Milyen módszereket használnak a PCBA mérnökei gyakran az áramkörök védelmére?

Védőeszközökáramkörök és berendezések áramkimaradások vagy egyéb károsodások elleni védelmére szolgálnak. Íme néhány gyakori védelmi eszköztípus és leírásuk:

1. Dióda

A dióda egy elektronikus eszköz, amely az áram áramlási irányának szabályozására szolgál. Az áramkörökben gyakran használják a diódákat, hogy megakadályozzák a fordított áram beáramlását, vagy hogy megvédjék más eszközöket a túlfeszültségtől.

A feszültségszabályozó dióda, más néven feszültségszabályozó vagy Zener-dióda, egy speciálisan tervezett dióda, amely stabil feszültségkimenetet biztosít.

A feszültségszabályozó dióda jellemzője a fordított áttörési feszültsége (Zener-feszültség). Amikor a fordított feszültség meghaladja a fajlagos áttörési feszültségét, a feszültségszabályozó dióda fordított leállási állapotba kerül és áramot vezet. A hagyományos diódákhoz képest a feszültségszabályozó diódákat gondosan úgy tervezték, hogy stabil feszültséget tartsanak fenn a fordított leállási tartományban.

A feszültségszabályozó dióda működési elve a feszültségletörési hatáson alapul. Ha a feszültség a fordított áttörési feszültség alatt van, a dióda stabil feszültséget tart fenn a két végén, lehetővé téve a fordított áram átfolyását. Ez a jellemző lehetővé teszi, hogy a feszültségszabályozó dióda stabil referenciafeszültséget biztosítson az áramkörben, vagy stabilizálja a bemeneti feszültséget egy meghatározott értéknél.

A Zener diódákat általában a következő alkalmazásokban használják:

1. Feszültségszabályozás: A Zener-diódák feszültségszabályozóként használhatók az áramkörökben a bemeneti feszültség egy adott kimeneti feszültségen való stabilizálására. Ez nagyon fontos az olyan elektronikus eszközök és áramkörök esetében, amelyek stabil feszültséget igényelnek.

2. Referencia feszültség: A Zener diódák referencia feszültségforrásként használhatók az áramkörökben. A megfelelő Zener-dióda kiválasztásával fix referenciafeszültség biztosítható más jelek kalibrálásához és összehasonlításához.

3. Feszültségszabályozás: A Zener diódák az áramkörök feszültségszabályozási funkcióira is használhatók. A Zener dióda áramának szabályozásával az áramkör feszültségértéke beállítható a kívánt feszültségszabályozási funkció eléréséhez.

A Zener diódák kiválasztása a szükséges stabil feszültségtől és üzemi áramtól függ. Különböző áttörési feszültségekkel és teljesítményjellemzőkkel rendelkeznek, ezért a Zener-diódák kiválasztásakor egyedi alkalmazások és követelmények alapján kell értékelni őket.

A Zener diódák speciálisan tervezett diódák, amelyek stabil feszültségkimenetet biztosítanak. Széles körben használják elektronikus áramkörökben olyan funkciókhoz, mint a feszültségszabályozás, a referenciafeszültség és a feszültségszabályozás.

2. Fém-oxid varisztor (MOV)

A MOV egy túlfeszültség elleni védelemre használt eszköz. Kerámia mátrixban egyenletesen eloszlatott fém-oxid részecskékből áll, amelyek vezetőképessé válhatnak, ha a feszültség meghaladja a névleges értékét, ezáltal elnyeli a túlfeszültség energiáját és védi az áramkörben lévő többi eszközt.

A MOV jellemzője a nemlineáris ellenállási jellemzői. A normál üzemi feszültségtartományon belül a MOV nagy ellenállású állapotot mutat, és szinte nincs hatással az áramkörre. Amikor azonban a feszültség hirtelen megnő, és meghaladja a névleges feszültséget, a MOV gyorsan alacsony ellenállású állapotba vált, hogy elnyelje a túlfeszültség energiáját, és a földre vagy más alacsony impedanciájú utakra irányítsa.

A MOV működési elve a varisztor effektuson alapul. Ha a feszültség meghaladja a névleges feszültségét, az oxidrészecskék közötti elektromos térerősség megnő, így a részecskék közötti ellenállás csökken. Ez lehetővé teszi a MOV számára, hogy nagyon nagy áramkapacitást biztosítson, és hatékonyan védje meg a többi áramkört és berendezést a túlfeszültség okozta károktól.

