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Varistoren als Überspannungsschutz

Kompakte Abmessungen, hohe Schutzwirkung

2. März 2016, 10:13 Uhr | Von Carlos Augusto Schlabitz Filho

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Neue Keramik schafft kompaktere Bauformen

Um die Kompaktheit und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit von Vielschichtvaristoren zu verbessern, hat TDK ein neues Keramikmaterial für die neue High-Surge-Baureihe entwickelt. Die besseren Eigenschaften des neuen Materials beruhen auf einer höheren Dotierung des ZnO-Varistors mit einem speziellen Metalloxid, woraus eine feinere Kornstruktur resultiert. Dadurch wiederum ergeben sich deutlich mehr aktive Korngrenzen pro Volumeneinheit, in deren Folge die Stromdichte um mehr als Faktor 3 im gleichen aktiven Volumen des Bauelements gesteigert werden konnte. Gleichzeitig stieg die relative Permittivität um ein Vielfaches, wodurch sich – ebenfalls im selben Volumen – eine deutlich höhere elektrische Feldstärke EV realisieren lässt (Bild 2).

Durch die verbesserten elektrischen Eigenschaften kann bei einer bestimmten Spannungsklasse des Varistors die Zahl der inneren Elektroden erhöht werden. Auf diese Weise steigt die Stoßstrombelastbarkeit des Bauelements bei gleicher Baugröße deutlich an bzw. lassen sich die geforderten elektrischen Eigenschaften in erheblich kleineren Baugrößen realisieren. Während Standard-Varistoren mit einer Stoßstrombelastbarkeit von 1200 A (8/20 µs) in der Bauform EIA 2220 gefertigt werden, ist es TDK also mit der neuen Keramik nun gelungen, dieselben Eigenschaften in der Bauform EIA 1210 zu realisieren.

Kleinere Klemmspannung und höhere Leistung

Durch die höhere zulässige Feldstärke des neuen Keramikmaterials sowie die gestiegene Zahl der inneren Elektroden konnte zudem auch die Klemmspannung der Bauelemente herabgesetzt werden. Die besagte Klemmspannung tritt bei einem ESD-Ereignis zusammen mit einem bestimmten Stoßstrom am Bauelement auf. Je höher die am Varistor auftretende Klemmspannung bei gleichem Strom, desto größer ist auch die elektrische Leistung und damit letztendlich die Energie, die der Varistor aufnehmen muss. Das heißt im Umkehrschluss: Bei kleineren Klemmspannungen wird eine höhere Strombelastbarkeit erreicht, um dieselbe Energieaufnahme zu erzielen.

So ist zum Beispiel der bestehende Vielschichtvaristoren-Typ CN2220K50E2GK2 bei einer Klemmspannung von 135 V mit 10 A spezifiziert. Dagegen erreicht der neue High-Surge-Low-Clamp-Typ CT2220S50E3G mit dem verbesserten Keramikmaterial bei derselben Klemmspannung eine Stoßstrombelastbarkeit von 400 A (Bild 3). Dieser neue Varistor bietet damit einen deutlich besseren Schutzgrad.