Jakich metod często używają inżynierowie PCBA do ochrony obwodów?

Urządzenia zabezpieczającesłużą do ochrony obwodów i sprzętu przed awariami zasilania lub innymi uszkodzeniami. Oto kilka popularnych typów urządzeń zabezpieczających i ich opisy:

1. Dioda

Dioda jest urządzeniem elektronicznym służącym do kontrolowania kierunku przepływu prądu. W obwodach często stosuje się diody, aby zapobiec przepływowi prądu wstecznego lub chronić inne urządzenia przed przepięciem.

Dioda regulatora napięcia, znana również jako regulator napięcia lub dioda Zenera, to specjalnie zaprojektowana dioda służąca do zapewnienia stabilnego napięcia wyjściowego.

Cechą diody regulatora napięcia jest jej napięcie przebicia wstecznego (napięcie Zenera). Kiedy napięcie wsteczne przekracza określone napięcie przebicia, dioda regulatora napięcia przechodzi w stan przebicia odwrotnego i przewodzi prąd. W porównaniu do zwykłych diod, diody regulatora napięcia są starannie zaprojektowane, aby utrzymać stabilne napięcie w obszarze przebicia zwrotnego.

Zasada działania diody regulatora napięcia opiera się na efekcie przebicia napięcia. Gdy napięcie jest niższe od napięcia przebicia wstecznego, dioda utrzymuje stabilne napięcie na swoich dwóch końcach, umożliwiając przepływ prądu wstecznego. Dzięki tej charakterystyce dioda regulatora napięcia może zapewnić w obwodzie stabilne napięcie odniesienia lub ustabilizować napięcie wejściowe na określonej wartości.

Diody Zenera są powszechnie stosowane w następujących zastosowaniach:

1. Regulacja napięcia: Diody Zenera można stosować jako regulatory napięcia w obwodach w celu stabilizacji napięcia wejściowego przy określonym napięciu wyjściowym. Jest to bardzo ważne w przypadku urządzeń i obwodów elektronicznych wymagających stabilnego napięcia.

2. Napięcie odniesienia: Diody Zenera mogą być stosowane jako źródła napięcia odniesienia w obwodach. Wybierając odpowiednią diodę Zenera, można zapewnić stałe napięcie odniesienia do kalibracji i porównania innych sygnałów.

3. Regulacja napięcia: Diody Zenera można również wykorzystać do regulacji napięcia w obwodach. Kontrolując przepływ prądu diody Zenera, można regulować wartość napięcia w obwodzie, aby uzyskać pożądaną funkcję regulacji napięcia.

Dobór diod Zenera zależy od wymaganego stabilnego napięcia i prądu roboczego. Mają różne napięcia przebicia i charakterystykę mocy, dlatego przy wyborze diod Zenera należy je oceniać w oparciu o konkretne zastosowania i wymagania.

Diody Zenera to specjalnie zaprojektowane diody, które mogą zapewnić stabilne napięcie wyjściowe. Są szeroko stosowane w obwodach elektronicznych do takich funkcji, jak regulacja napięcia, napięcie odniesienia i regulacja napięcia.

2. Warystor tlenku metalu (MOV)

MOV jest urządzeniem służącym do ochrony przed przepięciami. Składa się z cząstek tlenku metalu równomiernie rozmieszczonych w matrycy ceramicznej, które mogą przewodzić, gdy napięcie przekroczy wartość znamionową, pochłaniając w ten sposób energię przepięcia i chroniąc inne urządzenia w obwodzie.

Cechą MOV jest jego nieliniowa charakterystyka rezystancji. W normalnym zakresie napięcia roboczego MOV wykazuje stan wysokiej rezystancji i prawie nie ma wpływu na obwód. Jednakże, gdy napięcie nagle wzrośnie, przekraczając napięcie znamionowe, MOV szybko przechodzi w stan o niskiej rezystancji, aby pochłonąć energię przepięcia i skierować ją do uziemienia lub innych ścieżek o niskiej impedancji.

Zasada działania MOV opiera się na efekcie warystora. Kiedy napięcie przekracza napięcie znamionowe, natężenie pola elektrycznego pomiędzy cząsteczkami tlenku staje się większe, w związku z czym rezystancja między cząstkami maleje. Dzięki temu MOV może zapewnić bardzo wysoką wydajność prądową i skutecznie chronić inne obwody i sprzęt przed uszkodzeniami spowodowanymi przepięciami.

