Ratgeber
Varistoren kommen häufig im Elektronikbereich zum Einsatz, um empfindliche Schaltungen vor Überspannung zu schützen. Sie absorbieren gefährlich hohe Spannungsimpulse, unterdrücken Schaltfunken an elektrischen Kontakten, dienen als Spannungsbegrenzer und können auch zur Spannungsstabilisierung und Signalverformung eingesetzt werden. In unserem Ratgeber erfahren Sie mehr über .
Varistoren sind passive elektrische Bauelemente, deren Widerstand abhängig von der anliegenden Spannung ist. Sie werden auch als VDR (Voltage Dependent Resistor) und MOV (Metal Oxide Varistor) bezeichnet.
Ein Varistor besteht hauptsächlich aus Zinkoxiden mit Beimischungen anderer Metalloxide. In die gewünschte Form gepresst und gesintert, wird auf diesen Rohling im Anschluss auf beiden Stirnseiten eine Metallschicht aufgetragen und gegebenenfalls werden die Anschlussdrähte angelötet. Bei Scheiben-Varistoren schützt ein Lack- oder Epoxidharzüberzug das Gehäuse vor Umwelteinflüssen.
Die spannungsabhängigen Widerstände besitzen eine ausgeprägt nichtlineare Charakteristik. Sie gehen ab einer definierten Schwellenspannung also rasch vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand über. Dieser physikalische Vorgang erfolgt extrem schnell im Nanosekundenbereich, so dass ein Varistor als spannungsabhängiger Widerstand hervorragend geeignet ist, Überspannungsspitzen mit sehr kurzer Anstiegszeit (Transienten) wirksam abzufangen und zu begrenzen.
Die spannungsabhängige Änderung des Widerstandswertes kommt dadurch zustande, dass die vorhandenen Sperrschichten in den Halbleiterzonen des Varistors durch eine angelegte Spannung und deren elektrisches Feld zunehmend abgebaut werden. Im Bereich der jeweiligen Schwellenspannung nimmt dieser Vorgang exponentiell zu, der Widerstand sinkt rapide und ein weiterer Spannungsanstieg wird damit verhindert.
Varistoren gibt es sowohl für die konventionelle Durchsteckmontage (THT) als auch in SMD-Bauformen. SMD-Typen haben eine rechteckige Bauform ähnlich Chipkondensatoren, Varistoren zur konventionellen Bestückung haben eine Scheiben-Bauform mit radialer Bedrahtung.
Hergestellt werden Ausführungen für verschiedene Betriebsspannungen, die vom einstelligen Voltbereich bis über 1000 Volt reichen. Die Dicke der Varistorscheibe orientiert sich in gewissem Maße an der Varistorspannung, da bei höheren Spannungen ein Mehr an Sperrschichtzonen benötigt wird. Für den Einsatz im Automobil-Bereich sind spezielle Kfz-Varistoren verfügbar, die auf das 12-Volt-Bordnetz zugeschnitten sind. Je nach erforderlicher Belastbarkeit in Bezug auf das Ableit- beziehungsweise Energieabsorptionsvermögen, variiert zudem die Baugröße.
Die Auswahl erfolgt nach vorheriger Bestimmung der Betriebsparameter elektronischer Schaltungen. Die maximal tolerierbare Überspannung bestimmt den Typ des einzusetzenden Varistors. Übliche Spannungstoleranzen der Stromversorgung nach oben hin sind zu berücksichtigen, der Varistor darf hier noch nicht ansprechen. Ein ansonsten permanent fließender Strom führt zu schädlicher Erwärmung.
Sämtliche erforderlichen Sicherheitsstandards sind zu berücksichtigen, auch der Varistor muss gegebenenfalls die jeweiligen Normen erfüllen. Um eine langfristig zuverlässige Schaltungsfunktion und Schutzwirkung gegen Überspannungsereignisse zu gewährleisten, sollte er nicht zu sparsam in Bezug auf seinen maximalen Spitzenstrom und das Energieableitvermögen dimensioniert werden. Varistoren sind relativ preiswerte Massenprodukte, im Zweifelsfall empfiehlt es sich daher, eine belastbarere Version auszuwählen.
Wählen Sie nie eine geringere maximal zulässige Betriebsspannung als die im Datenblatt angegebene. Varistoren altern recht schnell, wenn sie bereits teilweise im leitfähigen Bereich betrieben werden. Ihre Funktion als effektiver Überspannungsschutz erfüllen sie dann nach relativ kurzer Zeit nicht mehr oder nur noch unzureichend. Ähnliches gilt für die Auslegung des Nennableitstroms. Hier sollte besser eine Reserve eingeplant werden, als dass eine zu knappe Dimensionierung erfolgt.
Wie wird ein Varistor angeschlossen?
Varistoren werden parallel zur Spannungsquelle beziehungsweise zum Verbraucher angeschlossen. Bei besonders empfindlichen elektronischen Baugruppen sollte der Varistor möglichst nahe am zu schützenden Schaltkreis sitzen, um die Leitungswiderstände gering zu halten und damit die Schutzfunktion zu optimieren. Bei speziellen Anwendungen, wie der bewussten Verformung von Spannungs- und Stromkurven, können zusätzlich Vorwiderstände zum Einsatz kommen.
Haben Varistoren eine Polarität?
Varistoren sind grundsätzlich ungepolte Bauteile, daher ist keine Polaritätskennzeichnung am Gehäuse vorhanden. Neben dem Betrieb an Gleichspannung sind sie deshalb auch für den Wechselspannungsbetrieb geeignet.
Wie berechne ich, welche Varistorspannung ich benötige?
Grundsätzlich sollte bei Gleichspannungen die Varistorspannung etwa 20% höher als die Versorgungspannung liegen. Bei einer Gerätebetriebsspannung von 12 V DC wären das 14,4 V. Da jedoch kein Varistor mit dieser Spannung hergestellt wird, ist der nächst höhere Spannungswert zu wählen; in diesem Fall 18 Volt. Die Varistorspannungen beim Betrieb an Wechselspannungen weichen hiervon ab, da bei sinusförmigen Spannungen der Spitzenwert der Spannung stets höher ist als der Effektivwert. In den jeweiligen Datenblättern finden Sie hierzu genaue Informationen.
Kann ich einen Varistor auf Funktion prüfen beziehungsweise messen?
Mit einem Multimeter lässt sich kaum festgestellen, ob der Varistor noch in Ordnung ist. Varistoren für relativ niedrige Betriebsspannungen kann man mit einem regelbaren Labornetzgerät auf die Einhaltung der Varistorspannung prüfen, indem man die Strombegrenzung auf wenige mA einstellt und die Spannung langsam hochregelt. Lediglich im Bereich der Varistorspannung sollte dann eine plötzliche Widerstandsverringerung erfolgen, der Strom also ansteigen, andernfalls ist der Varistor defekt.
Passen Sie die elektrischen Werte des Varistors an die vorliegende Nennbetriebsspannung und an die Intensität sowie Anzahl der zu erwartenden Überspannungsereignisse an. Es gilt zu bedenken, dass Varistoren ein limitiertes Energieabsorptionsvermögen haben und nur einen bestimmten Strom ertragen. Hier ist gegebenenfalls einzukalkulieren, dass mehrere Überspannungsimpulse hintereinander erfolgen können – beispielsweise bei mehrfachen Schalthandlungen –, ohne dass der Varistor dazwischen ausreichend abkühlen kann.
Als Ersatz für einen defekten Varistor sollte ein möglichst baugleicher Typ dienen. Varistoren gibt es in gestaffelten Typenreihen, so dass dies in der Praxis problemlos möglich ist.