Varistances - principe de fonctionnement, types et application
Une varistance est un composant semi-conducteur qui peut modifier sa résistance active de manière non linéaire en fonction de l'amplitude de la tension qui lui est appliquée. En fait, il s'agit d'une résistance ayant une telle caractéristique courant-tension, dont la section linéaire est limitée à une plage étroite, à laquelle vient la résistance de la varistance lorsqu'on lui applique une tension supérieure à un certain seuil.
À ce stade, la résistance de l'élément change brusquement de plusieurs ordres de grandeur - elle diminue des premières dizaines de MΩ aux unités d'Ohm. Et plus la tension appliquée augmente, plus la résistance de la varistance diminue. Cette propriété fait de la varistance un incontournable des dispositifs modernes de protection contre les surtensions.
Connectée en parallèle avec la charge protégée, la varistance absorbe le courant perturbateur et le dissipe sous forme de chaleur. Et à la fin de cet événement, lorsque la tension appliquée diminue et repasse au-dessus du seuil, la varistance restaure sa résistance initiale et est à nouveau prête à assurer une fonction de protection.
On peut dire que la varistance est un analogue semi-conducteur d'un éclateur à gaz, seulement dans une varistance, contrairement à une étincelle à gaz, la haute résistance initiale est restaurée plus rapidement, il n'y a pratiquement pas d'inertie et la plage de tensions nominales commence à partir de 6 et atteint 1000 volts et plus.
Pour cette raison, les varistances sont largement utilisées dans les circuits de protection. commutateurs à semi-conducteurs, dans des circuits avec des éléments inductifs (pour éteindre les étincelles), ainsi que des éléments indépendants de protection électrostatique des circuits d'entrée des appareils électroniques.
Le procédé de fabrication d'une varistance consiste à fritter un semi-conducteur en poudre avec un liant à une température d'environ 1700°C. On utilise ici des semi-conducteurs tels que l'oxyde de zinc ou le carbure de silicium. Le liant peut être du verre soluble, de l'argile, du vernis ou de la résine. Sur l'élément en forme de disque obtenu par frittage, des électrodes sont appliquées par métallisation sur lesquelles sont soudés les fils d'assemblage du composant.
En plus de la forme de disque traditionnelle, les varistances peuvent être trouvées sous forme de tiges, de perles et de films. Les varistances réglables sont réalisées sous la forme de tiges avec un contact mobile. Matériaux semi-conducteurs traditionnels utilisés dans la fabrication de varistances à base de carbure de silicium avec différentes liaisons : thyrite, willite, lethine, silite.
Le principe de fonctionnement interne de la varistance est que les bords de petits cristaux semi-conducteurs à l'intérieur de la masse de liaison sont en contact les uns avec les autres, formant des circuits conducteurs. Lorsqu'un courant d'une certaine amplitude les traverse, une surchauffe locale des cristaux se produit et la résistance des circuits diminue. Ce phénomène explique la non-linéarité CVC de la varistance.
L'un des principaux paramètres de la varistance, avec la tension de réponse efficace, est le coefficient de non-linéarité, qui indique le rapport de la résistance statique à la résistance dynamique. Pour les varistances à base d'oxyde de zinc, ce paramètre varie de 20 à 100. Quant au coefficient de température de résistance de la varistance (TCR), il est généralement négatif.
Les varistances sont compactes, fiables et fonctionnent bien dans une large plage de températures de fonctionnement.Sur les cartes de circuits imprimés et dans les SPD, vous pouvez trouver de petites varistances à disque d'un diamètre de 5 à 20 mm. Pour dissiper des puissances plus élevées, on utilise des varistances en bloc de dimensions hors tout de 50, 120 millimètres et plus, capables de dissiper des kilojoules d'énergie en une impulsion et de faire passer des courants de dizaines de milliers d'ampères à travers elles, sans perdre en efficacité.
L'un des paramètres les plus importants de toute varistance est le temps de réponse. Bien que le temps d'activation typique d'une varistance ne dépasse pas 25 ns et que cela soit suffisant dans certains circuits, néanmoins à certains endroits, par exemple pour la protection contre l'électrostatique, une réponse plus rapide est requise, pas plus de 1 ns.
En lien avec ce besoin, les principaux fabricants mondiaux de varistances orientent leurs efforts vers l'augmentation de leurs performances. Une manière d'atteindre cet objectif est de réduire la longueur (respectivement l'inductance) des bornes des composants multicouches. De telles varistances CN ont déjà pris une place digne dans la protection contre la sortie statique des circuits intégrés.
La tension nominale de la varistance CC (1mA) est un paramètre conditionnel, à cette tension, le courant traversant la varistance ne dépasse pas 1mA.La tension nominale est indiquée sur le marquage de la varistance.
ACrms est la réponse en tension alternative efficace de la varistance. DC — Actionnement en tension continue.
De plus, la tension maximale admissible à un courant donné est normalisée, par exemple V @ 10A. W est la dissipation de puissance nominale du composant. J est l'énergie maximale d'une seule impulsion absorbée, qui détermine le temps pendant lequel la varistance pourra dissiper la puissance nominale tout en restant en bon état. Ipp - le courant de crête de la varistance, normalisé par le temps de montée et la durée de l'impulsion absorbée, plus l'impulsion est longue, plus le courant de crête admissible est faible (mesuré en kiloampères).
Pour obtenir une plus grande dissipation de puissance, la connexion en parallèle et en série des varistances est autorisée. Dans le cas d'un montage en parallèle, il est important de choisir des varistances au plus près des paramètres.