Warystory z tlenku metalu są powszechnie stosowane w następujących zastosowaniach:

1. Ochrona przeciwprzepięciowa: MOV jest używany głównie do ochrony przed przepięciami, aby zapobiec przekroczeniu wartości znamionowej, jaką urządzenie lub obwód może wytrzymać. Gdy wystąpi przepięcie, MOV szybko reaguje i włącza się, kierując przepięcie do masy lub innych ścieżek o niskiej impedancji, aby chronić inne wrażliwe komponenty.

2. Ochrona przeciwprzepięciowa: MOV są powszechnie stosowane w liniach energetycznych i komunikacyjnych w celu ochrony sprzętu przed skokami napięcia (mutacjami napięcia). Są w stanie absorbować i tłumić przejściowe szczyty napięcia, zapobiegając potencjalnemu uszkodzeniu sprzętu.

3. Ochrona przeciwprzepięciowa: MOV są również szeroko stosowane w ochronnikach przeciwprzepięciowych, aby zapobiec uszkodzeniom sprzętu elektronicznego i obwodów spowodowanym uderzeniami pioruna, skokami napięcia i innymi zakłóceniami elektromagnetycznymi. Są w stanie absorbować i rozpraszać energię udarową, chroniąc sprzęt przed przejściowymi przepięciami.

Wybór odpowiedniego MOV zależy od wymaganego napięcia znamionowego, maksymalnej obciążalności prądowej i czasu reakcji. Napięcie znamionowe MOV powinno być nieco wyższe niż maksymalne napięcie robocze chronionego obwodu, a maksymalna obciążalność prądowa powinna spełniać wymagania systemu. Czas reakcji powinien być na tyle szybki, aby zapewnić szybką reakcję na przepięcie.

Warystory z tlenku metalu to elementy stosowane w ochronie przeciwprzepięciowej, które pochłaniają energię przepięciową i chronią inne obwody i sprzęt przed uszkodzeniem. Odgrywają ważną rolę w obszarach takich jak ochrona przed przepięciami, ochrona przed przepięciami i ochrona przed przepięciami.

3. Tłumik napięcia przejściowego (TVS)

Tłumik napięcia przejściowego (TVS) to urządzenie elektroniczne służące do tłumienia przejściowych przepięć. Może szybko reagować i pochłaniać energię przepięcia, a także może zapewnić skuteczną ochronę w przypadku nagłej zmiany napięcia lub wystąpienia napięcia przejściowego, zapobiegając przekroczeniu ustawionego progu napięcia.

Zasada działania urządzeń TVS opiera się na efekcie napięcia przebicia. Kiedy w obwodzie wystąpi przejściowe przepięcie, urządzenie TVS szybko przejdzie w stan o niskiej impedancji, kierując energię przepięcia do uziemienia lub innych ścieżek o niskiej impedancji. Pochłaniając i rozpraszając energię przepięcia, urządzenie TVS może ograniczyć szybkość wzrostu napięcia i chronić inne wrażliwe elementy.

Urządzenia TVS składają się zwykle z lamp wyładowczych (gazowa rura wyładowcza, GDT) lub diod z węglika krzemu (dioda z węglika krzemu, dioda SiC). Gazowe lampy wyładowcze tworzą ścieżkę wyładowczą opartą na gazie, gdy napięcie jest zbyt wysokie, natomiast diody z węglika krzemu wykorzystują specjalne właściwości materiałów z węglika krzemu, aby utworzyć ścieżkę przewodzącą pod napięciem przebicia.

Tłumiki napięcia przejściowego są powszechnie stosowane w następujących zastosowaniach:

1. Ochrona przeciwprzepięciowa: Urządzenia TVS są używane głównie do ochrony przed przepięciami, aby zapobiec przepięciom spowodowanym uderzeniami pioruna, skokami napięcia, poszukiwaniami mocy i innymi zakłóceniami elektromagnetycznymi. Mogą absorbować i tłumić przejściowe szczyty napięcia, aby chronić obwody i sprzęt przed uszkodzeniem.

2. Ochrona linii komunikacyjnych: Urządzenia TVS są szeroko stosowane w liniach komunikacyjnych w celu ochrony sprzętu przed przeszukiwaniem zasilania i zakłóceniami elektromagnetycznymi. Mogą szybko reagować i absorbować przejściowe przepięcia, aby chronić stabilną pracę sprzętu komunikacyjnego.

