MOV(금속 산화물 바리스터) 완벽 이해: 필수 가이드

MOV란 무엇인가? 모든 프로젝트에 상당한 전압 공급이 필요한 것은 아닙니다. 때로는 회로에 특정 양의 전압만 공급하거나 회로를 손상으로부터 보호해야 할 수도 있습니다.

따라서 회로를 높은 전류 레벨로부터 보호하고 전압을 조절하며 장치 고장을 방지할 무언가가 필요하다면 여기가 바로 그곳입니다.

이와 관련하여 회로에 필요한 정확한 전압을 얻는 것은 거의 불가능합니다. 다행히 해결책이 있습니다.

필요한 것은 금속 산화물 바리스터뿐입니다.

또한 일반 다이오드와 유사하므로 금속 산화물 바리스터의 설계를 이해하기 쉽습니다.

이 글에서는 PCB에 적합한 MOV를 선택하고 제작하는 데 필요한 모든 것을 제공하겠습니다.

준비되셨나요? 그럼 시작해 보겠습니다.

표준 MOV

MOV란 무엇인가

전자 세계의 다양한 응용 분야는 높은 전류나 전압으로부터 보호가 필요합니다. 예를 들어 회로에 3.3V 공급이 필요한데 5.5V가 공급되면 초과 전력이 전기 부품을 손상시킬 수 있습니다.

이때 MOV가 역할을 합니다.

MOV라고 하지만 MOV 비디오와 파일 형식의 MOV 파일 확장을 의미하는 것이 아닙니다. 우리는 금속 산화물 바리스터에 대해 이야기하고 있습니다.

금속 산화물 바리스터는 회로 보호에 사용되는 일반적인 바리스터 유형입니다. 산화아연과 다른 금속 산화물(코발트, 망간 등) 성분의 혼합물을 특징으로 합니다. 또한 이 성분들은 두 전극(금속 판) 사이에 위치합니다.

또한 MOV는 짧은 전압 버스트로부터 다양한 중장비를 보호하는 데 필수적인 구성 요소입니다.

MOV가 장착된 회로 기판

출처: Explainthatstuff.com

즉, MOV는 서로 병렬로 연결된 다이오드의 모음입니다. 이 다이오드 모음은 다이오드 경계 접합을 생성합니다. 또한 병렬 모드 설계로 에너지를 더 잘 처리할 수 있습니다. 그러나 더 나은 전압 정격을 제공하려면 다이오드를 직렬로 연결하면 됩니다.

MOV: 다이오드 모음

출처: Flickr

MOV는 가변 저항의 한 유형으로도 간주됩니다. 회로 양단에 가하는 전압의 양에 따라 저항을 변화시킵니다.

높은 전류가 통과할 때 MOV는 저항 값을 감소시킵니다. 또한 단락 회로 역할을 합니다. 따라서 전압 스파이크로부터 회로를 보호하기 위해 퓨즈와 병렬로 MOV를 찾아볼 수 있습니다.

바리스터 S14K385

출처: 위키미디어 커먼즈

MOV 작동 원리

앞서 말했듯 MOV는 인가 전압에 따라 저항이 변하는 가변 저항 유형입니다. 포텐셔미터와 달리 MOV의 저항은 양단 전압이 증가하면 감소하고, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

이 서지 보호기는 어떻게 작동할까요?

정상 동작 시 MOV의 저항은 높으므로 최소 전류만 흐릅니다.

하지만 네트워크에서 서지가 발생하면 MOV가 클램핑 전압의 임계값을 넘어 상승하여 더 많은 전류를 끌어옵니다.

이러한 이유로 MOV는 서지를 소멸시키고 다른 전자 부품을 손상으로부터 보호합니다.

하지만 함정이 있습니다.

MOV는 단락 서지나 전압 스파이크로부터만 회로를 보호할 수 있습니다. 지속적인 서지는 MOV와 회로 모두를 손상시킬 수 있습니다. 또한 반복적인 고전압 스파이크에 MOV를 노출시키면 특성이 저하됩니다.

어떻게? 서지가 발생할 때마다 MOV의 클램핑 전압이 낮아지기 때문입니다. 시간이 지나면 파괴될 수 있습니다.

다행히 이 문제에 대한 쉬운 해결책이 있습니다.

대부분의 MOV가 퓨즈(열 스위치)와 직렬로 연결된 것을 볼 수 있습니다. 퓨즈는 MOV가 회로에서 높은 전류 레벨을 끌어올 때 활성화됩니다. 과도 전압이 구성 요소를 통과하면 MOV는 다음 서지에 대비합니다.

MOV 성능

이 바리스터는 주로 라인 전압 서지 억제기 역할을 합니다. 양단 전압이 클램핑 전압보다 낮으면 전기를 전도하지 않습니다. 그러나 MOV가 처리할 수 있는 것보다 높은 서지 스파이크 정격을 받으면 성능을 발휘하지 못합니다. 그 결과 MOV가 손상됩니다.

