VARISTORES

GENERAL

Los varistores proporcionan una protección fiable y económica contra transitorios de alto voltaje que pueden ser producidos, por ejemplo, por relámpagos, conmutaciones o ruido eléctrico en líneas de potencia de CC o CORRIENTE ALTERNA.

Los varistores tienen la ventaja sobre los diodos (supresores de transitorios) que, al igual que ellos pueden absorber energías transitorias (incluso más altas) pero además pueden suprimir los transitorios positivos y negativos.

Cuando aparece un transitorio, el varistor cambia su resistencia de un valor alto a otro valor muy bajo. El transitorio es absorbido por el varistor, protegiendo de esa manera los componentes sensibles del circuito.

Los varistors se fabrican con un material no-homogéneo.(Carburo de silicio)

CARACTERISTICAS 

1. Amplia gama de voltajes - desde 14 V a 550 V (RMS). Esto permite una selección fácil del componente correcto para una aplicación específica. 
2. Alta capacidad de absorción de energía respecto a las dimensiones del componente. 
3. Tiempo de respuesta de menos de 20 ns, absorbiendo el transitorio en el instante que ocurre. 
4. Bajo consumo (en stabd-by) - virtualmente nada. 
5. Valores bajos de capacidad, lo que hace al varistor apropiado para la protección de circuitería en conmutación digital. 
6. Alto grado de aislamiento. 

Máximo impulso de corriente no repetitiva

El pico máximo de corriente permitido a través del varistor depende de la forma del impulso, del duty cycle y del número de pulsos.

Con el fin de caracterizar la capacidad del varistor para resistir impulsos de corriente, se permite generalmente que garantice un ‘máximo impulso de corriente no repetitiva’. Este viene dado por un impulso caracterizado por la forma del impulso de corriente desde 8 microsegundos a 20 microsegundos siguiendo la norma “IEC 60-2”, con tal que la amplitud del voltaje del varistor medido a 1 mA no lo hace cambiar más del 10%  como máximo.

Un impulso mayor que el especificado puede ocasionar cortocircuitos o ruptura del propio componente; se recomienda por lo tanto instalar un fusible en el circuito que utiliza el varistor, o utilizar una caja protectora.

Si se aplica más de un de impulso o el impulso es de una duración mas larga, habría que estudiar las curvas que al efecto nos proporcionan los fabricantes, estas curvas garantizan la máxima variación de voltaje (10%) en el varistor con 1 mA.

Energía máxima 

Durante la aplicación de un impulso de corriente, una determinada energía será disipada por el varistor. La cantidad de la energía de disipación es una función de:

1.  La amplitud de la corriente.
2.  El voltaje correspondiente al pico de corriente.
3.  La duración del impulso.
4.  El tiempo de bajada del impulso; la energía que se disipa durante el tiempo entre 100% y 50% del pico de corriente.
5.  La no linealidad del varistor.

A fin de calcular la energía disipada durante un impulso, se hace con la referencia generalmente a una onda normalizada de la corriente. Esta onda esta prescrita por la norma “IEC 60-2 secciona 6” tiene una forma que aumenta desde cero al valor de pico en un el tiempo corto, disminuyendo hata cero o de una manera exponencial, o bien sinusoidal.

Esta curva es definida por el el tiempo principal virtual (t1) y el tiempo virtual al valor medio (t2) como el mostrado en la Fig.1. 

Fig. 1

El cálculo de energía durante la aplicación de tal impulso viene dado por la fórmula: 

E = Vpeak x Ipeak x t2 x K

donde: 

Ipeak = corriente  de pico 
Vpeak = voltaje a la corriente de pico 
K es un constante que depende de t2, cuando t1 va de 8 a 10 microsegundos; 
ver Tabla 1.

Tabla 1

La energía máxima no representa entonces la calidad del varistor, pero puede ser un indicio valioso cuando comparamos diversas series de componentes que tienen el mismo voltaje.

La energía máxima indicada por los fabricantes es válida para un impulso estándar de duración entre10 y 1000 microsegundos, que dan como maxima variación de voltaje un 10 % para 1 mA.

Cuando se aplican más de un impulso, recurriremos a las tabla que a tal efecto nos proporcionan los fabricantes. 

CARACTERISTICAS ELECTRICAS 

Características típica V/I de un varistor de ZnO

La relación entre la tensión y corriente en un varistor viene dada por:

V = C x I^b

Donde:

• V es el voltaje

• C es el voltaje del varistor para una corriente de 1 A.

• I es la corriente actual que atraviesa el varistor.

• b es la tangente del ángulo que forma la curva con la horizontal. Este parámetro depende del material con que está fabricado el varistor; en el caso del ZnO su valor es ? = 0.035

Ejemplo:
Supongamos una varistor con un valor de C = 230 V. a 1 A. y b = 0.035 (ZnO) 
Entonces:V = C x I^b 
Para una I =10^-3 A                 V = 230 x(10^-3 ) 0.035 = 180 V
Y para una I =10² A               V = 230 x(10² ) 0.035 = 270 V

LIMITACION DE TRANSITORIOS DE TENSION CON VARISTORES DE ZnO 

En la Fig.2 el voltaje de alimentación Vi es derivado por la resistencia R (p. ej. la resistencia de línea) y el varistor (-U) seleccionado para la aplicación. 

Fig. 2

V_I =V_R +V_O

V_I =R x I + C x I^b

Si la tensión de alimentación varía una cantidad DV_I la variación de corriente será de DI y la tensión de alimentación podrá expresarse como:

Dado el valor pequeño de b (0.03 a 0.05), es evidente que la modificación de C x I^b será muy pequeña comparada a la variación de R x I cuando V_I  aumente a V_I + DV_I . 
Un aumento grande de V_I  conduce a un aumento grande de V_R y un aumento pequeño de V_O

EJEMPLO 

Supongamos un varistor (C = 520; b = 0.04) y una R = 250 W 
Para V_I = 315 V (valor de pico de una alimentación de 220 V):  

Continuará......................

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