Katere metode inženirji PCBA pogosto uporabljajo za zaščito vezij?

Zaščitne napravese uporabljajo za zaščito tokokrogov in opreme pred izpadi električne energije ali drugimi poškodbami. Tu je nekaj običajnih vrst zaščitnih naprav in njihovih opisov:

1. Dioda

Dioda je elektronska naprava, ki se uporablja za nadzor smeri toka toka. V tokokrogih se diode pogosto uporabljajo za preprečevanje povratnega toka ali za zaščito drugih naprav pred prenapetostjo.

Dioda regulatorja napetosti, znana tudi kot regulator napetosti ali Zener dioda, je posebej zasnovana dioda, ki se uporablja za zagotavljanje stabilne izhodne napetosti.

Značilnost diode regulatorja napetosti je njena povratna prebojna napetost (Zenerjeva napetost). Ko vzvratna napetost preseže svojo specifično prebojno napetost, dioda regulatorja napetosti preide v stanje povratne razgradnje in prevaja tok. V primerjavi z navadnimi diodami so diode regulatorja napetosti skrbno zasnovane za vzdrževanje stabilne napetosti v območju reverzne razgradnje.

Načelo delovanja diode regulatorja napetosti temelji na učinku preboja napetosti. Ko je napetost pod povratno prebojno napetostjo, dioda vzdržuje stabilno napetost na obeh koncih, kar omogoča pretok povratnega toka. Ta lastnost omogoča diodi regulatorja napetosti, da zagotovi stabilno referenčno napetost v vezju ali stabilizira vhodno napetost pri določeni vrednosti.

Zener diode se običajno uporabljajo v naslednjih aplikacijah:

1. Regulacija napetosti: Zener diode se lahko uporabljajo kot regulatorji napetosti v vezjih za stabilizacijo vhodne napetosti pri določeni izhodni napetosti. To je zelo pomembno za elektronske naprave in vezja, ki zahtevajo stabilno napetost.

2. Referenčna napetost: Zener diode se lahko uporabljajo kot viri referenčne napetosti v tokokrogih. Z izbiro ustrezne Zener diode je mogoče zagotoviti fiksno referenčno napetost za kalibracijo in primerjavo drugih signalov.

3. Regulacija napetosti: Zener diode se lahko uporabljajo tudi za funkcije regulacije napetosti v tokokrogih. Z nadzorovanjem toka Zener diode je mogoče prilagoditi vrednost napetosti v vezju, da se doseže želena funkcija regulacije napetosti.

Izbira zener diod je odvisna od zahtevane stabilne napetosti in delovnega toka. Imajo različne prebojne napetosti in močnostne karakteristike, zato jih je treba pri izbiri zener diod oceniti na podlagi posebnih aplikacij in zahtev.

Zener diode so posebej zasnovane diode, ki lahko zagotovijo stabilne izhodne napetosti. Široko se uporabljajo v elektronskih vezjih za funkcije, kot so regulacija napetosti, referenčna napetost in regulacija napetosti.

2. Varistor kovinskega oksida (MOV)

MOV je naprava, ki se uporablja za prenapetostno zaščito. Sestavljen je iz delcev kovinskega oksida, enakomerno porazdeljenih v keramični matrici, ki lahko postanejo prevodni, ko napetost preseže svojo nazivno vrednost, s čimer absorbira energijo prenapetosti in zaščiti druge naprave v tokokrogu.

Značilnost MOV je njegova nelinearna odpornost. Znotraj običajnega območja delovne napetosti ima MOV visoko upornost in nima skoraj nobenega vpliva na vezje. Ko pa se napetost nenadoma poveča in preseže svojo nazivno napetost, se MOV hitro spremeni v stanje nizkega upora, da absorbira energijo prenapetosti in jo usmeri na tla ali druge poti z nizko impedanco.

Načelo delovanja MOV temelji na varistorskem učinku. Ko napetost preseže svojo nazivno napetost, postane električna poljska jakost med delci oksida večja, tako da se upor med delci zmanjša. To omogoča MOV, da zagotovi zelo visoko tokovno zmogljivost in učinkovito zaščiti druga vezja in opremo pred poškodbami zaradi prenapetosti.

