Transcript 바리스터의 전기적 특성

VARISTOR 기술자료
㈜하이엘
목 차
 바리스터의 개요
1. 정의
2. 구성
3. 미세구조 및 전기전도 매커니즘
 바리스터의 전기적 특성
1. 주요용어 설명
2. V-I 특성
3. 제한전압 특성
4. Surge 수명 특성
 바리스터의 선정 시 고려사항
1. 바리스터전압 및 회로전압
2. 제한전압
3. 고장모드
4. 바리스터 병렬연결
 바리스터의 개요
1. 바리스터(VARISTOR)의 정의
바리스터란 Variable Resistor의 약어로 인가전압에 따라 저항이 변하여 비직선적인 전압-전류
특성을 나타내며 MOV(Metal Oxide Varistor), VDR(Voltage Dependent Resistor)로 불리기도
한다. 바리스터는 보호하고자 하는 부품이나 회로에 병렬로 연결하여 과도전압이 증가하면 낮은
저항 회로를 형성하여 과도전압이 더 이상 상승하는 것을 막아준다.
 바리스터의 개요
2. 바리스터의 구성
주성분
산화아연 (ZnO)
기타
특성개선
결정립계 형성
(Al 등)
(Bi)
결정립 제어
(Sb)
전기전도도
향상
(Co)
 바리스터의 개요
3. 바리스터의 미세구조 및 전기전도 매커니
즘
바리스터의 미세구조에서 ZnO 결정립(grain)은 매우 높은 전기 전도도를 가지고 있는 반면 입계
면을 형성하고 있는 다른 산화물은 매우 큰 저항을 갖는다. 이와 같은 특성 때문에 전류는 입계
면이 적은 방향으로 흐르게 되며 바리스터의 전기적 특성은 수많은 미세 결정립들이 직렬 또는
병렬로 연결되어 나타나게 된다. 또한 이것은 바리스터의 물리적인 치수를 조절하여 전기적 특
성을 컨트롤 할 수 있다는 점을 내포하고 있다.
 입계의 직렬수 – 바리스터 전압 결정
제품의 두께를 높이면 바리스터 전압 상승
 입계의 병렬수 – 서지내량 결정
제품의 면적을 넓히면 서지전류내량 상승
저항 매우 낮음
저항 매우 높음
 바리스터의 전기적 특성
1. 주요 용어 설명
바리스터 전압 (V1mA)
최대 정격 전압
(Max. continous
Voltage)
바리스터에 1mA의 전류를 흘렸을 때 양단에 걸리는 전압
 바리스터 동작개시 전압 (SVR220D10B : 22V)
바리스터에 연속적으로 인가할 수 있는 최대 전압
(SVR220D10B : DC 18V, AC 14V)
클램핑 전압 (Vc)
1mA 이상의 서지 전류가 바리스터에 흐를 때 바리스터에 걸리는 전압
(바리스터에 의해 제한되는 전압, SVR220D10B : Max. 43V (5A))
누설전류
(Leakage current)
바리스터 동작개시 전압 미만에서 바리스터에 흐르는 전류로 최대정격
전압을 인가한 상태에서 측정한다.
(SVR220D10B 누설전류 관리 기준 : 100㎂ (18VDC 인가)
서지전류내량
(Peak current)
서지전류는 과전압에 의해 순간적으로 흐르는 전류이며 바리스터가 버
틸 수 있는 서지전류의 최고치를 서지전류내량이라 한다.
(SVR220D10B 서지전류내량 규격 : 500A (8/20㎲, 1회))
 바리스터의 전기적 특성
2. 바리스터의 V-I 특성
바리스터는 동작전압 이하에서는 저항이 매우 높아 절연체로 작용하기 때문에 전류가 거의 흐르
지 않고 동작전압 이상에서 저항이 급격히 낮아져 전류를 흐르게 하는 특성을 보인다. 이러한 특
성에 기인하여 V-I Curve는 비직선적인 형태로 나타나며 폭넓은 범위에서의 특성을 보여주기
위하여 통상적으로 Log-Log scale의 그래프를 사용하여 표현한다.
Voltage(V)
1,000
소전류 영역
(누설전류특성)
중전류 영역
(정상동작영역, 비직선성특성)
ρ = 1012 ~ 1013 Ωcm
누설전류 측정
I=KVα
제한전압 측정
100
10-7
ρ = 1 ~ 10 Ωcm
서지내량 측정(내구성)
K : 세라믹상수
α : 비직선형 상수
전압에 따라 전류 크게 변화
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
Current(A)
100
대전류 영역
(서지내량 특성)
101
102
103
104
 바리스터의 전기적 특성
3. 바리스터의 제한전압 특성
제한전압(Clamping Voltage)이란 1mA 이상의 서지 전류가 바리스터에 흐를 때 바리스터 양단
에 걸리는 전압을 말하며 이는 서지전압이 바리스터에 의해 제한됨을 의미한다. 최대 제한전압
(Max. Clamping voltage)은 V-I curve상에서 중전류영역(정상동작영역) 끝부분 직선의 기울기
가 변화하는 지점으로 바리스터가 정상동작할 수 있는 최대값을 의미한다.
