Sử dụng tụ chống sét cho PCB

Những xung áp cao và những xung gai sẽ tấn công đường dây điện và sẽ phá hủy nguồn cung cấp điện của các thiết bị. Khi đó, một tụ chống sét được lắp vào mạch sẽ có thể ngăn những xung áp cao và những xung gai này, tránh việc chúng phá hỏng thiết bị. Tụ chống sét còn được gọi là điện trở phụ thuộc điện áp hoặc Voltage Dependent Resistor (VDR).

Chức năng của Varistor

Trong điều kiện bình thường, điện trở của tụ chống sét là rất cao. Khi điện áp kết nối được đẩy lên cao hơn so với thông số kỹ thuật của tụ, điện trở trong mạch ngay lập tức được đẩy xuống thấp. Chức năng này cũng được sử dụng để bảo vệ các linh kiện điện tử khỏi sự tăng cao của điện áp. Các tụ chống sét chỉ đơn giản là thêm điện năng vào nguồn. Khi xung điện áp và xung gai xuất hiện, các tụ chống sét sẽ làm ngắt mạch và bảo vệ các thiết bị.

Biểu đồ điện trở của Varistor theo điện áp, Source: https://www.ourpcb.com/
Tại thời điểm điện áp xuống thấp cũng là lúc dòng điện xuống thấp (tại đó điện trở là rất cao). Khi điện áp đạt đến điện áp của tụ chống sét, dòng điện được đẩy lên cao rất nhanh (điện trở là rất thấp), mạch được ngắt.

Thông số kỹ thuật

Varistor là một loại điện trở nhưng thông số kỹ thuật của nó không phải là điện trở Ohm và công suất W. Đối với Varistor thì thông số kỹ thuật quan trọng nhất là điện áp kẹp.

Varistors (ZNR Surge Absorber), Source: Panasonic

Một biến thể khác của Varistor, ngoại hình rất giống tụ điện SMD:

Source: Panasonic

Điện áp kẹp

Là lượng điện áp tối đa trong một thiết bị bảo vệ, nó cho phép ngăn chặn sự gia tăng điện năng trong mạch.

Khi thiết bị đạt đến điện áp kẹp của mình, nó ngăn chặn sự gia tăng cường độ dòng điện đi qua các thiết bị vào một hệ thống máy tính hoặc thiết bị điện tử khác.

Đây cũng là điện áp đoản mạch của tụ chống sét. Điện áp kẹp càng thấp càng bảo vệ tốt hơn.

Nhưng mặt khác, điện áp của nguồn không được thấp, vì nó sẽ phá hủy Varistor.

Đối với nguồn điện là 230 V, một tụ chống sét với điện áp kẹp là 275 V là một sự lựa chọn tốt.

Hấp thụ năng lượng và tản năng lượng

• Chỉ số này được đo bằng đại lượng Jun, và nó cho thấy mức năng lượng mà Varistor có thể hấp thụ.
• Số Jun càng cao thì mạch càng được bảo vệ tốt hơn.
• Một Varistor có thông số hấp thụ/tản năng lượng khoảng 200-400 Jun là một tụ có mức bảo vệ vừa phải.
• Từ 600 Jun trở lên được coi là một tụ tốt.

Để gia tăng khả năng hấp thụ năng lượng, ta có thể lắp hai hoặc ba tụ chống sét song song với nhau.

Thời gian phản ứng

• Varistor ngắt mạch nhanh chóng nhưng không ngay lập tức.
• Luôn luôn có một độ trễ (dù rất nhỏ) khi chúng phản ứng lại với sự xung điện áp.
• Càng kéo dài thời gian thì sự xung điện áp càng gây hại nhanh chóng tới các thiết bị kết nối.
• Tốt nhất là phản ứng trong khoảng 1 ns hoặc nhanh hơn.

Cách lắp tụ chống sét vào mạch

• Tụ chống sét được lắp ở vị trí đầu vào của nguồn điện.
  Các tụ chống sét được lắp đặt bằng các đường dây nóng và dây nguội nhưng phải được đặt phía sau cầu chì.
• Nếu các tụ chống sét gây ra đoản mạch thì cầu chì cũng sẽ ngắt mạch theo, đồng thời ngắt kết nối với các thiết bị.
• Những cầu chì có cường độ dòng điện cao nên được thay thế bằng cầu chì khác phù hợp với thiết bị.
• Một mạch được gọi là bảo vệ tốt thì ít nhất phải lắp ba tụ chống sét. Chúng được lắp lần lượt với ba loại dây dẫn: dây nóng L, dây nguội N và dây nối đất.

Các vị trí thường thấy của Varistor, source: https://www.electronics-tutorials.ws/

Kiểm tra tụ chống sét

• Dùng đồng hồ đo điện tử (electronic multimeter), thang đo điện trở
• Chạm một đầu đo vào một chân của tụ chống sét.
• Chạm đầu còn lại vào chân còn lại của tụ. Đọc chỉ số điện trở trên đồng hồ.
• Nếu điện trở gần như vô hạn, các tụ vẫn còn tốt.
• Nếu điện trở rất thấp, các tụ đã bị hỏng.

Tham khảo:
https://machdienlythu.vn/
https://www.ourpcb.com/metal-oxide-varistors.html
https://www.electronics-tutorials.ws/
https://industrial.panasonic.com/