Mitä menetelmiä PCBA-insinöörit usein käyttävät piirien suojaamiseen?

Suojalaitteetkäytetään suojaamaan piirejä ja laitteita sähkökatkoilta tai muilta vaurioilta. Tässä on useita yleisiä suojalaitteiden tyyppejä ja niiden kuvauksia:

1. Diodi

Diodi on elektroninen laite, jota käytetään ohjaamaan virran suuntaa. Piireissä diodeja käytetään usein estämään käänteisvirtaa virtaamasta sisään tai suojaamaan muita laitteita ylijännitteeltä.

Jännitteensäädindiodi, joka tunnetaan myös nimellä jännitesäädin tai Zener-diodi, on erityisesti suunniteltu diodi, jota käytetään tuottamaan vakaa jännitelähtö.

Jännitteensäädindiodin ominaisuus on sen käänteinen läpilyöntijännite (Zener-jännite). Kun käänteinen jännite ylittää ominaisen läpilyöntijännitteensä, jännitteensäädindiodi siirtyy käänteiseen läpilyöntitilaan ja johtaa virtaa. Tavallisiin diodeihin verrattuna jännitteensäädindiodit on huolellisesti suunniteltu ylläpitämään vakaa jännite käänteishäiriöalueella.

Jännitteensäädindiodin toimintaperiaate perustuu jännitteen rikkoutumisvaikutukseen. Kun jännite on käänteisen läpilyöntijännitteen alapuolella, diodi ylläpitää vakaata jännitettä molemmissa päissään, jolloin käänteinen virta pääsee kulkemaan läpi. Tämä ominaisuus mahdollistaa jännitteensäädindiodin aikaansaamaan vakaan vertailujännitteen piirissä tai stabiloimaan tulojännitteen tiettyyn arvoon.

Zener-diodeja käytetään yleisesti seuraavissa sovelluksissa:

1. Jännitteensäätö: Zener-diodeja voidaan käyttää jännitesäätiminä piireissä tulojännitteen stabiloimiseksi tietyllä lähtöjännitteellä. Tämä on erittäin tärkeää elektronisille laitteille ja piireille, jotka vaativat vakaata jännitettä.

2. Referenssijännite: Zener-diodeja voidaan käyttää referenssijännitelähteinä piireissä. Valitsemalla sopiva Zener-diodi, voidaan tarjota kiinteä referenssijännite kalibrointia ja muiden signaalien vertailua varten.

3. Jännitteensäätö: Zener-diodeja voidaan käyttää myös jännitteensäätötoimintoihin piireissä. Säätämällä Zener-diodin virtaa, piirin jännitearvoa voidaan säätää halutun jännitteensäätötoiminnon saavuttamiseksi.

Zener-diodien valinta riippuu vaaditusta vakaasta jännitteestä ja käyttövirrasta. Niillä on erilaiset läpilyöntijännitteet ja tehoominaisuudet, joten ne on arvioitava tiettyjen sovellusten ja vaatimusten perusteella valittaessa Zener-diodeja.

Zener-diodit ovat erityisesti suunniteltuja diodeja, jotka voivat tarjota vakaat jännitelähdöt. Niitä käytetään laajalti elektronisissa piireissä sellaisiin toimintoihin kuin jännitteen säätö, vertailujännite ja jännitteen säätö.

2. Metallioksidivaristori (MOV)

MOV on ylijännitesuojaukseen käytettävä laite. Se koostuu keraamiseen matriisiin tasaisesti jakautuneista metallioksidihiukkasista, jotka voivat muuttua johtavaksi, kun jännite ylittää nimellisarvon, jolloin se absorboi ylijännitteen energiaa ja suojaa piirin muita laitteita.

MOV:n ominaisuus on sen epälineaariset vastusominaisuudet. Normaalilla käyttöjännitealueella MOV:lla on korkea resistanssitila, eikä sillä ole juuri mitään vaikutusta piiriin. Kuitenkin, kun jännite yhtäkkiä nousee yli nimellisjännitteensä, MOV muuttuu nopeasti matalan resistanssin tilaan absorboidakseen ylijännitteen energian ja ohjatakseen sen maahan tai muille matalan impedanssin poluille.

MOV:n toimintaperiaate perustuu varistoriefektiin. Kun jännite ylittää nimellisjännitteensä, sähkökentän voimakkuus oksidihiukkasten välillä kasvaa, jolloin hiukkasten välinen vastus pienenee. Tämän ansiosta MOV voi tarjota erittäin suuren virtakapasiteetin ja suojata tehokkaasti muita piirejä ja laitteita ylijännitevaurioilta.