손상된 MOV

또한 바리스터의 성능은 시간이 지남에 따라 저하됩니다. 모든 MOV의 수명은 제조사의 차트에서 찾아볼 수 있습니다. 제조사의 그래프는 시간, 전류, 구성 요소를 통과하는 과도 펄스 수에 대한 자세한 판독값과 다이어그램을 제공합니다.

전압 서지 억제기

에너지 정격은 MOV 성능에 영향을 미치는 또 다른 요소입니다. 에너지 정격이 증가하면 바리스터의 수명에 영향을 미칩니다. 따라서 MOV가 처리할 수 있는 과도 펄스 수도 변합니다.

성능을 향상시키기 위해 더 많은 바리스터를 병렬로 연결할 수도 있습니다. 정격을 높이는 것도 MOV 성능 향상에 도움이 됩니다.

MOV 성능의 또 다른 장점은 응답 시간입니다. MOV는 나노초 내에 스파이크를 단락시킬 수 있습니다. 그러나 부품 리드의 인덕턴스와 마운팅 설계 방식 같은 특정 기능은 응답 시간에 영향을 줄 수 있습니다.

MOV 사양

MOV 구매 또는 제작 시 주의해야 할 사항은 다음과 같습니다:

최대 동작 전압

MOV가 처리할 수 있는 최대 정상 상태 DC 전압입니다. 일반적으로 누설 전류 값이 지정된 값보다 작아야 합니다.

바리스터 전압

전압용 MOV를 선택할 때 최대 연속 RMS 전압은 예상 공급 전압보다 약간 높아야 합니다. 예를 들어 230V 공급에 260V RMS.

최대 클램핑 전압

특정 펄스 전류를 구성 요소에 적용하여 얻을 수 있습니다. 최대 피크 전압을 달성하는 데 도움이 됩니다. 또한 MOV가 서지 전류를 소멸시키고 전도하도록 허용하는 전압입니다.

서지 전류

서지 전류는 장치가 손상 없이 처리할 수 있는 최대 피크 전류입니다. 보통 주어진 기간 동안 발생합니다. MOV는 서지 전류를 우회시키면서 정상 전류가 회로에 전원을 공급하도록 해야 합니다.

서지 시프트

서지 시프트는 서지 전류가 MOV를 통과한 후 전압 변화입니다. 서지가 발생하면 정격 클램핑 전압이 감소하고 파동 후 전압 변동이 발생합니다.

에너지 흡수

에너지 흡수는 많은 문제 없이 특정 파형이 소멸시킬 수 있는 최대 에너지입니다.

모든 장치를 구동하기 위해 미리 결정된 값으로 제어된 회로를 사용하여 이 값을 결정할 수 있습니다.

또한 표준 과도 x/y로 에너지를 표현할 수 있습니다. 여기서 y는 피크 값의 절반에 도달하는 데 필요한 지속 시간이고, x는 급상승 시간입니다.

정전 용량

MOV가 두 금속 판 사이에 유전체가 있는 구조이므로 nF 범위의 커패시터 역할을 합니다. 따라서 크기가 클수록 정전 용량이 커집니다. 하지만 서지 이벤트가 발생하기 전까지는 AC 또는 DC 전원 공급에 영향을 주지 않습니다.

누설 전류

장비의 AC 또는 DC 회로에서 접지로 흐르는 전류가 누설 전류입니다. 또한 클램핑 전압 아래에서 동작할 때 바리스터가 끌어오는 전류량을 의미하기도 합니다.

응답 시간

응답 시간은 서지 이벤트 후 MOV가 전도를 시작하는 시간을 말합니다. MOV의 표준 응답 시간은 500피코초입니다. 그러나 대부분의 과도 전압은 더 느린 상승 시간을 가지므로 응답 속도를 비교할 필요는 없습니다. 마찬가지로 회로가 리드 타입 MOV의 응답 시간에 직접 영향을 미칩니다.

최대 AC 전압

최대 AC 전압은 바리스터에 지속적으로 전송할 수 있는 최대 RMS 전압입니다. 최대 RMS 값을 선택할 때 실제 RMS 전압보다 약간 높아야 합니다.

MOV 회로

MOV는 주로 퓨즈와 병렬로 연결되어 있습니다. 전자 회로에서 MOV가 어떻게 작동하는지 보여주는 회로도는 다음과 같습니다.

MOV 회로도

회로 전압이 정격 한도 내에 있을 때 MOV는 높은 저항을 가집니다. 그러나 전압 스파이크가 발생하면 MOV를 가로지르며 MOV 저항을 낮은 값으로 감소시킵니다. 따라서 전류는 MOV가 아닌 회로를 통해 흐릅니다. 따라서 단락 회로가 됩니다.

이러한 이유로 큰 전압 스파이크는 MOV를 통과합니다. 따라서 퓨즈가 끊어지고 회로가 메인 전압에서 분리됩니다.

하지만 과도 전압의 경우 높은 전압은 항상 정상으로 돌아옵니다. 또한 높은 전류 지속 시간이 퓨즈를 손상시킬 만큼 충분하지 않습니다. 따라서 전압이 정상화되면 회로가 정상 동작을 재개합니다.

