Bourns, Inc. đã tuyên bố một trong những bước đột phá quan trọng nhất trong thiết kế thiết bị biến thể oxit kim loại (MOV) trong nhiều thập kỷ. Các bộ bảo vệ IsoMOV mới hoặc các thành phần bảo vệ hỗn hợp, tích hợp chức năng ống phóng khí (GDT) trực tiếp vào chính MOV, mang lại xếp hạng tăng cao hơn trong các gói nhỏ hơn, cùng với độ chắc chắn tăng lên. Bằng cách tích hợp GDT, nó cũng giải quyết các vấn đề suy giảm MOV do dòng rò gây ra và kéo dài tuổi thọ hoạt động của MOV.
Các bộ bảo vệ IsoMOV có điện dung thấp hơn, độ rò rỉ rất thấp và mật độ xử lý năng lượng cao. AC Vôn Xếp hạng từ 175 V đến 555 V. Có sẵn trong ba mô hình - IsoM3, IsoM5 và IsoM8, xếp hạng đột biến danh nghĩa lần lượt là 3 kA, 5 kA và 8 kA. Các thiết bị có sẵn trong gói MOV đĩa xuyên tâm quen thuộc với đường kính nhỏ hơn và dày hơn một chút. Phạm vi nhiệt độ hoạt động là -40 ° C đến 125 ° C.
Phạm vi nhiệt độ mở rộng và độ rò rỉ thấp của dòng IsoMOV khiến nó rất phù hợp cho truyền thông công nghiệp, đường dây điện, thông tin và truyền thông tốc độ cao công nghệ Bourns cho biết, thiết bị (ICT), cũng như một loạt môi trường khắc nghiệt hoặc các ứng dụng từ xa, nơi việc sửa chữa có thể vừa khó khăn về mặt vật lý vừa tốn kém khi thực hiện.
Bourns IsoMOV bảo vệ (Nguồn: Bourns Inc.)
“Khi chúng ta thấy mạch phức tạp hơn và kích thước linh kiện giảm xuống hội tụ, mạch bảo vệ phải đáp ứng được những xu hướng đó, vì vậy chúng tôi cần liên tục thiết kế các thiết bị ngày càng nhỏ hơn để không hy sinh hoặc làm ảnh hưởng đến các mức bảo vệ cần thiết mà các nhà thiết kế và cuối cùng là người dùng cuối mong đợi từ bảo vệ mạch ”, Lee Bourns, giám đốc tiếp thị cho biết để bảo vệ mạch tại Bourns.
Đồng thời, những thiết kế này ngày càng trở nên dễ bị hư hỏng nhất thời do sét và tăng điện áp và điều đó thậm chí còn phức tạp hơn khi các thành phần riêng lẻ trong mạch ngày càng trở nên nhỏ hơn và có thể không có khả năng xử lý nhiều điện năng hoặc xử lý các mối đe dọa thoáng qua cũng như một thiết bị có kích thước lớn hơn, ông nói.
Bourns cho biết MOV tiếp tục được sử dụng nhiều để bảo vệ quá áp và thường được sử dụng cùng với GDT để kéo dài tuổi thọ của MOV. “Nhưng không phải lúc nào chúng cũng đáp ứng yêu cầu về không gian bảng cô đặc và kích thước dấu chân nhỏ hơn.”
Đây không phải là các thành phần siêu nhỏ như các loại thiết bị bảo vệ mạch khác, có thể có kích thước dấu chân 0402 hoặc 0201 hoặc thậm chí nhỏ hơn, ông nói thêm. GDT hình trụ truyền thống có kích thước 5 × 5 mm và 8 × 6 mm, và khi kết hợp với MOV, chúng chiếm một lượng đáng kể không gian bảng.
Trong nhiều trường hợp, các kỹ sư thiết kế phải lựa chọn giữa các thành phần có hiệu suất thấp hơn, tiết kiệm không gian hoặc các thiết bị được chỉ định quá mức để đáp ứng các yêu cầu bảo vệ của chúng. Bourns cho biết: “Với các bộ bảo vệ IsoMOV, các nhà thiết kế giờ đây có thể có được mức độ bảo vệ đột biến phù hợp cho ứng dụng của họ mà không phải thực hiện bất kỳ thỏa hiệp nào về hiệu suất, kích thước, chi phí hoặc thiết kế lại.