Metallioksidivaristoreja käytetään yleisesti seuraavissa sovelluksissa:

1. Ylijännitesuoja: MOV:ta käytetään pääasiassa ylijännitesuojaukseen, jotta jännite ei ylittäisi laitteen tai piirin kestämää nimellisarvoa. Ylijännitetilanteen ilmaantuessa MOV reagoi nopeasti ja kytkeytyy päälle ohjaten ylijännitteen maahan tai muihin matalaimpedanssisiin polkuihin suojatakseen muita herkkiä komponentteja.

2. Ylijännitesuojaus: MOV-laitteita käytetään yleisesti voimalinjoissa ja tietoliikennelinjoissa suojaamaan laitteita virtapiikeiltä (jännitemutaatioilta). Ne pystyvät absorboimaan ja vaimentamaan ohimeneviä jännitepiikkejä, mikä estää laitteita mahdollisilta vaurioilta.

3. Ylijännitesuojaus: MOV-laitteita käytetään laajalti myös ylijännitesuojaimissa estämään salamaniskujen, virtapiikkeiden ja muiden sähkömagneettisten häiriöiden aiheuttamat vauriot elektronisille laitteille ja piireille. Ne pystyvät absorboimaan ja hajottamaan ylijänniteenergiaa ja suojaamaan laitteita ohimeneviltä ylijännitteiltä.

Sopivan MOV:n valinta riippuu vaaditusta nimellisjännitteestä, enimmäisvirtakapasiteetista ja vasteajasta. MOV:n nimellisjännitteen tulee olla hieman korkeampi kuin suojattavan piirin suurin käyttöjännite, kun taas maksimivirtakapasiteetin tulee täyttää järjestelmän vaatimukset. Vasteajan tulee olla riittävän nopea varmistaakseen nopean reagoinnin ylijännitteeseen.

Metallioksidivaristorit ovat ylijännitesuojaukseen käytettäviä komponentteja, jotka absorboivat ylijänniteenergiaa ja suojaavat muita piirejä ja laitteita vaurioilta. Niillä on tärkeä rooli esimerkiksi ylijännitesuojassa, ylijännitesuojassa ja ylijännitesuojassa.

3. Transient Voltage Suppressor (TVS)

Transient Voltage Suppressor (TVS) on elektroninen laite, jota käytetään vaimentamaan transienttia ylijännitettä. Se voi reagoida nopeasti ja absorboida ylijännitteen energiaa, ja se voi tarjota tehokkaan suojan, kun jännite muuttuu äkillisesti tai tapahtuu ohimenevää jännitettä, mikä estää jännitettä ylittämästä asetettua kynnystä.

TVS-laitteiden toimintaperiaate perustuu läpilyöntijännitevaikutukseen. Kun piirissä esiintyy transientti ylijännite, TVS-laite siirtyy nopeasti matalaimpedanssiseen tilaan ohjaten ylijännitteen energian maahan tai muille matalaimpedanssisille reiteille. Absorboimalla ja hajauttamalla ylijännitteen energiaa TVS-laite voi rajoittaa jännitteen nousunopeutta ja suojata muita herkkiä komponentteja.

TVS-laitteet koostuvat yleensä kaasupurkausputkista (Gas Discharge Tube, GDT) tai piikarbidiodeista (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). Kaasupurkausputket muodostavat kaasupohjaisen purkauspolun, kun jännite on liian korkea, kun taas piikarbididiodit hyödyntävät piikarbidimateriaalien erityisominaisuuksia johtavan reitin muodostamiseksi läpilyöntijännitteen alle.

Transienttijännitteen vaimentimia käytetään yleisesti seuraavissa sovelluksissa:

1. Ylijännitesuojaus: TVS-laitteita käytetään pääasiassa ylijännitesuojaukseen salamaniskujen, virtapiikit, tehohakujen ja muiden sähkömagneettisten häiriöiden aiheuttaman ylijännitteen estämiseksi. Ne voivat absorboida ja vaimentaa ohimeneviä jännitepiikkejä suojatakseen piirejä ja laitteita vaurioilta.

2. Tietoliikennelinjan suojaus: TVS-laitteita käytetään laajalti viestintälinjoissa suojaamaan laitteita tehohakuilta ja sähkömagneettisilta häiriöiltä. Ne voivat reagoida nopeasti ja absorboida ohimeneviä ylijännitteitä suojatakseen viestintälaitteiden vakaata toimintaa.