A fém-oxid varisztorokat általában a következő alkalmazásokban használják:

1. Túlfeszültség elleni védelem: A MOV főként túlfeszültség elleni védelemre szolgál, hogy a feszültség ne haladja meg az eszköz vagy áramkör által elviselhető névleges értéket. Ha túlfeszültség lép fel, a MOV gyorsan reagál és bekapcsol, és a túlfeszültséget a földre vagy más alacsony impedanciájú útvonalra irányítja, hogy megvédje az egyéb érzékeny alkatrészeket.

2. Túlfeszültség elleni védelem: A MOV-okat általában erősáramú vezetékekben és kommunikációs vonalakban használják a berendezések túlfeszültség elleni védelmére (feszültségmutációk). Képesek elnyelni és elnyomni a tranziens feszültségcsúcsokat, megakadályozva a berendezés esetleges károsodását.

3. Túlfeszültség-védelem: A MOV-okat széles körben használják túlfeszültség-védőkben is, hogy megakadályozzák az elektronikus berendezések és áramkörök villámcsapás, túlfeszültség és egyéb elektromágneses interferencia által okozott károsodását. Képesek elnyelni és eloszlatni a túlfeszültséget, megvédve a berendezéseket a tranziens túlfeszültségektől.

A megfelelő MOV kiválasztása a szükséges névleges feszültségtől, a maximális áramkapacitástól és a válaszidőtől függ. A MOV névleges feszültsége valamivel nagyobb legyen, mint a védendő áramkör maximális üzemi feszültsége, míg a maximális áramkapacitásnak meg kell felelnie a rendszer követelményeinek. A válaszidőnek elég gyorsnak kell lennie ahhoz, hogy a túlfeszültségre gyorsan reagáljon.

A fém-oxid varisztorok túlfeszültség elleni védelemre használt alkatrészek, amelyek elnyelik a túlfeszültség energiáját, és megvédik a többi áramkört és berendezést a sérülésektől. Fontos szerepet játszanak olyan területeken, mint a túlfeszültség-védelem, a túlfeszültség-védelem és a túlfeszültség-védelem.

3. Tranziens feszültségszűrő (TVS)

A tranziens feszültségcsillapító (TVS) egy elektronikus eszköz, amelyet a tranziens túlfeszültség elnyomására használnak. Gyorsan reagál és elnyeli a túlfeszültség energiáját, és hatékony védelmet nyújt hirtelen feszültségváltozás vagy tranziens feszültség esetén, megakadályozva, hogy a feszültség túllépje a beállított küszöbértéket.

A TVS készülékek működési elve az áttörési feszültség hatásán alapul. Ha tranziens túlfeszültség lép fel az áramkörben, a TVS eszköz gyorsan alacsony impedanciájú állapotba vált, és a túlfeszültség energiáját a földre vagy más alacsony impedanciájú utakra irányítja. A túlfeszültség energiájának elnyelésével és eloszlatásával a TVS eszköz korlátozhatja a feszültségnövekedést, és megvédheti az egyéb érzékeny alkatrészeket.

A TVS eszközök általában gázkisülési csövekből (Gas Discharge Tube, GDT) vagy szilícium-karbid diódákból (Silicon Carbide Diode, SiC Diode) állnak. A gázkisülési csövek túl magas feszültség esetén gázalapú kisülési utat képeznek, míg a szilícium-karbid diódák a szilícium-karbid anyagok speciális tulajdonságait használják fel arra, hogy az áttörési feszültség alatt vezető utat képezzenek.

A tranziens feszültségcsillapítókat általában a következő alkalmazásokban használják:

1. Túlfeszültség elleni védelem: A TVS eszközöket főként túlfeszültség elleni védelemre használják, hogy megakadályozzák a villámcsapás, a túlfeszültség, a teljesítménykeresés és más elektromágneses interferencia okozta túlfeszültséget. Elnyelhetik és elnyomhatják a tranziens feszültségcsúcsokat, hogy megvédjék az áramköröket és a berendezéseket a sérülésektől.

2. Kommunikációs vonal védelme: A TVS eszközöket széles körben használják a kommunikációs vonalakban, hogy megvédjék a berendezéseket az áramkereséstől és az elektromágneses zavaroktól. Gyorsan képesek reagálni és elnyelni a tranziens túlfeszültségeket, hogy megvédjék a kommunikációs berendezések stabil működését.