Varistorji s kovinskim oksidom se običajno uporabljajo v naslednjih aplikacijah:

1. Prenapetostna zaščita: MOV se uporablja predvsem za prenapetostno zaščito, da prepreči, da bi napetost presegla nazivno vrednost, ki jo naprava ali vezje lahko prenese. Ko pride do prenapetostnega stanja, se MOV hitro odzove in vklopi ter usmeri prenapetost na tla ali druge poti z nizko impedanco za zaščito drugih občutljivih komponent.

2. Prenapetostna zaščita: MOV se običajno uporabljajo v električnih vodih in komunikacijskih linijah za zaščito opreme pred prenapetostnimi sunki (napetostnimi mutacijami). Sposobni so absorbirati in zatreti prehodne konice napetosti, s čimer preprečijo morebitno poškodbo opreme.

3. Prenapetostna zaščita: MOV se pogosto uporabljajo tudi v prenapetostnih zaščitah za preprečevanje poškodb elektronske opreme in tokokrogov, ki jih povzročijo udari strele, napetostni sunki in druge elektromagnetne motnje. Sposobni so absorbirati in razpršiti udarno energijo ter zaščititi opremo pred prehodnimi prenapetostmi.

Izbira ustreznega MOV je odvisna od zahtevane nazivne napetosti, največje tokovne zmogljivosti in odzivnega časa. Nazivna napetost MOV mora biti nekoliko višja od največje delovne napetosti tokokroga, ki ga je treba zaščititi, medtem ko mora največja tokovna zmogljivost izpolnjevati zahteve sistema. Odzivni čas mora biti dovolj hiter, da zagotovi hiter odziv na prenapetost.

Varistorji s kovinskim oksidom so komponente, ki se uporabljajo za prenapetostno zaščito, ki absorbirajo prenapetostno energijo in ščitijo druga vezja in opremo pred poškodbami. Imajo pomembno vlogo na področjih, kot so prenapetostna zaščita, prenapetostna zaščita in prenapetostna zaščita.

3. Dušilec prehodne napetosti (TVS)

Dušilec prehodne napetosti (TVS) je elektronska naprava, ki se uporablja za dušenje prehodne prenapetosti. Lahko se hitro odzove in absorbira energijo prenapetosti ter lahko zagotovi učinkovito zaščito, ko se napetost nenadoma spremeni ali pride do prehodne napetosti, s čimer prepreči, da bi napetost presegla nastavljeni prag.

Princip delovanja naprav TVS temelji na učinku prebojne napetosti. Ko v tokokrogu pride do prehodne prenapetosti, bo naprava TVS hitro prešla v stanje nizke impedance in usmerila energijo prenapetosti na tla ali druge poti z nizko impedanco. Z absorbiranjem in razprševanjem energije prenapetosti lahko naprava TVS omeji hitrost dviga napetosti in zaščiti druge občutljive komponente.

Naprave TVS so običajno sestavljene iz cevi s plinskim razelektritvijo (Gas Discharge Tube, GDT) ali diod iz silicijevega karbida (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). Plinsko razelektritvene cevi tvorijo razelektritveno pot, ki temelji na plinu, ko je napetost previsoka, medtem ko diode iz silicijevega karbida uporabljajo posebne lastnosti materialov iz silicijevega karbida, da tvorijo prevodno pot pod prebojno napetostjo.

Dušilniki prehodne napetosti se običajno uporabljajo v naslednjih aplikacijah:

1. Prenapetostna zaščita: naprave TVS se večinoma uporabljajo za prenapetostno zaščito za preprečevanje prenapetosti, ki jo povzročijo udari strele, napetostni sunki, iskanja moči in druge elektromagnetne motnje. Lahko absorbirajo in zatrejo prehodne konice napetosti, da zaščitijo vezja in opremo pred poškodbami.

2. Zaščita komunikacijske linije: naprave TVS se pogosto uporabljajo v komunikacijskih linijah za zaščito opreme pred preizkušanjem moči in elektromagnetnimi motnjami. Lahko se hitro odzovejo in absorbirajo prehodne prenapetosti, da zaščitijo stabilno delovanje komunikacijske opreme.