3. Ochrona linii energetycznej: Urządzenia TVS są również używane do ochrony linii energetycznej, aby zapobiec uszkodzeniu sprzętu zasilającego przez poszukiwania zasilania i inne zdarzenia przepięciowe. Mogą pochłaniać i rozpraszać energię przepięć, aby chronić normalne działanie sprzętu zasilającego.

Wybór odpowiedniego urządzenia TVS zależy od wymaganego napięcia znamionowego, maksymalnej obciążalności prądowej i czasu reakcji. Napięcie znamionowe urządzenia TVS powinno być nieco wyższe od maksymalnego napięcia roboczego obwodu, który ma być chroniony, a maksymalna obciążalność prądowa powinna odpowiadać wymaganiom systemu. Czas reakcji powinien być wystarczająco szybki, aby zapewnić terminowe stłumienie przejściowych przepięć.

Tłumiki napięcia przejściowego odgrywają ważną rolę w dziedzinie ochrony przed przepięciami, ochrony linii komunikacyjnych i ochrony linii energetycznych.

4. Bezpiecznik

Bezpiecznik jest powszechnym elementem elektronicznym używanym do ochrony obwodów i urządzeń przed uszkodzeniami spowodowanymi przetężeniem. Jest to pasywne urządzenie zabezpieczające, które zapobiega przepływowi nadmiernego prądu poprzez rozłączenie obwodu.

Bezpiecznik jest zwykle wykonany z cienkiego drutu lub drutu o niskim prądzie wyłączania. Kiedy prąd w obwodzie przekracza prąd znamionowy bezpiecznika, żarnik wewnątrz bezpiecznika nagrzewa się i topi, odcinając przepływ prądu.

Główne cechy i zasady działania bezpieczników są następujące:

1. Prąd znamionowy: Prąd znamionowy bezpiecznika odnosi się do maksymalnej wartości prądu, jaki może bezpiecznie wytrzymać. Gdy prąd przekroczy prąd znamionowy, bezpiecznik stopi się, aby zapobiec przepływowi prądu.

2. Czas przepalenia: Czas przepalenia bezpiecznika odnosi się do czasu od momentu przekroczenia prądu znamionowego do momentu przepalenia. Czas przedmuchu zależy od konstrukcji i właściwości bezpiecznika, zwykle od kilku milisekund do kilku sekund.

3. Zdolność wyłączania: Zdolność wyłączania odnosi się do maksymalnego prądu lub energii, którą bezpiecznik może bezpiecznie przerwać. Zdolność wyłączania bezpiecznika musi odpowiadać obciążeniu obwodu i prądowi zwarciowemu, aby zapewnić skuteczne odcięcie prądu w przypadku uszkodzenia.

4. Typ: Istnieje wiele typów bezpieczników, w tym bezpieczniki szybkodziałające, zwłoczne, wysokonapięciowe itp. Różne typy bezpieczników nadają się do różnych scenariuszy zastosowań i wymagań.

Główną funkcją bezpiecznika jest zapewnienie ochrony przed przeciążeniem w obwodzie. Kiedy prąd w obwodzie wzrośnie nienormalnie, co może spowodować awarię obwodu lub uszkodzenie sprzętu, bezpiecznik szybko się przepali i odetnie przepływ prądu, chroniąc w ten sposób obwód i sprzęt przed uszkodzeniem.

Wybierając odpowiedni bezpiecznik, należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak prąd znamionowy obwodu, prąd zwarciowy, napięcie znamionowe i warunki środowiskowe. Prawidłowy dobór bezpiecznika może zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność obwodu oraz zapewnić skuteczną ochronę przed przeciążeniem.

5. Termistor o ujemnym współczynniku temperaturowym (termistor NTC)

Termistor o ujemnym współczynniku temperaturowym to element elektroniczny, którego wartość rezystancji maleje wraz ze wzrostem temperatury.

Termistory NTC są zwykle wykonane z tlenków metali lub materiałów półprzewodnikowych. W siatkowej strukturze materiału domieszkowane są pewne zanieczyszczenia, które zakłócają ruch elektronów w siatce. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta energia elektronów w materiale wrażliwym na temperaturę, a oddziaływanie między elektronami a zanieczyszczeniami słabnie, co powoduje wzrost prędkości migracji i przewodności elektronów oraz spadek wartości rezystancji.