Voltage(V)
1,000
Vc
V1
Vc / V1 = 1 에 근접할 수록 성능 우수
100
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
Current(A)
100
101
102
103
104
 바리스터의 전기적 특성
4. 바리스터의 Surge 수명 특성
바리스터는 Surge Energy에 반복해서 노출되게 되면 저항이 높은 결정립계 부분 중 취약한 부
분이 차츰 파괴되어 성능이 떨어지게 되는데 바리스터 전압(V1mA)이 초기치에 대하여 ± 10% 이
상 변화하였 경우 수명이 다한 것으로 본다. 수명이 다한 바리스터를 계속해서 사용하여 바리스
터 전압이 입력전압의 최고치까지 저하하면 누설전류 증가로 인한 발열이 발생하는데 이는 바리
스터 전압을 가속적으로 저하시켜 결국 바리스터의 단락이 발생하는 원인이 된다. 또한 바리스
터에 규정치 보다 높은 전압을 인가하게 되면 마찬가지로 누설전류가 증가하게 되고 바리스터의
단락이 발생할 수 있다.
Surge
결정립계 파괴
누설전류 증가
 바리스터의 전기적 특성
4. 바리스터의 Surge 수명 특성
Impulse life (1)
Impulse life (2)
X 104 times (8/20㎲)
X 105 times (8/20㎲)
SVR180D05B ~ 680D05B
8A
5A
SVR180D07B ~ 680D07B
25 A
15 A
SVR180D10B ~ 680D10B
50 A
35 A
SVR180D14B ~ 680D14B
90 A
50 A
SVR180D20B ~ 680D20B
130 A
65 A
SVR820D05A ~ 471D05A
40A
25A
SVR820D07A ~ 471D07A
100A
60A
SVR820D10A ~ 112D10A
150A
85A
SVR820D14A ~ 112D14A
200A
110A
SVR820D20A ~ 112D20A
250A
120A
Part No.
 바리스터의 선정 시 고려사항
1. 바리스터전압(V1mA) 및 회로전압
바리스터전압은 최대 회로전압에 의하여 결정된다.
직류전압 (DC)
교류전압 (AC)
VIN(DC) ≤ V1mA Min. * 0.9
VIN(AC) ≤ V1mA Min. / √ 2
Ex) SVR220D10B
Ex) SVR220D10B
V1mA : 20 ~ 24 V (22 ± 10%)
V1mA : 20 ~ 24 V (22 ± 10%)
VIN(DC) ≤ 18VDC (=20*0.9)
VIN(AC) ≤ 14VAC (=20 / 1.414)
적정입력전압 : 12 ~ 14 VDC
(최대입력전압의 70 ~ 80%)
적정입력전압 : 10 ~ 11 VAC
(최대입력전압의 70 ~ 80%)
 바리스터의 선정 시 고려사항
2. 제한전압
바리스터의 최대제한전압은 보호하고자 하는 부품이나 회로의 내압보다 낮게
설정되어야 한다.
제한전압 < 피보호부품(회로) 내압
제한전압⇩
Ex)SVR220D10B
바리스터 사이즈⇧
Voltage
(V)
D05
D07
최대제한전압 : 43V(5A, 8/20㎲)
피보호부품(회로)의 내압 > 43V
D10
D14
D20
43
D10B  D20B : 43V(5A)  43V(20A)
1 2.5
5
10
20 Current(A)
 바리스터의 선정 시 고려사항
3. 고장모드
적용 인자
Failure Mechanism
Failure Mode
정격 이상의 과도한
SURGE 유입
소성체 내부 결정립계의
파괴
정격 이상의 반복적인
SURGE 유입
정격 온도 이상에서의
소성체 내부 결정립계의
열화
회로 SHORT
지속적인 사용
도장재 부식
신나 및 아세톤 분위기
에서의 지속적인 사용
진동이 심한곳에서의
KINK부 의 단선
바리스터 동작 불능
지속적인 사용
정상전압 이상에서의
지속적인 사용
Soldering부 Melting에
의한 단선
 바리스터의 선정 시 고려사항
3. 고장모드
바리스터의 고장모드는 간혹 단선에 의한 바리스터 동작불능 형태로 나타나기도 하지만 대부
분 SHORT 형태로 나타나기 때문에 이에 대한 대책이 필요하다. SHORT 형태의 고장에 대비
하기 위하여 Fuse를 아래의 기준에 준하여 바리스터와 직렬로 연결하여 사용한다.
바리스터 사이즈
D05
D07
D10
D14
D20
적용 Fuse (A)
1~2
2~3
3~5
3 ~ 10
5 ~ 15
 바리스터의 선정 시 고려사항
4. 바리스터의 병렬연결
바리스터의 서지전류 내량을 증가시키기 위해서는 바리스터의 사이즈(면적)를 증가 시키면 되
지만 구조물의 공간 문제등으로 사이즈를 증가시키기 힘들 경우에는 바리스터를 병렬로 연결
하여 사용한다. 병렬회로 구성 시 서지전류 내량은 동일면적의 단품 바리스터의 70% 수준으
로 효율이 떨어지는데 이는 서지전류가 분할되는 과정에서 저항이 낮은 바리스터 쪽으로 전류
가 집중되는 현상 때문이다. 이와 같은 현상때문에 병렬회로 구성 시에는 바리스터 전압이 비
슷한 제품으로 구성하는 것이 유리하다.
병렬회로에서의 서지전류내량
Ip = 0.7 * Is * n (Is : 단품서지내량, n : 병렬 연결수)
Ex) SVR220D10B 2EA 병렬 연결  0.7 * 500A/EA * 2EA = 700A
0.7
(전체면적 동일)