3. Zaščita daljnovoda: naprave TVS se uporabljajo tudi za zaščito daljnovoda, da se prepreči, da bi iskanja moči in drugi dogodki prenapetosti poškodovali opremo za napajanje. Lahko absorbirajo in razpršijo prenapetostno energijo za zaščito normalnega delovanja napajalne opreme.

Izbira ustrezne TVS naprave je odvisna od zahtevane nazivne napetosti, največje tokovne moči in odzivnega časa. Nazivna napetost naprave TVS mora biti nekoliko višja od največje delovne napetosti tokokroga, ki ga je treba zaščititi, največja tokovna zmogljivost pa mora ustrezati zahtevam sistema. Odzivni čas mora biti dovolj hiter, da se zagotovi pravočasno dušenje prehodnih prenapetosti.

Dušilniki prehodne napetosti igrajo pomembno vlogo na področju prenapetostne zaščite, zaščite komunikacijskih vodov in zaščite električnih vodov.

4. Varovalka

Varovalka je pogosta elektronska komponenta, ki se uporablja za zaščito tokokrogov in naprav pred poškodbami, ki jih povzroči prevelik tok. Je pasivna zaščitna naprava, ki preprečuje prekomerni tok tako, da prekine tokokrog.

Varovalka je običajno izdelana iz tanke žice ali žice z nizkim izklopnim tokom. Ko tok v tokokrogu preseže nazivni tok varovalke, se žarilna nitka v varovalki segreje in stopi ter prekine tok.

Glavne značilnosti in principi delovanja varovalk so naslednji:

1. Nazivni tok: Nazivni tok varovalke se nanaša na največjo vrednost toka, ki jo lahko varno prenese. Ko tok preseže nazivni tok, se varovalka stopi in prepreči pretok toka.

2. Čas pregorevanja: Čas pregorevanja varovalke se nanaša na čas od trenutka, ko tok preseže nazivni tok, do trenutka, ko pregori. Čas pregorevanja je odvisen od zasnove in značilnosti varovalke, običajno med nekaj milisekundami in nekaj sekundami.

3. Prekinitvena zmogljivost: Prekinitvena zmogljivost se nanaša na največji tok ali energijo, ki jo lahko varovalka varno prekine. Izklopna zmogljivost varovalke se mora ujemati z obremenitvijo vezja in tokom kratkega stika, da se zagotovi, da se lahko tok učinkovito prekine v pogojih napake.

4. Vrsta: obstaja veliko vrst varovalk, vključno s hitro delujočimi, z zakasnitvijo, visokonapetostnimi itd. Različne vrste varovalk so primerne za različne scenarije uporabe in zahteve.

Glavna funkcija varovalke je zagotoviti zaščito pred preobremenitvijo v tokokrogu. Ko se tok v tokokrogu nenormalno poveča, kar lahko povzroči okvaro tokokroga ali poškodbo opreme, bo varovalka hitro pregorela in prekinila tok ter tako zaščitila tokokrog in opremo pred poškodbami.

Pri izbiri ustrezne varovalke je treba upoštevati dejavnike, kot so nazivni tok vezja, tok kratkega stika, nazivna napetost in okoljski pogoji. Pravilna izbira varovalke lahko zagotovi varnost in zanesljivost tokokroga ter učinkovito zaščito pred preobremenitvijo.

5. Termistor z negativnim temperaturnim koeficientom (NTC termistor)

Termistor z negativnim temperaturnim koeficientom je elektronska komponenta, katere vrednost upora pada z naraščanjem temperature.

NTC termistorji so običajno izdelani iz kovinskih oksidov ali polprevodniških materialov. V mrežni strukturi materiala so določene nečistoče dopirane, ki motijo ​​gibanje elektronov v mreži. Z zvišanjem temperature se energija elektronov v temperaturno občutljivem materialu poveča, interakcija med elektroni in nečistočami pa oslabi, kar ima za posledico povečanje migracijske hitrosti in prevodnosti elektronov ter zmanjšanje vrednosti upora.

