว่างส่วนประกอบที่มีประสิทธิภาพต่ำ ประหยัดพื้นที่ หรืออุปกรณ์ที่กำหนดมากเกินไปเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดในการป้องกัน “ด้วยตัวป้องกัน IsoMOV นักออกแบบสามารถรับระดับการป้องกันไฟกระชากที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันของพวกเขาโดยไม่ต้องลดประสิทธิภาพ ขนาด ต้นทุน หรือการออกแบบใหม่” Bourns กล่าว
จุดเริ่มต้น
ในปี 2019 Bourns ได้พัฒนาเทคโนโลยีตัวป้องกันแบบไฮบริดของ GMOV ที่ใช้ FLAT GDT แบบแยกส่วน บวกกับ MOV แบบแยกซึ่งประกอบเข้าด้วยกันทางกลไกในแพ็คเกจเดียว ส่วนประกอบป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินแบบไฮบริด IsoMOV ใหม่นำแนวคิดนี้ไปสู่อีกระดับโดยการฝัง GDT ระหว่างแผ่นดิสก์ MOV สองแผ่นโดยตรง
GDT แบบแบนเทคโนโลยีลดขนาดรอยเท้าของ GDT ลงอย่างมาก แต่ก็ยังไม่เพียงพอที่จะแก้ไขข้อกำหนดการออกแบบวงจรที่เปลี่ยนแปลงไปทั้งหมด Bourns กล่าว
บริษัทได้ทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีป้องกันแบบไฮบริดมาสองสามปีแล้ว Kelly Casey ผู้อำนวยการด้านวิศวกรรมของ Bourns ด้านการป้องกันวงจรกล่าวว่ามันเติบโตจากโครงการของบริษัทสองสามโครงการ ซึ่งรวมถึงโครงการหนึ่งเพื่อลด GDTs แต่แนวคิดเบื้องหลังการออกแบบจริงๆ แล้วมาจาก Gordon Bourns ซีอีโอของบริษัท เมื่อพวกเขาพูดถึง GDT ของเซรามิก-อิเล็กโทรด
ประโยชน์ที่สำคัญของการออกแบบที่ผสานรวมคือมีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพซึ่งมักพบในอุปกรณ์ MOV แบบดั้งเดิมที่มีขนาดใหญ่กว่า ซึ่งช่วยให้นักออกแบบปรับแต่งประสิทธิภาพการป้องกันไฟกระชากตามความต้องการของพื้นที่ได้ดียิ่งขึ้น และช่วยให้พวกเขาสามารถอัพเกรดการป้องกันแรงดันไฟเกิน MOV เพื่อรวมการแยก GDT โดยไม่ต้องออกแบบ PCB
นักออกแบบหลายคนระบุ MOVs ที่ได้รับการจัดอันดับที่แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟกระชากที่สูงกว่ามาก เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์จะไม่ถูกตรึงจนถึงจุดแตกหัก ในขณะที่คนอื่นๆ ได้วาง GDT ไว้ในอนุกรมด้วย MOV เพื่อกำจัดกระแสไฟรั่วและยืดอายุของ MOV Casey กล่าว
“มีวิศวกรจำนวนมากที่จะระบุผลิตภัณฑ์เหล่านี้มากเกินไปเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีข้อผิดพลาด” Casey กล่าว “พวกเขาจะซื้อชิ้นส่วนที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงและมีกระแสไฟสูงกว่าที่แอพพลิเคชั่นจริงของพวกเขาต้องการ”
ด้วย IsoMOV นักออกแบบมีทางเลือกบางอย่าง พวกเขาสามารถเลือกชิ้นส่วนที่เล็กกว่าหรืออยู่ในขนาดเดียวกันและได้การออกแบบที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น MOV 10 มม. มาตรฐานที่ดีที่สุดในระดับเดียวกันนั้นได้รับการจัดอันดับที่ 2,000 แอมป์ (A) เทียบกับ 3,000 A สำหรับ IsoMOV ขนาด 10 มม. ซึ่งจริงๆ แล้วเทียบเท่ากับ MOV 14 มม. มาตรฐาน (ดูตาราง ด้านล่าง).
การให้คะแนนกระชากของ IsoMOV เทียบกับ MOV มาตรฐาน (ที่มา: Bourns Inc.)
นอกจากนี้ ด้วยเลย์เอาต์พินที่เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม ตัวป้องกัน IsoMOV ยังให้การอัพเกรดประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือเป็น MOV มาตรฐานขนาดเดียวกันในรูปแบบการแทนที่แบบพินต่อพิน
การออกแบบ
ด้วยการรวม GDT และ MOV ไว้ในแพ็คเกจเดียว IsoMOV ช่วยให้ GDT บล็อกกระแสไฟรั่วผ่าน MOV ที่อาจนำไปสู่ความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร ทำให้ MOV แข็งแกร่งขึ้นโดยเนื้อแท้โดยไม่ต้องเพิ่มส่วนประกอบเพิ่มเติมในการออกแบบวงจร
มีช่องระหว่างดิสก์ MOV สองแผ่นที่วางฟังก์ชัน GDT โดยไม่สร้างเส้นทางการรั่วไหล ดิสก์ MOV มีด้านเว้าที่สร้างโพรงและในโพรงเป็นวัสดุแก้วที่ทำหน้าที่หลายอย่าง สิ่งเหล่านี้รวมถึงการปิดผนึกก๊าซเฉื่อยในห้อง GDT ฉนวนดิสก์ MOV สองแผ่นจากกันและกัน ทำให้ GDT ทำงานได้ และให้เส้นทางการรั่วที่ยาวระหว่างอิเล็กโทรด GDT ซึ่งช่วยยืดอายุของ GDT
ภาพตัดขวางของตัวป้องกันไฮบริด IsOMOV (ที่มา: Bourns Inc.)