3. Sähköjohtojen suojaus: TVS-laitteita käytetään myös sähkölinjojen suojaukseen estämään tehohakuja ja muita ylijännitetapahtumia vahingoittamasta virtalähdelaitteita. Ne voivat absorboida ja hajottaa ylijänniteenergiaa suojatakseen tehonsyöttölaitteiden normaalia toimintaa.

Sopivan TVS-laitteen valinta riippuu vaaditusta nimellisjännitteestä, enimmäisvirtakapasiteetista ja vasteajasta. TVS-laitteen nimellisjännitteen tulee olla hieman korkeampi kuin suojattavan piirin suurin käyttöjännite ja maksimivirtakapasiteetin tulee täyttää järjestelmän vaatimukset. Vasteajan tulee olla riittävän nopea, jotta varmistetaan transienttiylijännitteiden oikea-aikainen vaimennus.

Transienttijännitteenvaimentimilla on tärkeä rooli ylijännitesuojauksen, tietoliikennelinjojen suojauksen ja voimajohtojen suojauksen aloilla.

4. Sulake

Sulake on yleinen elektroninen komponentti, jota käytetään suojaamaan piirejä ja laitteita ylivirran aiheuttamilta vaurioilta. Se on passiivinen suojalaite, joka estää liiallisen virran kulkeutumisen katkaisemalla piirin.

Sulake on yleensä valmistettu ohuesta johdosta tai langasta, jolla on pieni katkaisuvirta. Kun virtapiirissä oleva virta ylittää sulakkeen nimellisvirran, sulakkeen sisällä oleva hehkulanka kuumenee ja sulaa, mikä katkaisee virran.

Sulakkeiden pääominaisuudet ja toimintaperiaatteet ovat seuraavat:

1. Nimellisvirta: Sulakkeen nimellisvirta viittaa virran enimmäisarvoon, jonka se voi turvallisesti kestää. Kun virta ylittää nimellisvirran, sulake sulaa estääkseen virran kulkemisen.

2. Palamisaika: Sulakkeen palamisaika tarkoittaa aikaa, jolloin virta ylittää nimellisvirran, sen palamiseen. Palamisaika riippuu sulakkeen rakenteesta ja ominaisuuksista, yleensä muutamasta millisekunnista muutamaan sekuntiin.

3. Katkaisukapasiteetti: Katkaisukapasiteetti viittaa enimmäisvirtaan tai energiaan, jonka sulake voi turvallisesti rikkoa. Sulakkeen katkaisukyvyn on vastattava piirin kuormitusta ja oikosulkuvirtaa, jotta varmistetaan, että virta voidaan katkaista tehokkaasti vikatilanteissa.

4. Tyyppi: On olemassa monenlaisia ​​sulakkeita, mukaan lukien nopeavaikutteiset, viive-, korkeajännite- jne. sulakkeet. Erityyppiset sulakkeet sopivat erilaisiin käyttöskenaarioihin ja vaatimuksiin.

Sulakkeen päätehtävä on ylikuormitussuoja piirissä. Kun virtapiirissä kasvaa epänormaalisti, mikä voi aiheuttaa piirihäiriön tai laitevaurion, sulake palaa nopeasti ja katkaisee virran, mikä suojaa piiriä ja laitteita vaurioilta.

Kun valitset sopivaa sulaketta, on otettava huomioon sellaiset tekijät kuin piirin nimellisvirta, oikosulkuvirta, nimellisjännite ja ympäristöolosuhteet. Sulakkeen oikea valinta voi varmistaa piirin turvallisuuden ja luotettavuuden sekä tarjota tehokkaan ylikuormitussuojan.

5. Negatiivisen lämpötilakertoimen termistori (NTC-termistori)

Negatiivisen lämpötilakertoimen termistori on elektroninen komponentti, jonka resistanssiarvo pienenee lämpötilan noustessa.

NTC-termistorit on yleensä valmistettu metallioksideista tai puolijohdemateriaaleista. Materiaalin hilarakenteessa on seostettu tiettyjä epäpuhtauksia, jotka häiritsevät elektronien liikettä hilassa. Lämpötilan noustessa lämpöherkän materiaalin elektronien energia kasvaa ja elektronien ja epäpuhtauksien välinen vuorovaikutus heikkenee, mikä johtaa elektronien migraationopeuden ja johtavuuden kasvuun ja vastusarvon laskuun.

NTC-termistorien ominaisuudet ja sovellukset sisältävät:

1. Lämpötila-anturi: Koska NTC-termistorien resistanssiarvo on kääntäen verrannollinen lämpötilaan, niitä käytetään laajalti lämpötila-antureina. Resistanssiarvoa mittaamalla voidaan määrittää ympäristön lämpötilan muutos.