Značilnosti in aplikacije NTC termistorjev vključujejo:

1. Temperaturni senzor: Ker je vrednost upora NTC termistorjev obratno sorazmerna s temperaturo, se pogosto uporabljajo kot temperaturni senzorji. Z merjenjem vrednosti upora je mogoče določiti spremembo temperature okolja.

2. Temperaturna kompenzacija: NTC termistorje je mogoče uporabiti v vezjih za temperaturno kompenzacijo. Zaradi značilnosti, da se vrednost njegovega upora spreminja s temperaturo, ga je mogoče povezati zaporedno ali vzporedno z drugimi komponentami (kot so termistorji in upori), da se doseže stabilno delovanje vezja pri različnih temperaturah.

3. Nadzor temperature: NTC termistorji imajo lahko pomembno vlogo v tokokrogih za nadzor temperature. S spremljanjem spremembe vrednosti upora je mogoče nadzorovati delovanje grelnega ali hladilnega elementa, da se ohrani stabilno stanje v določenem temperaturnem območju.

4. Zaščita napajanja: NTC termistorji se lahko uporabljajo tudi za zaščito napajanja. V napajalnih tokokrogih se lahko uporabljajo kot prenapetostne zaščite. Ko tok preseže določen prag, lahko zaradi padca vrednosti upora omejijo pretok toka in zaščitijo napajalnik in druga vezja pred poškodbami, ki jih povzroči čezmerni tok.

Če povzamemo, NTC termistorji so toplotno občutljive komponente z negativnim temperaturnim koeficientom, katerih vrednost upora pada z naraščanjem temperature. Široko se uporabljajo pri zaznavanju temperature, temperaturni kompenzaciji, nadzoru temperature in zaščiti napajanja.

6. Polimerni pozitivni temperaturni koeficient (PPTC)

Elektronske varovalke PPTC so tudi naprava za zaščito pred prevelikim tokom. Imajo nizek upor, vendar ko tok preseže nazivno vrednost, pride do toplotnega učinka, ki povzroči povečanje upora in omejevanje pretoka toka. Običajno se uporabljajo kot ponastavljive varovalke ali naprave za zaščito pred prevelikim tokom. Komponente PPTC so izdelane iz posebnih polimernih materialov in imajo karakteristiko upora pozitivnega temperaturnega koeficienta.

Odpornost komponent PPTC je običajno nizka pri sobni temperaturi, kar omogoča pretok toka v komponenti brez znatnega padca napetosti. Ko pa pride do pretokovnega stanja, se komponenta PPTC segreje zaradi povečanega toka, ki teče skozi njo. S povišanjem temperature se odpornost polimernega materiala znatno poveča.

Ključna značilnost komponente PPTC je njena sposobnost omejevanja toka v pogojih napake. Ko tok preseže nazivni prag, se komponenta PPTC segreje in njen upor hitro naraste. To stanje visoke upornosti deluje kot ponastavljiva varovalka, ki učinkovito omejuje tok za zaščito vezja in povezanih komponent.

Ko je stanje napake odpravljeno in tok pade pod določeno mejno vrednost, se komponenta PPTC ohladi in njen upor se vrne na nižjo vrednost. Zaradi te ponastavljive lastnosti se komponente PPTC razlikujejo od tradicionalnih varovalk in jih po sprožitvi ni treba zamenjati.

Komponente PPTC se uporabljajo v različnih elektronskih vezjih in sistemih, ki zahtevajo zaščito pred prevelikim tokom. Običajno se uporabljajo v napajalnikih, baterijskih paketih, motorjih, komunikacijski opremi in avtomobilski elektroniki. Komponente PPTC imajo prednosti, kot so majhnost, ponastavljivo delovanje in hiter odziv na dogodke nadtoka.

Pri izbiri komponente PPTC je treba upoštevati pomembne parametre, vključno z nazivno napetostjo, tokom in zadrževalnim tokom. Nazivna napetost mora biti višja od delovne napetosti tokokroga, nazivni tok pa mora ustrezati največjemu pričakovanemu toku. Zadrževalni tok določa raven toka, pri kateri element sproži in poveča upor.

Elementi PPTC zagotavljajo zanesljivo, ponastavljivo nadtokovno zaščito za elektronska vezja, kar pomaga izboljšati varnost in zanesljivost.