회로에서 손상된 MOV를 발견하면 다수의 높은 추가 전압 스파이크의 결과일 수 있습니다.

MOV 제작 방법

금속 산화물 바리스터는 금속 산화물의 세라믹 분말과 비스무트 및 망간 산화물 같은 다른 금속 산화물로 만들 수 있습니다. 가장 중요한 것은 MOV가 산화아연(90%)과 소량의 다른 금속 산화물로 구성된다는 것입니다. 금속 산화물의 세라믹 분말을 두 전극(금속 판) 사이에 온전하게 유지해야 합니다.

또한 금속 산화물 입자가 각 다이오드 사이에 다이오드 접합을 생성합니다. 따라서 MOV는 직렬로 연결된 여러 다이오드입니다. 금속 판에 작은 전압을 가하면 모든 연결에서 역방향 누설 전류가 발생할 수 있습니다.

서지 보호기

MOV 심볼

바리스터 심볼은 서미스터 문자와 꽤 유사합니다. 대각선이 지나간 직사각형이라는 기본 저항 심볼을 가집니다. 또한 바리스터 심볼 몸체와 평행한 작은 추가 구간이 특징입니다. 이는 바리스터의 비선형적 특성을 보여줍니다. 심볼은 다음과 같습니다:

MOV 심볼

보호를 위한 올바른 MOV 선택

이제 금속 산화물 바리스터가 무엇인지, 어떻게 과도 전압으로부터 회로를 보호하는지 알았습니다. 올바른 금속 산화물 바리스터를 선택하는 데 도움이 될 몇 가지 팁을 살펴보겠습니다.

1. 금속 산화물 바리스터를 선택할 때 가장 먼저 해야 할 일은 연속 동작 전압을 결정하는 것입니다. 이는 바리스터 양단에 제공할 전압입니다. 따라서 인가 전압보다 약간 높은 최대 DC 또는 AC 전압을 가진 바리스터를 선택해야 합니다.

일반적으로 사람들은 실제 라인 전압보다 10-15% 높은 최대 정격 전압을 가진 바리스터를 선택합니다.

따라서 낮은 누설 전류를 원한다면 더 높은 동작 전압의 바리스터를 사용할 수 있습니다.

2. 서지 스파이크 발생 시 바리스터가 흡수할 수 있는 에너지 양을 파악하세요. 간단한 실험으로 결정할 수 있습니다. 서지 시 바리스터의 최대 부하를 데이터시트 사양과 함께 사용하세요.

실험이 완료되면 서지 시 필요한 에너지 소산과 같거나 약간 더 많은 에너지를 소산하는 금속 산화물 바리스터를 선택하세요.

3. 바리스터를 통과하는 서지 전류를 계산하세요. 어떤 이벤트에서든 필요한 전류 정격과 동일하거나 약간 높은 서지 전류를 가진 바리스터를 선택해야 합니다.

4. 마찬가지로 필요한 전력 소산도 찾아야 합니다. 따라서 어떤 이벤트에서든 회로에 필요한 전력 처리를 초과하거나 같은 전력 정격을 가진 바리스터를 선택하세요.

5. 어떤 전력, 서지 전류, 에너지 정격을 선택해야 할지 확신이 없으면 항상 더 높은 전력, 에너지 정격, 서지 전류를 가진 장치를 선택하세요.

6. 마지막으로 입력 또는 출력의 허용 최대 전압 값을 기반으로 선택할 수 있는 올바른 클램핑 전압을 제공하는 올바른 모델을 선택하세요. 회로가 허용 전압을 처리할 수 있는지 확인하세요.

MOV 응용 분야

금속 산화물 바리스터는 다양한 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 전압 스파이크 위험이 있는 회로에 MOV를 사용할 수 있습니다. 서지 보호기와 스트립이 MOV의 더 일반적인 응용 분야입니다.

서지 보호기 회로

또한 메인에 연결된 전원 공급 장치, 다양한 통신 회선, 데이터 시스템, 디지털 카메라, 컴퓨터, 전력 시스템, 개인 디지털 비서, MP3 플레이어에서 MOV를 찾아볼 수 있습니다.

덜 일반적인 응용 분야로는 검파, 변조, 주파수 변환을 위한 마이크로파 믹서가 있습니다.

정리

보호를 위한 올바른 금속 산화물 바리스터 선택은 로켓 과학이 아닙니다. MOV가 어떻게 작동하는지, 어떻게 값을 선택하는지만 이해하면 됩니다.

민감한 전자 회로에서 바리스터의 역할은 전압이 설정값을 초과하지 않도록 방지하는 것입니다. 이로써 바리스터는 전류 흐름을 차단하고 추가 전압으로 인한 손상을 방지하는 단락 회로가 됩니다.

MOV에 대해 질문이나 우려 사항이 있으신가요? 언제든 연락 주시기 바랍니다. 기꺼이 도와드리겠습니다.