Charakterystyka i zastosowania termistorów NTC obejmują:

1. Czujnik temperatury: Ponieważ wartość rezystancji termistorów NTC jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury, są one szeroko stosowane jako czujniki temperatury. Mierząc wartość rezystancji, można określić zmianę temperatury otoczenia.

2. Kompensacja temperatury: Termistory NTC mogą być stosowane w obwodach kompensacji temperatury. Ze względu na to, że jego rezystancja zmienia się wraz z temperaturą, można go łączyć szeregowo lub równolegle z innymi elementami (takimi jak termistory i rezystory), aby uzyskać stabilną pracę obwodu w różnych temperaturach.

3. Kontrola temperatury: Termistory NTC mogą odgrywać ważną rolę w obwodach kontroli temperatury. Monitorując zmianę wartości rezystancji, można kontrolować pracę elementu grzejnego lub elementu chłodzącego w celu utrzymania stabilnego stanu w określonym zakresie temperatur.

4. Ochrona zasilania: Do ochrony zasilania można również zastosować termistory NTC. W obwodach zasilających mogą być stosowane jako zabezpieczenia nadprądowe. Gdy prąd przekroczy określony próg, na skutek spadku wartości rezystancji, mogą ograniczyć przepływ prądu i chronić zasilacz oraz inne obwody przed uszkodzeniami spowodowanymi nadmiernym prądem.

Podsumowując, termistory NTC są elementami wrażliwymi termicznie o ujemnym współczynniku temperaturowym, których wartość rezystancji maleje wraz ze wzrostem temperatury. Są szeroko stosowane w wykrywaniu temperatury, kompensacji temperatury, kontroli temperatury i ochronie zasilania.

6. Polimerowy dodatni współczynnik temperaturowy (PPTC)

Bezpieczniki elektroniczne PPTC są również zabezpieczeniem nadprądowym. Mają niską rezystancję, jednak gdy prąd przekroczy wartość znamionową, następuje efekt termiczny, powodujący wzrost rezystancji, ograniczając przepływ prądu. Są one zwykle używane jako bezpieczniki resetowalne lub urządzenia zabezpieczające przed przetężeniem. Elementy PPTC wykonane są ze specjalnych materiałów polimerowych i charakteryzują się wytrzymałością charakteryzującą się dodatnim współczynnikiem temperaturowym.

Rezystancja elementów PPTC jest zwykle niska w temperaturze pokojowej, co umożliwia przepływ prądu w elemencie bez znacznego spadku napięcia. Jednakże, gdy wystąpi stan przetężenia, element PPTC nagrzewa się z powodu przepływającego przez niego zwiększonego prądu. Wraz ze wzrostem temperatury znacznie wzrasta odporność materiału polimerowego.

Kluczową cechą elementu PPTC jest jego zdolność do ograniczania przepływu prądu w warunkach zwarcia. Gdy prąd przekracza próg znamionowy, element PPTC nagrzewa się, a jego rezystancja gwałtownie wzrasta. Ten stan o wysokiej rezystancji działa jak resetowalny bezpiecznik, skutecznie ograniczając prąd, aby chronić obwód i podłączone komponenty.

Gdy stan błędu zostanie usunięty, a prąd spadnie poniżej pewnego progu, element PPTC ochładza się, a jego rezystancja powraca do niższej wartości. Ta funkcja resetowania sprawia, że ​​komponenty PPTC różnią się od tradycyjnych bezpieczników i nie wymagają wymiany po zadziałaniu.

Komponenty PPTC są stosowane w różnych obwodach elektronicznych i systemach wymagających zabezpieczenia nadprądowego. Są powszechnie stosowane w zasilaczach, zestawach akumulatorów, silnikach, sprzęcie komunikacyjnym i elektronice samochodowej. Komponenty PPTC mają zalety, takie jak mały rozmiar, możliwość resetowania i szybka reakcja na zdarzenia przetężenia.

Wybierając komponent PPTC, należy wziąć pod uwagę ważne parametry, w tym napięcie znamionowe, prąd i prąd trzymania. Napięcie znamionowe powinno być wyższe niż napięcie robocze obwodu, a prąd znamionowy powinien odpowiadać maksymalnemu oczekiwanemu prądowi. Prąd trzymania określa poziom prądu, przy którym element wyłącza się i zwiększa rezystancję.

Elementy PPTC zapewniają niezawodne, resetowalne zabezpieczenie nadprądowe obwodów elektronicznych, pomagając poprawić bezpieczeństwo i niezawodność.