นอกจากนี้ ความสามารถในการกระชากที่พัฒนาขึ้นของอุปกรณ์ IsoMOV ยังมาจากรูปทรง EdgMOV ที่ไม่เหมือนใคร ปรับปรุงประสิทธิภาพของ MOV โดยการลบโหมดความล้มเหลวหลัก ซึ่งเป็นรูที่ขอบของการชุบโลหะที่ทำให้ MOV สั้นออก หน้าลาย EdgMOV ขจัดโหมดความล้มเหลวนี้โดยการปล่อยกระแสไฟออกจากขอบ นอกจากนี้ยังช่วยให้กระจายพลังงานกระชากได้ดีขึ้น ซึ่งจะทำให้องค์ประกอบ MOV เสื่อมสภาพช้าลงเนื่องจากการกระชาก นอกจากนี้การกระจายพลังงานที่ดีขึ้นจะเพิ่มความจุไฟกระชากต่อหน่วยพื้นที่
IsoMOV ทำงานอย่างไร? เมื่อเกิดเหตุการณ์ชั่วคราว IsoMOV จะยึดแรงดันไฟฟ้าเหมือนกับ MOV แบบดั้งเดิม แต่เนื่องจาก GDT ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ MOV ไม่จำเป็นต้องทนต่อแรงดันคงที่ของแรงดันไฟฟ้าที่ไหลผ่านตลอดเวลา Casey กล่าว
GDT เป็นส่วนสำคัญที่ทำให้ IsoMOV มีอายุยืนยาว เขากล่าว “ตลอดชีวิตของมัน MOV เชื่อมต่อกับสายไฟเพียงไม่กี่วินาทีเท่านั้น GDT ใช้แรงดันไฟฟ้านั้นตลอดเวลายกเว้นระหว่างเหตุการณ์ฟ้าผ่าซึ่งใช้เวลาเพียงไม่กี่ไมโครวินาทีหรือมิลลิวินาทีเท่านั้น”
“ปัญหาอย่างหนึ่งของ MOV คือพวกเขามักจะรั่วไหลเมื่อเวลาผ่านไป พวกเขาไม่ชอบอุณหภูมิสูงและไม่ชอบความชื้นสูง สิ่งเหล่านี้ทำให้เกิดกระแสรั่วไหล” เคซี่ย์กล่าว “และเมื่อกระแสไฟรั่วเริ่มเพิ่มขึ้น จะทำให้อุปกรณ์อุ่นขึ้น และเมื่ออุปกรณ์อุ่นขึ้น อุปกรณ์ก็จะรั่วไหลมากขึ้นเรื่อยๆ จนเข้าสู่สภาวะหนี ด้วย GDT ในชุดที่มี MOV ที่ถูกกำจัด”
อย่างไรก็ตาม มีบทลงโทษที่ต้องจ่ายเมื่อคุณใช้อุปกรณ์เหล่านี้ร่วมกัน ซึ่งเป็นเวลาที่จะเปิด GDT ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะน้อยกว่า 300 นาโนวินาที เคซี่ย์กล่าว และในช่วงเวลานั้นจะมีแรงดันไฟฟรอนต์เอนด์ เขาตั้งข้อสังเกตว่าแรงดันไฟกระชากเกิดขึ้นกับโซลูชัน GDT และ MOV แบบแยกส่วน ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องใหม่สำหรับนักออกแบบที่ใช้ GDT และ MOV ร่วมกัน “ในแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ จะไม่มีผลกระทบใดๆ เลย เพราะมันมีระยะเวลาสั้นมาก”
เมื่อกระแสไฟชั่วคราว (หรือไฟกระชาก) สิ้นสุดลง IsoMOV จะรีเซ็ตกลับเป็นฟังก์ชันสแตนด์บายปกติ “ในการออกแบบนี้ MOV ทำงานอยู่แต่ไม่ได้ใช้งาน มันกำลังรอให้ GDT ปลุกในช่วงเวลาชั่วครู่เหล่านั้น” เคซี่ย์กล่าว
การออกแบบตัวป้องกันไฮบริด IsoMOV (Bourns Inc.)
ชุดป้องกัน IsoMOV ได้รับการยอมรับ UL 1449 Type 5 ปัจจุบัน IEC ไม่มีมาตรฐานที่จะรับรู้ IsoMOV แต่ Bourns กำลังทำงานร่วมกับหน่วยงานมาตรฐานเพื่อส่งการเปลี่ยนแปลงที่จะรับรู้ถึงเทคโนโลยีไฮบริด มีแนวโน้มว่าจะรวมอยู่ใน IEC 37B ซึ่งขณะนี้อยู่ระหว่างการพัฒนา Casey กล่าว
ชุดป้องกัน IsoMOV มีวางจำหน่ายแล้ว ข้อแม้เพียงประการเดียวเกี่ยวกับการกำหนดหมายเลขชิ้นส่วน หมายเลขชิ้นส่วน IsoMOV ถูกกำหนดโดยระดับการกระชาก เช่น IsoM3-xxx (3 kV), IsoM5-xxx (5 kV) และ IsoM8-xxx (8 kV) แทนที่จะพิจารณาตามขนาด
“เราไม่ต้องการให้นักออกแบบคิดเกี่ยวกับการซื้อขนาดเท่าๆ กัน เราต้องการให้พวกเขาพิจารณาถึงความสามารถในการขยายขนาดและไฟกระชาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงกำหนดหมายเลขตามวิธีที่เราทำ” คลิกที่นี่สำหรับแผ่นข้อมูล ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์ป้องกันไฮบริดสามารถพบได้ในเอกสารไวท์เปเปอร์
เกี่ยวกับ Bourns