واریستور (Varistor) چیست؟ نحوه محافظت آن در برابر ولتاژ اضافی
زمان مطالعه: در حال محاسبه...
فهرست مطالب
مقدمه
در هر مدار الکترونیکی، یکی از بزرگ‌ترین دشمنان، افزایش ناگهانی ولتاژ است؛ حالتی که ممکن است تنها در چند میلی‌ثانیه رخ دهد اما بتواند کل مدار را بسوزاند! اینجاست که واریستور (Varistor) وارد عمل می‌شود. اگر بخواهیم خیلی ساده بگوییم، واریستور قطعه‌ای است که در حالت عادی هیچ تأثیری روی مدار ندارد، اما به‌محض بالا رفتن ولتاژ از حد مجاز، مثل یک محافظ قهرمانانه جلوی آن می‌ایستد و ولتاژ اضافی را به زمین هدایت می‌کند.
در نتیجه، از قطعات حساس مانند آی‌سی‌ها، ترانزیستورها و میکروکنترلرها در برابر شوک‌های ناگهانی برق محافظت می‌کند.
در این مقاله، به‌صورت کامل بررسی می‌کنیم که واریستور چیست، چگونه کار می‌کند، چه انواعی دارد، چگونه باید آن را انتخاب و تست کرد، و در نهایت چطور می‌توان از آن برای محافظت مؤثر در برابر ولتاژهای اضافی (Overvoltage Protection) استفاده کرد.
نقش و اهمیت واریستور
با گسترش تجهیزات الکترونیکی در صنایع، خانه‌ها و خودروها، محافظت در برابر نوسانات برق به یکی از اولویت‌های اصلی در طراحی مدار تبدیل شده است. تغییرات ناگهانی ولتاژ می‌توانند ناشی از صاعقه، نویز خطوط انتقال، قطع و وصل بارهای القایی یا حتی خطاهای داخلی سیستم باشند. واریستور با واکنش سریع خود به این تغییرات، انرژی اضافی را جذب و تخلیه کرده و مانع از آسیب دیدن قطعات حساس می‌شود.
واریستور چیست؟
کلمه‌ی Varistor از ترکیب دو واژه‌ی Variable و Resistor به معنای “مقاومت متغیر” گرفته شده است.
واریستور در واقع یک مقاومت غیرخطی ولتاژ وابسته است؛ یعنی مقدار مقاومت آن با تغییر ولتاژ ورودی تغییر می‌کند.
در حالت عادی (ولتاژ نامی مدار)، مقاومت واریستور بسیار زیاد است و جریانی از آن عبور نمی‌کند. اما وقتی ولتاژ از مقدار مشخصی بیشتر شود (حد شکست یا Clamping Voltage)، مقاومت آن ناگهان کم شده و مسیر تخلیه جریان اضافی باز می‌شود.
به زبان ساده:
«واریستور همان محافظی است که فقط زمانی فعال می‌شود که ولتاژ از حد مجاز بگذرد.»
ساختار داخلی و ترکیب مواد واریستور
بیشتر واریستورها از اکسید فلزات (Metal Oxide Varistor – MOV) ساخته می‌شوند؛ رایج‌ترین نوع آن‌ها اکسید روی (ZnO) است.
این ترکیب شامل دانه‌های ریز ZnO است که با مواد افزودنی مانند بیسموت، کبالت و منگنز پوشیده شده‌اند. در بین این دانه‌ها، مرزهایی به‌وجود می‌آید که مانند اتصالات نیمه‌رسانا رفتار می‌کنند.
وقتی ولتاژ بالا می‌رود، این مرزها شکست می‌خورند و مسیر عبور جریان باز می‌شود. همین خاصیت باعث می‌شود MOV بتواند انرژی پالس‌های شدید را جذب و تخلیه کند.
انواع واریستور و مقایسه آن‌ها
| نوع واریستور | ماده اصلی | ولتاژ عملکرد | سرعت پاسخ | کاربرد اصلی | مقاومت در برابر انرژی ضربه |
|---|---|---|---|---|---|
| MOV (اکسید فلزی) | ZnO | 18V تا 1800V | بسیار سریع (ns) | محافظ برق، UPS، لوازم خانگی | بالا |
| سیلیکون کارباید (SiC) | SiC | 130V تا 480V | سریع | مدارهای صنعتی قدیمی | متوسط |
| پلیمر یا آلی | مواد آلی | زیر 100V | متوسط | مدارهای حساس دیجیتال | پایین |
امروزه تقریباً تمام واریستورهای مدرن از نوع MOV هستند، چون ارزان، کوچک، سریع و مؤثر هستند.
نحوه عملکرد واریستور در مدار
وقتی ولتاژ ورودی پایین‌تر از حد مجاز باشد، واریستور تقریباً مدار باز است.
اما اگر ولتاژ به بالاتر از ولتاژ محدودکننده (Clamping Voltage) برسد، جریان از طریق واریستور عبور کرده و انرژی اضافی را تخلیه می‌کند.
به بیان ساده‌تر:
در حالت عادی → مدار باز
در ولتاژ بالا → مسیر تخلیه
نحوه محافظت واریستور در برابر ولتاژ اضافی
واریستور را معمولاً به‌صورت موازی با منبع تغذیه یا بار حساس قرار می‌دهند. وقتی ولتاژ از حد مجاز عبور کند، واریستور مسیر کم‌مقاومت ایجاد می‌کند و انرژی اضافی را از مدار خارج می‌کند.