Nơi nó bắt đầu
Vào năm 2019, Bourns đã phát triển công nghệ bảo vệ hybrid GMOV sử dụng FLAT GDT rời rạc cộng với MOV rời được kết hợp cơ học với nhau trong một gói duy nhất. Các thành phần bảo vệ quá áp kết hợp IsoMOV mới đưa ý tưởng này lên cấp độ tiếp theo bằng cách nhúng GDT trực tiếp giữa hai đĩa MOV.
Ông Bourns cho biết, công nghệ phẳng GDT đã giảm kích thước dấu chân của GDT nhưng nó không đủ đi xa để giải quyết tất cả các yêu cầu thiết kế mạch đang phát triển, Bourns nói.
Công ty đã làm việc trên công nghệ bảo vệ lai trong một vài năm. Kelly Casey, giám đốc kỹ thuật bảo vệ mạch của Bourns, cho biết nó thực sự phát triển từ một vài dự án của công ty, trong đó có một dự án để thu nhỏ GDT. Nhưng ý tưởng đằng sau thiết kế thực sự đến từ CEO Gordon Bourns của công ty, khi họ đang thảo luận về GDT điện cực gốm.
Một lợi ích chính của thiết kế tích hợp là nó cung cấp các thông số kỹ thuật về hiệu suất thường được tìm thấy trong các thiết bị MOV truyền thống lớn hơn. Điều này cho phép các nhà thiết kế điều chỉnh tốt hơn hiệu suất chống sét lan truyền theo yêu cầu không gian của họ và cho phép họ nâng cấp tính năng bảo vệ quá áp MOV để bao gồm cách ly GDT mà không cần thiết kế lại PCB.
Nhiều nhà thiết kế chỉ định MOV được đánh giá ở điện áp và dòng tăng cao hơn nhiều để đảm bảo các thiết bị không bị căng thẳng đến điểm đứt của chúng, trong khi những người khác đã đặt GDT nối tiếp với MOV để loại bỏ dòng rò rỉ và kéo dài tuổi thọ của MOV, Casey nói.
Casey cho biết: “Có rất nhiều kỹ sư sẽ chỉ định kỹ càng những sản phẩm này để đảm bảo không có sự cố. "Họ sẽ mua một bộ phận được đánh giá có điện áp cao hơn, dòng điện cao hơn so với ứng dụng thực tế của họ sẽ yêu cầu."
Với IsoMOV, các nhà thiết kế có một số lựa chọn. Họ có thể chọn một phần nhỏ hơn hoặc giữ nguyên kích thước và có được thiết kế mạnh mẽ hơn. Ví dụ, một MOV 10 mm tốt nhất trong lớp tiêu chuẩn được đánh giá ở 2,000 amps (A), so với 3,000 A cho IsoMOV 10 mm, thực tế ngang bằng với MOV 14 mm tiêu chuẩn (xem bảng phía dưới).
Xếp hạng IsoMOV tăng vọt so với MOV tiêu chuẩn (Nguồn: Bourns Inc.)
Ngoài ra, với bố cục chân tiêu chuẩn công nghiệp, bộ bảo vệ IsoMOV cung cấp nâng cấp hiệu suất và độ tin cậy lên MOV tiêu chuẩn cùng kích thước ở dạng thay thế pin-to-pin.
Thiết kế
Bằng cách kết hợp GDT và MOV thành một gói duy nhất, IsoMOV cho phép GDT chặn dòng rò qua MOV có thể dẫn đến hỏng hóc sớm, làm cho MOV vốn đã mạnh mẽ hơn mà không cần thêm các thành phần bổ sung vào thiết kế mạch.
Giữa hai đĩa MOV có một khoang chứa chức năng GDT mà không tạo ra đường rò rỉ. Các đĩa MOV có một mặt lõm tạo ra khoang và trong khoang là vật liệu thủy tinh phục vụ một số chức năng. Chúng bao gồm niêm phong khí trơ trong buồng GDT, cách ly hai đĩa MOV với nhau, cho phép GDT thực hiện công việc của mình và cung cấp một đường rò dài giữa các điện cực GDT, giúp kéo dài tuổi thọ của GDT.
Mặt cắt của bộ bảo vệ lai IsOMOV (Nguồn: Bourns Inc.)