3. Tápvezeték védelem: A TVS eszközöket a tápvezetékek védelmére is használják, hogy megakadályozzák az áramkeresést és más túlfeszültségi eseményeket, hogy károsítsák a tápegységeket. Képesek elnyelni és elosztani a túlfeszültségi energiát, hogy megvédjék a tápegységek normál működését.

A megfelelő TVS-eszköz kiválasztása a szükséges névleges feszültségtől, a maximális áramkapacitástól és a válaszidőtől függ. A TVS készülék névleges feszültsége valamivel nagyobb legyen, mint a védendő áramkör maximális üzemi feszültsége, és a maximális áramkapacitásnak meg kell felelnie a rendszer követelményeinek. A válaszidőnek elég gyorsnak kell lennie ahhoz, hogy biztosítsa a tranziens túlfeszültségek időben történő elnyomását.

A tranziens feszültségcsökkentők fontos szerepet töltenek be a túlfeszültség-védelem, a kommunikációs vonalvédelem és a tápvezeték-védelem területén.

4. Biztosíték

A biztosíték egy elterjedt elektronikus alkatrész, amelyet az áramkörök és eszközök túláram okozta károk elleni védelmére használnak. Ez egy passzív védelmi eszköz, amely az áramkör leválasztásával megakadályozza a túlzott áram áramlását.

A biztosíték általában vékony vezetékből vagy alacsony törési áramú vezetékből készül. Ha az áramkörben az áram meghaladja a biztosíték névleges áramát, a biztosítékban lévő izzószál felmelegszik és megolvad, megszakítva az áram áramlását.

A biztosítékok főbb jellemzői és működési elvei a következők:

1. Névleges áram: A biztosíték névleges árama arra a maximális áramértékre vonatkozik, amelyet biztonságosan elvisel. Ha az áram meghaladja a névleges áramot, a biztosíték megolvad, és megakadályozza az áram áramlását.

2. Kiolvadási idő: A biztosíték kiolvadási ideje arra az időre vonatkozik, amely az áramerősség túllépésétől a névleges áramerősség kiolvadásáig tart. A kioldási idő a biztosíték kialakításától és jellemzőitől függ, általában néhány milliszekundum és néhány másodperc között van.

3. Megszakítási kapacitás: A megszakítási kapacitás arra a maximális áramerősségre vagy energiára vonatkozik, amelyet a biztosíték biztonságosan fel tud szakítani. A biztosíték megszakítóképességének meg kell egyeznie az áramkör terhelésével és rövidzárlati áramával, hogy az áramot hiba esetén hatékonyan le lehessen szakítani.

4. Típus: Sokféle biztosíték létezik, beleértve a gyors működésű, késleltetett, nagyfeszültségű stb. biztosítékokat. A különböző típusú biztosítékok különböző alkalmazási helyzetekhez és követelményekhez alkalmasak.

A biztosíték fő funkciója az áramkör túlterhelés elleni védelme. Ha az áramkörben az áram abnormálisan megnövekszik, ami az áramkör meghibásodását vagy a berendezés károsodását okozhatja, a biztosíték gyorsan kiolvad, és megszakítja az áramot, ezáltal megóvja az áramkört és a berendezést a sérülésektől.

A megfelelő biztosíték kiválasztásakor olyan tényezőket kell figyelembe venni, mint az áramkör névleges árama, rövidzárlati árama, névleges feszültsége és a környezeti feltételek. A biztosíték megfelelő kiválasztásával biztosítható az áramkör biztonsága és megbízhatósága, valamint hatékony túlterhelés elleni védelem.

5. Negatív hőmérsékleti együttható termisztor (NTC termisztor)

A negatív hőmérsékleti együtthatójú termisztor egy elektronikus alkatrész, amelynek ellenállásértéke a hőmérséklet emelkedésével csökken.

Az NTC termisztorok általában fém-oxidokból vagy félvezető anyagokból készülnek. Az anyag rácsszerkezetében bizonyos szennyeződések adalékolva vannak, amelyek megzavarják az elektronok mozgását a rácsban. A hőmérséklet emelkedésével a hőmérséklet-érzékeny anyagban az elektronok energiája nő, az elektronok és a szennyeződések közötti kölcsönhatás gyengül, aminek következtében az elektronok vándorlási sebessége és vezetőképessége nő, az ellenállás értéke pedig csökken.

