VARISTOR 기술자료

㈜ 하 이 엘

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

목 차

바리스터의 개요

1. 바리스터 (VARISTOR) 의 정의

바리스터란 Variable Resistor 의 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 .

2. 바리스터의 구성

주 성 분주 성 분

산화아연 산화아연 (ZnO)(ZnO)

결정립계 형성결정립계 형성(Bi)(Bi)

결정립결정립 제어제어(Sb)(Sb)

전기전도도전기전도도

향상향상(Co)(Co)

기타기타

특성개선특성개선(Al (Al 등등 ))

바리스터의 개요

3. 바리스터의 미세구조 및 전기전도 매커니즘

바리스터의 미세구조에서 ZnO 결정립 (grain) 은 매우 높은 전기 전도도를 가지고 있는 반면 입계면을 형성하고 있는 다른 산화물은 매우 큰 저항을 갖는다 . 이와 같은 특성 때문에 전류는 입계면이 적은 방향으로 흐르게 되며 바리스터의 전기적 특성은 수많은 미세 결정립들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 나타나게 된다 . 또한 이것은 바리스터의 물리적인 치수를 조절하여 전기적 특성을 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 개요

1. 주요 용어 설명

바리스터의 전기적 특성

서지전류내량(Peak current)

서지전류는 과전압에 의해 순간적으로 흐르는 전류이며 바리스터가 버틸 수 있는 서지전류의 최고치를 서지전류내량이라 한다 .(SVR220D10B 서지전류내량 규격 : 500A (8/20 ㎲ , 1 회 ))

최대 정격 전압(Max. continous

Voltage)

바리스터에 연속적으로 인가할 수 있는 최대 전압(SVR220D10B : DC 18V, AC 14V)

바리스터 전압 (V1mA)바리스터에 1mA 의 전류를 흘렸을 때 양단에 걸리는 전압 바리스터 동작개시 전압 (SVR220D10B : 22V)

누설전류(Leakage current)

바리스터 동작개시 전압 미만에서 바리스터에 흐르는 전류로 최대정격전압을 인가한 상태에서 측정한다 .(SVR220D10B 누설전류 관리 기준 : 100 ㎂ (18VDC 인가 )

클램핑 전압 (Vc)1mA 이상의 서지 전류가 바리스터에 흐를 때 바리스터에 걸리는 전압( 바리스터에 의해 제한되는 전압 , SVR220D10B : Max. 43V (5A))

2. 바리스터의 V-I 특성

바리스터의 전기적 특성

10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

1,000

100

소전류 영역( 누설전류특성 )

중전류 영역( 정상동작영역 , 비직선성특성 )

대전류 영역( 서지내량 특성 )

Current(A)

Voltage(V)

바리스터는 동작전압 이하에서는 저항이 매우 높아 절연체로 작용하기 때문에 전류가 거의 흐르지 않고 동작전압 이상에서 저항이 급격히 낮아져 전류를 흐르게 하는 특성을 보인다 . 이러한 특성에 기인하여 V-I Curve 는 비직선적인 형태로 나타나며 폭넓은 범위에서의 특성을 보여주기 위하여 통상적으로 Log-Log scale 의 그래프를 사용하여 표현한다 .

ρ = 1012 ~ 1013 Ωcm 누설전류 측정

I=KVα

제한전압 측정

ρ = 1 ~ 10 Ωcm 서지내량 측정 ( 내구성 )K : 세라믹상수

α : 비직선형 상수 전압에 따라 전류 크게 변화

3. 바리스터의 제한전압 특성

바리스터의 전기적 특성

제한전압 (Clamping Voltage) 이란 1mA 이상의 서지 전류가 바리스터에 흐를 때 바리스터 양단에 걸리는 전압을 말하며 이는 서지전압이 바리스터에 의해 제한됨을 의미한다 .

최대 제한전압 (Max. Clamping voltage) 은 V-I curve 상에서 중전류영역 (정상동작영역 ) 끝부분 직선의 기울기가 변화하는 지점으로 바리스터가 정상동작할 수 있는 최대값을 의미한다 .

