Varistor
Englisch: varistor
Ein elektronisches Bauteil mit variablem Widerstand, das zur Schutzung von Schaltungen gegen Spannungsspitzen verwendet wird.
Varistor: ein Widerstand, der sich mit der Spannung ändert
Ein Varistor ist ein Halbleiterbauteil, dessen Widerstand stark abfällt, wenn die anliegende Spannung einen Schwellenwert überschreitet. Der Name kombiniert "variabel" und "Widerstand". Im Gegensatz zu einem festen Widerstand zeigt ein Varistor ein stark nichtlineares Verhalten: Bei Nominalspannung leitet er fast nichts, doch sobald eine Überspannung anliegt, zieht er stark an und leitet den Strom weg von nachgelagerten empfindlichen Bauteilen. Das macht ihn zur Standardlösung für den Überspannungsschutz in Industriesteuerschränken, Stromversorgungen und Motorantriebsschaltungen.
Der häufigste Typ ist der Metalloxid-Varistor (MOV), üblicherweise aus Zinkoxidkörnern gefertigt, die mit keramischem Material gebunden, zu einer Scheibe gepresst und auf beiden Seiten metallisiert sind. MOVs werden nach ihrer Clamping-Spannung (die Spannung, bei der sie kräftig leiten) und ihrer Energieaufnahmefähigkeit in Joule bewertet. Typische industrielle MOVs haben Durchmesser von 14 mm bis 32 mm und Clamping-Spannungen von 20 V bis 1000 V oder mehr. Eine 230-V-Drehstromversorgung könnte beispielsweise MOVs mit einer Clamping-Spannung von 275 V oder 320 V am Stromnetz verwenden.
Wie sie in der Praxis funktionieren
Varistoren werden parallel zu der Schaltung geschaltet, die sie schützen. Im normalen Betrieb ziehen sie kaum Strom. Bei einem Spannungsstoß bricht der Widerstand des MOV innerhalb von Nanosekunden auf wenige Ohm ab und erzeugt einen Pfad mit niedriger Impedanz, der die Energie zur Erde oder zum Neutralleiter ableitet. Das geschieht, bevor die Stoßspannung nachgelagerte ICs, Schütze oder Magnetspulen erreichen kann. Nach dem Spannungsstoß kehrt der Varistor zu hohem Widerstand zurück. Der Nachteil besteht darin, dass jeder Stoß das Material leicht beschädigt; wiederholte große Stöße führen schließlich dazu, dass der Varistor durchschlägt oder unterbricht und ausgetauscht werden muss.
Ausfallarten sind wichtig: Ein MOV, das durchschlägt, zieht ständig Strom und wird gefährlich heiß; einer, der unterbricht, lässt die Schaltung ungeschützt. Konstrukteure kombinieren einen Varistor oft mit einer thermischen Sicherung oder einer Schmelzsicherung, um katastrophale Ausfälle zu verhindern. In kritischen Anwendungen bieten redundante Varistoren oder Hybridschutzkonzepte (Kombination von Varistoren mit Transientenunterdrückungsdioden) bessere Zuverlässigkeit. Die Wahl der Clamping-Spannung ist entscheidend: Zu niedrig und der Varistor begrenzt die Betriebsspannung zu stark, was zu Wärmeverlusten führt; zu hoch und er begrenzt den Stoß nicht ausreichend.
Varistoren degradieren in feuchter Umgebung und können elektromagnetische Störungen durch ihr schnelles Schaltverhalten verursachen. Industrieanlagen verwenden oft Überspannungsableiter statt oder zusätzlich zu MOVs in Stromhauptleitungen, während Varistoren den Schutz an der Verwendungsstelle für einzelne Schaltungen übernehmen. Der Austausch ist Routinewartung: Ein defekter MOV kostet einige Euro, verhindert aber Schäden in Höhe von Tausenden an einer SPS oder einem Servoantrieb.