برای مثال:
در یک آداپتور ۱۲ ولت، واریستور ۱۸ ولتی نصب می‌شود. اگر ناگهان ولتاژ ورودی تا ۲۰ ولت بالا برود، واریستور عمل کرده و ولتاژ را محدود می‌کند تا قطعات حساس آسیب نبینند.
در مدارهای صنعتی، واریستور معمولاً به همراه فیوز یا ترمیستور NTC استفاده می‌شود تا حفاظت کامل در برابر اضافه ولتاژ و جریان فراهم شود.
روش تست و تشخیص واریستور خراب
واریستورها پس از چند بار محافظت در برابر شوک‌های شدید ممکن است تخریب شوند. برای تست آن:
تست ظاهری: ترک یا سوختگی نشان‌دهنده خرابی است.
تست با مولتی‌متر: در حالت عادی مقاومت باید بسیار زیاد باشد (چندین مگااهم).
تست با منبع قابل تنظیم: اگر در ولتاژ پایین‌تر از حد نامی شروع به هدایت کند، خراب شده است.
نکته مهم: اگر واریستور سیاه یا متورم شده باشد، باید حتماً تعویض شود چون ممکن است دیگر در برابر شوک جدید مقاوم نباشد.
کاربردهای واریستور در مدارها
واریستور در صنایع و تجهیزات مختلف به‌کار می‌رود، از جمله:
منبع تغذیه (SMPS و آداپتورها)
سیستم‌های حفاظتی برق شهری
UPS و محافظ کامپیوتر
لوازم خانگی (تلویزیون، ماشین لباسشویی، یخچال)
تابلو برق‌های صنعتی
سیستم‌های مخابراتی و کنترل PLC
تجهیزات خودرویی (محافظ برق ECU)
نکات مهم در خرید و انتخاب واریستور
در هنگام انتخاب واریستور، این پارامترها را در نظر بگیرید:
ولتاژ نامی (AC/DC): باید کمی بالاتر از ولتاژ کاری مدار باشد.
ولتاژ محدودکننده (Clamping Voltage): تعیین می‌کند از چه ولتاژی به بعد عمل کند.
جذب انرژی (Joule): نشان‌دهنده توان تحمل شوک ولتاژ است.
حداکثر جریان پالس (Peak Current): باید از حداکثر جریان لحظه‌ای سیستم بیشتر باشد.
ابعاد و دمای کاری: برای فضاهای محدود یا محیط‌های گرم اهمیت دارد.
برای مثال، برای مدار ۲۲۰ ولت AC، معمولاً از واریستور ۱۴D471K (با ولتاژ حدود ۴۷۰ ولت پیک) استفاده می‌شود.
سؤالات متداول
1. آیا واریستور همان دیود زنر است؟
خیر. واریستور از نوع مقاومت‌های وابسته به ولتاژ است و برای شوک‌های زیاد و کوتاه‌مدت استفاده می‌شود، در حالی که دیود زنر برای تثبیت ولتاژهای کوچک کاربرد دارد.
2. واریستور چند بار قابل استفاده است؟
بسته به شدت پالس‌ها، ممکن است ده‌ها یا صدها بار عمل کند، اما پس از چند شوک شدید، دقت عملکرد کاهش می‌یابد.
3. اگر واریستور حذف شود چه می‌شود؟
احتمال سوختن قطعات حساس در اثر نوسانات برق زیاد می‌شود، مخصوصاً در آداپتورها و منبع تغذیه‌های سوئیچینگ.
4. آیا می‌توان واریستور را سری بست؟
خیر، معمولاً به‌صورت موازی بسته می‌شود تا انرژی اضافی را تخلیه کند، نه اینکه مسیر ولتاژ را محدود کند.
نکات طراحی مدار با واریستور
همیشه واریستور را نزدیک به ورودی تغذیه نصب کنید.
در مدارهای صنعتی، آن را با فیوز سری کنید تا در صورت خرابی از مدار جدا شود.
اگر احتمال صاعقه وجود دارد، از چند مرحله حفاظت (MOV + GDT) استفاده کنید.
دمای کارکرد بالا عمر واریستور را کاهش می‌دهد، پس از تهویه مناسب استفاده کنید.
جمع‌بندی: واریستور، قهرمان خاموش حفاظت مدار
واریستور قطعه‌ای ساده اما بسیار مؤثر در حفاظت در برابر ولتاژ اضافی است. این مقاومت غیرخطی، با عملکرد سریع خود، در زمانی که ولتاژ از حد مجاز عبور کند، مسیر تخلیه ایجاد کرده و مانع از آسیب به تجهیزات الکترونیکی می‌شود. انتخاب درست نوع و ولتاژ واریستور، نقش مهمی در سلامت و طول عمر مدار دارد. بنابراین، اگر به‌دنبال محافظت مطمئن از تجهیزات خود هستید، نصب واریستور یکی از بهترین و اقتصادی‌ترین روش‌هاست.
اشتراک در بله
اشتراک در ایتا
اشتراک در واتساپ
اشتراک در تلگرام
اشتراک در بله
اشتراک در ایتا
اشتراک در واتساپ
اشتراک در تلگرام
کالاهای پیشنهادی
7MBR25SA120
P084
جدیدترین محصولات