Ngoài ra, khả năng tăng xung được cải thiện của thiết bị IsoMOV được cho là do hình dạng EdgMOV độc đáo. Nó nâng cao hiệu suất MOV bằng cách loại bỏ chế độ hỏng hóc chính, đó là một lỗ ghi ở rìa của quá trình kim loại hóa khiến MOV bị ngắn. Dạng hình học EdgMOV loại bỏ chế độ hỏng hóc này bằng cách đưa dòng điện ra xa các cạnh. Nó cũng cho phép phân phối năng lượng tăng tốt hơn, giúp làm chậm sự lão hóa của các phần tử MOV do sóng tăng. Ngoài ra, việc phân phối năng lượng tốt hơn làm tăng khả năng tăng đột biến trên một đơn vị diện tích.
Vậy IsoMOV hoạt động như thế nào? Khi quá độ xảy ra, IsoMOV sẽ kẹp điện áp giống như MOV truyền thống, nhưng vì GDT hoạt động như một công tắc nên MOV không phải chịu áp lực liên tục của điện áp trên nó liên tục, Casey nói.
GDT là yếu tố then chốt cho sự trường tồn của IsoMOV, ông nói. “Trong toàn bộ vòng đời của nó, MOV thực sự chỉ được kết nối với đường dây điện trong vài giây. GDT đã sử dụng điện áp đó trong suốt thời gian ngoại trừ trong một sự kiện sét chỉ kéo dài trong vài micro giây hoặc mili giây ”.
“Một trong những vấn đề với MOV là chúng có xu hướng bị rò rỉ theo thời gian. Họ không thích nhiệt độ cao và họ không thích độ ẩm cao; Casey nói. “Và khi dòng điện rò rỉ bắt đầu tăng lên bắt đầu làm nóng thiết bị và khi thiết bị ấm lên, nó càng rò rỉ nhiều hơn, dẫn đến tình trạng chạy trốn. Với việc GDT nối tiếp với MOV đã bị loại bỏ. ”
Tuy nhiên, có một khoản phạt phải trả khi bạn sử dụng các thiết bị này cùng nhau, đó là thời gian bật GDT, thường dưới 300 nano giây, Casey cho biết, và trong thời gian đó, điện áp mặt trước sẽ tăng đột biến. Ông lưu ý rằng sự tăng đột biến điện áp cũng xảy ra với các giải pháp GDT và MOV rời rạc, vì vậy điều này không có gì mới đối với các nhà thiết kế sử dụng GDT và MOV cùng nhau. “Trong phần lớn các ứng dụng, nó hoàn toàn không có tác động vì thời lượng quá ngắn.”
Sau khi quá trình đột ngột (hoặc tăng sáng) kết thúc, IsoMOV sẽ khôi phục lại chức năng chờ bình thường của nó. “Trong thiết kế này, MOV đang được gọi nhưng nó không có nhiệm vụ. Nó đang chờ GDT đánh thức nó trong thời gian chuyển tiếp đó, ”Casey nói.
Thiết kế bộ bảo vệ lai IsoMOV (Bourns Inc.)
Dòng bảo vệ IsoMOV được công nhận là UL 1449 Loại 5. IEC hiện không có tiêu chuẩn để công nhận IsoMOV, nhưng Bourns đang làm việc với cơ quan tiêu chuẩn để đệ trình những thay đổi có thể công nhận công nghệ hybrid. Casey cho biết nó có thể sẽ được đưa vào theo tiêu chuẩn IEC 37B, hiện đang được phát triển.
Dòng bảo vệ IsoMOV hiện đã có sẵn. Chỉ cần một cảnh báo về việc đánh số bộ phận. Số bộ phận IsoMOV được chỉ định bởi xếp hạng tăng, tức là, IsoM3-xxx (3 kV), IsoM5-xxx (5 kV) và IsoM8-xxx (8 kV), thay vì dựa trên kích thước của chúng.
“Chúng tôi không muốn các nhà thiết kế nghĩ đến việc mua hàng tương đương với kích thước, chúng tôi muốn họ thực sự xem xét kích thước và khả năng tăng đột biến, đó là lý do tại sao chúng tôi đánh số chúng theo cách chúng tôi đã làm.” Bấm vào đây để xem biểu dữ liệu. Thông tin thêm về các thiết bị bảo vệ lai có thể được tìm thấy trong một loạt các sách trắng.
về Bourns