2. Lämpötilan kompensointi: NTC-termistoreita voidaan käyttää lämpötilan kompensointipiireissä. Sen ominaisuuden vuoksi, että sen vastusarvo muuttuu lämpötilan mukaan, se voidaan kytkeä sarjaan tai rinnan muiden komponenttien (kuten termistorien ja vastusten) kanssa piirin vakaan toiminnan saavuttamiseksi eri lämpötiloissa.

3. Lämpötilan säätö: NTC-termistoreilla voi olla tärkeä rooli lämpötilan säätöpiireissä. Seuraamalla vastusarvon muutosta voidaan lämmityselementin tai jäähdytyselementin toimintaa ohjata niin, että se säilyttää vakaan tilan tietyllä lämpötila-alueella.

4. Virtalähteen suojaus: NTC-termistoreja voidaan käyttää myös virtalähteen suojaukseen. Tehonsyöttöpiireissä niitä voidaan käyttää ylivirtasuojaina. Kun virta ylittää tietyn kynnysarvon, ne voivat resistanssiarvon laskun vuoksi rajoittaa virran kulkua ja suojata virtalähdettä ja muita piirejä liiallisen virran aiheuttamilta vaurioilta.

Yhteenvetona voidaan todeta, että NTC-termistorit ovat lämpöherkkiä komponentteja, joilla on negatiivinen lämpötilakerroin ja joiden resistanssiarvo pienenee lämpötilan noustessa. Niitä käytetään laajalti lämpötilan mittauksessa, lämpötilan kompensoinnissa, lämpötilan ohjauksessa ja virtalähteen suojauksessa.

6. Polymeerinen positiivinen lämpötilakerroin (PPTC)

PPTC elektroniset sulakkeet ovat myös ylivirtasuojalaite. Niillä on alhainen vastus, mutta kun virta ylittää nimellisarvon, syntyy lämpövaikutus, joka aiheuttaa resistanssin kasvun ja rajoittaa virran virtausta. Niitä käytetään yleensä nollattavissa olevina sulakkeina tai ylivirtasuojalaitteina. PPTC-komponentit on valmistettu erityisistä polymeerimateriaaleista ja niillä on positiivinen lämpötilakerroin.

PPTC-komponenttien resistanssi on yleensä alhainen huoneenlämpötilassa, mikä mahdollistaa virran kulkemisen komponentissa ilman merkittävää jännitehäviötä. Kuitenkin, kun ylivirtatila ilmenee, PPTC-komponentti lämpenee sen läpi kulkevan lisääntyneen virran vuoksi. Lämpötilan noustessa polymeerimateriaalin vastus kasvaa merkittävästi.

PPTC-komponentin tärkein ominaisuus on sen kyky rajoittaa virran kulkua vikatilanteissa. Kun virta ylittää nimellisrajan, PPTC-komponentti lämpenee ja sen vastus kasvaa nopeasti. Tämä korkean resistanssin tila toimii nollattavana sulakkeena, joka rajoittaa tehokkaasti virtaa piirin ja liitettyjen komponenttien suojaamiseksi.

Kun vikatila on poistettu ja virta putoaa tietyn kynnyksen alapuolelle, PPTC-komponentti jäähtyy ja sen vastus palaa pienempään arvoon. Tämä nollattava ominaisuus tekee PPTC-komponenteista eron perinteisistä sulakkeista, eikä niitä tarvitse vaihtaa laukaisun jälkeen.

PPTC-komponentteja käytetään monissa elektronisissa piireissä ja järjestelmissä, jotka vaativat ylivirtasuojausta. Niitä käytetään yleisesti virtalähteissä, akuissa, moottoreissa, viestintälaitteissa ja autoelektroniikassa. PPTC-komponenteilla on etuja, kuten pieni koko, nollattava toiminta ja nopea reagointi ylivirtatapahtumiin.

PPTC-komponenttia valittaessa on otettava huomioon tärkeät parametrit, mukaan lukien nimellisjännite, virta ja pitovirta. Nimellisjännitteen tulee olla korkeampi kuin piirin käyttöjännite, kun taas nimellisvirran tulee vastata suurinta odotettua virtaa. Pitovirta määrittää virran tason, jolla elementti laukeaa ja lisää vastusta.

PPTC-elementit tarjoavat luotettavan, nollattavan ylivirtasuojan elektronisille piireille, mikä auttaa parantamaan turvallisuutta ja luotettavuutta.