Az NTC termisztorok jellemzői és alkalmazásai a következők:

1. Hőmérséklet-érzékelő: Mivel az NTC termisztorok ellenállásértéke fordítottan arányos a hőmérséklettel, széles körben használják hőmérséklet-érzékelőként. Az ellenállás érték mérésével meghatározható a környezeti hőmérséklet változása.

2. Hőmérséklet kompenzáció: NTC termisztorok használhatók hőmérséklet kompenzációs áramkörökben. Az ellenállásértéke a hőmérséklettel változó jellemzője miatt sorba vagy párhuzamosan kapcsolható más alkatrészekkel (pl. termisztorokkal és ellenállásokkal), hogy az áramkör stabil működését érje el különböző hőmérsékleteken.

3. Hőmérséklet szabályozás: Az NTC termisztorok fontos szerepet játszhatnak a hőmérséklet-szabályozó áramkörökben. Az ellenállásérték változásának figyelésével a fűtőelem vagy hűtőelem működése szabályozható, hogy egy adott hőmérsékleti tartományon belül stabil állapotot tartson fenn.

4. Tápellátás védelme: Az NTC termisztorok tápellátás védelmére is használhatók. Tápellátási áramkörökben túláramvédőként használhatók. Ha az áram túllép egy bizonyos küszöbértéket, az ellenállásérték csökkenése miatt korlátozhatják az áram áramlását, és megvédhetik a tápegységet és más áramköröket a túlzott áram okozta károsodástól.

Összefoglalva, az NTC termisztorok hőérzékeny, negatív hőmérsékleti együtthatójú alkatrészek, amelyek ellenállásértéke a hőmérséklet emelkedésével csökken. Széles körben használják a hőmérséklet-érzékelésben, a hőmérséklet-kompenzációban, a hőmérséklet-szabályozásban és a tápegység védelmében.

6. Polimer pozitív hőmérsékleti együttható (PPTC)

A PPTC elektronikus biztosítékok egyben túláramvédelmi eszköz is. Alacsony ellenállásúak, de amikor az áram meghaladja a névleges értéket, hőhatás lép fel, ami az ellenállás növekedését okozza, ami korlátozza az áram áramlását. Általában visszaállítható biztosítékként vagy túláramvédelmi eszközként használják őket. A PPTC alkatrészek speciális polimer anyagokból készülnek, és pozitív hőmérsékleti együtthatóval rendelkeznek.

A PPTC alkatrészek ellenállása szobahőmérsékleten általában alacsony, így jelentős feszültségesés nélkül áramolhat az alkatrészben az áram. Túláram esetén azonban a PPTC komponens felmelegszik a rajta áthaladó megnövekedett áram miatt. A hőmérséklet növekedésével a polimer anyag ellenállása jelentősen megnő.

A PPTC komponens fő jellemzője, hogy képes korlátozni az áram áramlását hiba esetén. Amikor az áram meghaladja a névleges küszöböt, a PPTC komponens felmelegszik, és az ellenállása gyorsan növekszik. Ez a nagy ellenállású állapot visszaállítható biztosítékként működik, hatékonyan korlátozza az áramerősséget az áramkör és a csatlakoztatott alkatrészek védelme érdekében.

Miután a hibaállapot megszűnt, és az áramerősség egy bizonyos küszöb alá esik, a PPTC komponens lehűl, és ellenállása visszaáll egy alacsonyabb értékre. Ez a visszaállítható karakterisztikája különbözteti meg a PPTC alkatrészeket a hagyományos biztosítékoktól, és kioldás után nem kell cserélni.

A PPTC komponenseket számos olyan elektronikus áramkörben és rendszerben használják, amelyek túláramvédelmet igényelnek. Általában tápegységekben, akkumulátorokban, motorokban, kommunikációs berendezésekben és autóelektronikában használják. A PPTC komponensek olyan előnyökkel járnak, mint a kis méret, az alaphelyzetbe állítható működés és a gyors reagálás a túláram eseményekre.

A PPTC komponens kiválasztásakor fontos paramétereket kell figyelembe venni, beleértve a névleges feszültséget, áramerősséget és tartóáramot. A névleges feszültségnek nagyobbnak kell lennie, mint az áramkör üzemi feszültsége, míg a névleges áramnak meg kell egyeznie a maximális várható áramerősséggel. A tartóáram azt az áramszintet határozza meg, amelyen az elem kiold és növeli az ellenállást.

A PPTC elemek megbízható, visszaállítható túláramvédelmet nyújtanak az elektronikus áramkörök számára, ezzel is javítva a biztonságot és a megbízhatóságot.