10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

1,000

100

Current(A)

Voltage(V)

Vc / V1 = 1 에 근접할 수록 성능 우수

Vc

V1

4. 바리스터의 Surge 수명 특성

바리스터의 전기적 특성

바리스터는 Surge Energy 에 반복해서 노출되게 되면 저항이 높은 결정립계 부분 중 취약한

부분이 차츰 파괴되어 성능이 떨어지게 되는데 바리스터 전압 (V1mA) 이 초기치에 대하여 ±

10% 이상 변화하였 경우 수명이 다한 것으로 본다 . 수명이 다한 바리스터를 계속해서 사용하여 바리스터 전압이 입력전압의 최고치까지 저하하면 누설전류 증가로 인한 발열이 발생하는데 이는 바리스터 전압을 가속적으로 저하시켜 결국 바리스터의 단락이 발생하는 원인이 된다 . 또한 바리스터에 규정치 보다 높은 전압을 인가하게 되면 마찬가지로 누설전류가 증가하게 되고 바리스터의 단락이 발생할 수 있다 .

Surge

결정립계 파괴누설전류 증가

4. 바리스터의 Surge 수명 특성

바리스터의 전기적 특성

Part No.Impulse life (1) Impulse life (2)

X 104 times (8/20 ㎲ ) X 105 times (8/20 ㎲ )

SVR180D05B ~ 680D05B

8 A 5 A

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

바리스터의 선정 시 고려사항

1. 바리스터전압 (V1mA) 및 회로전압

바리스터전압은 최대 회로전압에 의하여 결정된다 .

직류전압 (DC)

VIN(DC) ≤ V1mA Min. * 0.9

교류전압 (AC)

VIN(AC) ≤ V1mA Min. / √ 2

Ex) SVR220D10B

V1mA : 20 ~ 24 V (22 ± 10%)

VIN(DC) ≤ 18VDC (=20*0.9)

적정입력전압 : 12 ~ 14 VDC

( 최대입력전압의 70 ~ 80%)

Ex) SVR220D10B

V1mA : 20 ~ 24 V (22 ± 10%)

VIN(AC) ≤ 14VAC (=20 / 1.414)

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 ⇩ 바리스터 사이즈⇧

Ex)SVR220D10B

최대제한전압 : 43V(5A, 8/20 ㎲ )

피보호부품 ( 회로 ) 의 내압 > 43V

D10B D20B : 43V(5A) 43V(20A)

1 2.5 5 10 20

43

D05 D07D10 D14

D20

Voltage(V)

Current(A)

바리스터의 선정 시 고려사항

3. 고장모드

적용 인자 Failure ModeFailure Mechanism

정격 이상의 과도한

SURGE 유입

정격 이상의 반복적인

SURGE 유입

정상전압 이상에서의

지속적인 사용

정격 온도 이상에서의

지속적인 사용

신나 및 아세톤 분위기

에서의 지속적인 사용

소성체 내부 결정립계의

파괴

Soldering 부 Melting에

의한 단선

소성체 내부 결정립계의

열화

도장재 부식

KINK 부 의 단선

회로 SHORT

바리스터 동작 불능 진동이 심한곳에서의

지속적인 사용

바리스터의 선정 시 고려사항

3. 고장모드

바리스터의 고장모드는 간혹 단선에 의한 바리스터 동작불능 형태로 나타나기도 하지만

대부분 SHORT 형태로 나타나기 때문에 이에 대한 대책이 필요하다 . SHORT 형태의

고장에 대비하기 위하여 Fuse 를 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 되지만 구조물의 공간 문제등으로 사이즈를 증가시키기 힘들 경우에는 바리스터를 병렬로 연결하여 사용한다 . 병렬회로 구성 시 서지전류 내량은 동일면적의 단품 바리스터의 70%

수준으로 효율이 떨어지는데 이는 서지전류가 분할되는 과정에서 저항이 낮은 바리스터 쪽으로 전류가 집중되는 현상 때문이다 . 이와 같은 현상때문에 병렬회로 구성 시에는 바리스터 전압이 비슷한 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 )