[전자회로] 바리스터란? 바리스터의 특성, 바리스터와 TVS 차이점

오늘은 저항 소자 중에 하나인 '바리스터(Varistor)'에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 

 

앞서 배웠던 전기 소자, 선형 소자인 '저항(Resistor)'과는 다르게 비선형 특성을 가진 특수 저항 중 하나입니다. 비선형 특성을 가진 반도체 소자로 분류가 되므로 전자회로에서 다루도록 하겠습니다.

 

그럼 바리스터 바로 가시죠!

 

※저항 완벽 정리

[전기회로] 저항이란? 옴의 법칙, 저항 계산법

 

※커패시터 완벽 정리

[전기회로] 커패시터란? 커패시턴스란? 커패시터 공식, 커패시터 계산법

 

※인덕터 완벽 정리

[전기회로] 인덕터란? 인덕턴스란? 인덕터 공식, 인덕터 계산법

 

※다이오드 완벽 정리

[전자회로] 다이오드란? 다이오드의 구조, 다이오드의 동작원리

 

 

1. '바리스터(Varistor)'란?

 

 

바리스터(Varistor)

 

바리스터란, 인가전압에 따라 저항값이 민감하게 변화하는 비선형 저항소자이다.

인가전압이 낮은 경우에는 저항값이 높지만, 어느 정도 이상으로 인가전압이 높아지면 급격히 저항값이 낮아지는 성질을 가진다. 

- 출처 naver 지식 백과

 

위의 설명처럼, '바리스터(Varistor)'란, 높은 전압이 인가되면 저항값이 급격히 낮아져서 전류를 순간적으로 빼주는 소자입니다.

 

*Varistor: Voltage, variable, Resistor를 합친 합성어
 

2. 바리스터의 특성

 

 

바리스터 V-I 특성 곡선

 

바리스터의 전압-전류 특성 곡선은 위와 같습니다. 마치 다이오드의 전압-전류 특성 곡선을 보는 것 같죠?

정상적인 조건(적절한 전압 인가)에서는 저항값이 높아 절연상태(OFF 상태)를 유지하다가 높은 과전압이 인가될 경우에만 저항값이 작아집니다. 즉, 회로단에 높은 과전압이 인가되면 ON 되어 전류를 빼주고 뒷 회로단을 보호하는 역할을 합니다. 이 특성은 앞 서 설명드렸었던 TVS 다이오드 특성과 동일합니다.

 

 

3. 바리스터와 TVS의 차이점

 

방금 전에 말씀드린 것처럼 바리스터 특성은 TVS 다이오드와 굉장히 유사하다는 것을 알 수 있습니다. 

 

TVS 다이오드에 관련한 내용은 아래 링크 참고해 주세요 :)

[전자회로] 다이오드의 특성과 다이오드의 종류와 역할

 

바리스터와 TVS 둘 다 과전압 보호 기능의 역할로 사용합니다. 주로 ESD, Surge 노이즈 대책 부품으로 사용됩니다. 하지만 두 소자는 약간의 차이점이 있습니다.

 

1) ESD 측면

ESD의 파형은 보통 1~3ns의 파형을 가지고 있습니다.

바리스터의 경우 보통 0.5ns 이하의 반응속도를 가지고 있으며, TVS의 경우 ps 단위의 반응속도를 가지고 있습니다. 따라서 ESD의 경우에는 바리스터, TVS 둘 다 사용이 가능합니다. 

TVS는 낮은 Clamping Voltage를 가지고 있어 상대적으로 반응 속도가 더 빠르며 전압을 컨트롤하기 쉽습니다. 하지만 반도체 구조적인 차이점으로 인해 바리스터가 TVS에 비해 내구성 측면에서 더 우수한 특성을 가지고 있습니다. TVS 다이오드는 PN 접합 구조로 되어 있는 반면, 바리스터는 수백만 개의 작은 PN접합이 직, 병렬로 연결되어 있는 구조입니다. 따라서 TVS가 ESD를 100회 견딜 때, 바리스터는 10,000회 까지도 버틸 수 있습니다. 바리스터는 TVS에 비해 높은 커패시턴스를 가지고 있어 고속 데이터를 사용하는 곳에 연결하면 데이터 신호가 bypass 되어버립니다. 그래서 고속 데이터를 사용하는 곳에는 바리스터 대신 TVS를 를 사용해야 합니다.

 

결론은 바리스터, TVS 둘 다 ESD 노이즈 대책 부품으로 사용 가능하지만 ESD 노이즈에 노출이 많이 되어있는 회로단에는 내구성 측면에서 바리스터를 우선적으로 사용하고, 고속 데이터를 주고받는 통신단이나 높은 응답속도가 필요한 경우에는 TVS를 사용합니다. 

 

2) Surge 측면

Surge 측면에서는 바리스터가 TVS 보다 높은 Surge 용량을 가지고 있어, 주로 전원 1 차단에 바리스터를 GND에 연결하여 사용합니다. 하지만 바리스터는 Clamping Voltage가 TVS에 비해 높아 뒷 단의 IC에 대미지를 줄 수 있기 때문에 퓨즈 역할을 하는 Surge 저항을 연결하여 신호단을 분리한 뒤에 TVS를 연결하여 낮은 Clamping Voltage로 IC를 보호합니다. 즉 Surge 보호 회로는 주로 바리스터와 TVS를 병행하여 사용합니다.

 

 

바리스터와 TVS의 차이점을 간단하게 정리하겠습니다.

1) 응답속도에 경우 일반적으로 TVS가 바리스터보다 빠르다.

2) Clamping Voltage가 TVS가 바리스터보다 낮다.

3) 바리스터는 커패시턴스 성분이 있어, 고속 데이터를 사용하는 통신단에는 TVS 다이오드가 적합하다.

4) 반도체 구조 특성상, 바리스터가 TVS보다 ESD 내구성이 좋다.

5) Surge 보호 회로는 바리스터와 TVS를 병행하여 사용한다.

 

 

오늘은 과전압 보호 소자로 많이 사용하고 있는 바리스터에 대해 설명하고 TVS 다이오드와 어떤 차이점이 있는지 알아봤습니다. 차이점을 잘 이해하고 요구 사항에 맞게 설계하시길 바랍니다.

 
오늘도 좋은 하루 보내시고 항상 건강하세요. :)