Varistor (바리스터, 서지 보호기)/ Variable Resistor with variance of Voltage

<바리스터 실물과 기호>

Variable과 Resistor의 약자로 높은 전압이 걸리면 저항이 현저희 낮아지는 소자를 말한다.
제너다이오드와 유사하나 바리스터는 좀더 높은 전압에서 동작하며 쌍방향으로 동작한다.
* 정격 전압 (회로 전압)에서는 절연체, 500MΩ 이상 절연 저항 유지되나 순간 과전압 발생시 수 mΩ 이하의 도체로 저항 값이 급격하게 감소
정격전압 선정은 DC의 경우 1.3배, AC의 경우 1.7배 이상을 선정한다.

Varistor에도 여러 종류가 있지만 산화아연으로 만든 MOV(Metal Oxide Varistor)가 전 기, 전자회로에서 4V 이하의 소용량 부터 대용량에 이르기 까지 다양한 전압, 전류 범위에서 과전압억제회로에 많이 쓰이고 있다.
breakdown voltage 까지는 high impedance를 유지하나 threshold를 넘으면 급격히 impedance가 저하되어 Surge 전류가 ground 등 주어진 경로로 흐르게 된다. 따라서 병렬로 접속되어 있는 부하는 Surge로 부터 안전하게 보호된다.
반응속도가 1㎱(nano-second) 이하의 고속이며, 비교적 큰 Surge energy를 handling 하며, 전원용 대용량 서지방지기는 module 형태로 조합되어 Surge 내량을 증가 시킨다.
MOV를 선정할 때는 다음 사항을 필히 고려하여야 한다. 첫째는 정격과 에너지내량이고, 둘째는 clamping 전압이 얼마인가를 알아야만 효과적으로 보호할 수 있다.

용어 정리

1) 동작 전압 [Working Voltage, VW]

a. 최대 연속적인 DC 전압을 의미하며, 바리스터의 파괴 없이 항상 사용이 가능한 전압이며, 정격 전압이라고도 함

b. 소자 양단의 누설전류를 측정하는 기준 전압

2) 바리스터 전압 [Breakdown Voltage, VB)

a. 1mAdc를 인가할 때의 소자 양단에 걸리는 전압으로 정의

b. 외부 전압에 대해 소자가 절연체 → 도체로 작동하기 위한 시작점

3) 정전 용량 [Capacitance, Cp]

a. 주파수 1MHz 또는 1kHz, 0.5~1Vrms에서 측정되는 정전용량

b. Capacitor 규격을 인용하여 조건을 설정하였으나, 현재는 제조 업체마다 상이

c. 본 특성에 의한 주파수 filter 역할이 일어날 수 있으며, 고 주파수 영역에서의 데이터 라인 적용이 이에 대한 충분한 고려를 하여야 함

d. 바리스터 주 조성인 “ZnO, 산화아연 - 유전체”에 기인되어 나타나는 현상

4) 제한 전압 [Clamping Voltage, VC]

a. 특정 파형 [8μs/20μs ]의 전류를 인가하는 경우, 소자에 의해 제한되는 전압

b. 써지 전류에 대해 소자의 저항이 얼마나 빠르게 변화되어 전압이 낮아지는가를 의미

c. 회로의 내전압 보다 소자의 제한 전압은 낮아야 함

d. 제한 전압은 낮을 수록 좋으며, 이 때문에 항상 최대 값으로 사양이 표시됨

5) 최대 써지 전류 [Surge Peak Current, IP]

a. 특정 파형 [8μs/20μs]의 순간 과전류 또는 써지 전류에 대해 소자가 파괴되지 않고 정상적인 작동을 할 수 있을 정도의 허용 전류 값, 소자가 견딜 수 있는 최대 써지 전류를 의미

b. 소자는 규정된 최대 허용 써지 전류 값을 초과할 때 전기적으로 파괴되며, 더 이상 보호 기능의 역할을 하지 못함

6) 최대 에너지 내량 [Transient Energy, ET]

a. 특정 파형 [10μs/1000μs]의 순간 과전류 또는 써지 전류에 대해 소자가 파괴되지 않고, 정상적인 작동을 할 수 있을 정도의 최대 허용 에너지 내량

b. 전류 파형의 면적에 해당하는 에너지를 의미하며, 이를 초과하는 값에 대해 바리스터는 전기적으로 파괴되어, 더 이상 보호 기능의 역할을 하지 못함

7) 정전기 방전 [Electro-static Discharge, ESD]

a. ESD는 순간적으로 발생하는 과전압을 의미

* 최대 Peak 발생 시간 : 0.7 ~ 1.0ns [써지 전류 파형과 비교시 약 1000배 빠름]

* 소멸 시간 : 최대 60ns

b. ESD로부터 능동소자를 보호하기 위해서는, ESD의 최대 Peak 발생 시간 전에 이를 흡수하여 접지 부위로 배출하여야 함

c. 바리스터 소자에 있어, ESD의 흡수 능력은 소자의 원료 조성에서 큰 차이를 나타냄

* ZnO-Bi2O3 계 적용 바리스터 : ESD에 대한 반복 흡수 능력 저하 → 누설전류 급증 [제품의 열화 발생]

* ZnO-Pr6O11계 적용 바리스터 : ESD에 대한 반복 흡수 능력 우수, 10,000회 이상

역할 및 응용분야

* 역할 : 정전기 방전, ESD 등의 순간 과전압 또는 써지 전류로부터 IC 등의 능동 소자를 보호하고 궁극적으로 전자 기기의 파손을 방지

* 주요 응용분야

- IC and Transistor Protection

- Telecommunication Transient Protection

- LCD Module Protection Circuit

- USB, IEEE 1394 data line protection

- Protection Circuit Module [Li ion and Li Polymer 2nd Battery], etc.

작동원리

1) 능동 소자와의 연결

* 바리스터는 보호하고자 하는 능동 소자의 입력단 또는 출력단에 병렬로 연결되며, 한쪽 단자는 반드시 접지 부위와 연결되어야 함

사용 예