Aké metódy často používajú inžinieri PCBA na ochranu obvodov?

Ochranné zariadeniasa používajú na ochranu obvodov a zariadení pred výpadkami napájania alebo iným poškodením. Tu je niekoľko bežných typov ochranných zariadení a ich popis:

1. Dióda

Dióda je elektronické zariadenie používané na riadenie smeru toku prúdu. V obvodoch sa diódy často používajú na zabránenie spätného toku prúdu alebo na ochranu iných zariadení pred prepätím.

Dióda regulátora napätia, tiež známa ako regulátor napätia alebo Zenerova dióda, je špeciálne navrhnutá dióda používaná na zabezpečenie stabilného výstupu napätia.

Charakteristikou diódy regulátora napätia je jej spätné prierazné napätie (Zenerovo napätie). Keď spätné napätie prekročí svoje špecifické prierazné napätie, dióda regulátora napätia prejde do stavu spätného prierazu a vedie prúd. V porovnaní s bežnými diódami sú diódy regulátora napätia starostlivo navrhnuté tak, aby udržiavali stabilné napätie v oblasti spätného prierazu.

Princíp činnosti diódy regulátora napätia je založený na efekte prierazu napätia. Keď je napätie pod spätným prierazným napätím, dióda udržiava stabilné napätie na svojich dvoch koncoch, čo umožňuje pretekanie spätného prúdu. Táto charakteristika umožňuje dióde regulátora napätia poskytovať stabilné referenčné napätie v obvode alebo stabilizovať vstupné napätie na špecifickú hodnotu.

Zenerove diódy sa bežne používajú v nasledujúcich aplikáciách:

1. Regulácia napätia: Zenerove diódy môžu byť použité ako regulátory napätia v obvodoch na stabilizáciu vstupného napätia pri špecifickom výstupnom napätí. To je veľmi dôležité pre elektronické zariadenia a obvody, ktoré vyžadujú stabilné napätie.

2. Referenčné napätie: Zenerove diódy môžu byť použité ako zdroje referenčného napätia v obvodoch. Výberom vhodnej Zenerovej diódy možno poskytnúť pevné referenčné napätie na kalibráciu a porovnanie iných signálov.

3. Regulácia napätia: Zenerove diódy možno použiť aj na funkcie regulácie napätia v obvodoch. Riadením toku prúdu Zenerovej diódy je možné nastaviť hodnotu napätia v obvode tak, aby sa dosiahla požadovaná funkcia regulácie napätia.

Výber Zenerových diód závisí od požadovaného stabilného napätia a prevádzkového prúdu. Majú rôzne prierazné napätia a výkonové charakteristiky, takže pri výbere Zenerových diód je potrebné ich vyhodnotiť na základe konkrétnych aplikácií a požiadaviek.

Zenerove diódy sú špeciálne navrhnuté diódy, ktoré môžu poskytovať stabilné napäťové výstupy. Sú široko používané v elektronických obvodoch pre funkcie, ako je regulácia napätia, referenčné napätie a regulácia napätia.

2. Varistor z oxidu kovu (MOV)

MOV je zariadenie používané na prepäťovú ochranu. Skladá sa z častíc oxidu kovu rovnomerne rozložených v keramickej matrici, ktorá sa môže stať vodivou, keď napätie prekročí svoju menovitú hodnotu, čím absorbuje energiu prepätia a chráni ostatné zariadenia v obvode.

Charakteristickým znakom MOV je jeho nelineárna odporová charakteristika. V rámci normálneho rozsahu prevádzkového napätia vykazuje MOV stav vysokého odporu a nemá takmer žiadny vplyv na obvod. Keď sa však napätie náhle zvýši tak, aby prekročilo svoje menovité napätie, MOV sa rýchlo zmení na stav s nízkym odporom, aby absorboval energiu prepätia a nasmeroval ho na zem alebo iné cesty s nízkou impedanciou.

Princíp činnosti MOV je založený na varistorovom efekte. Keď napätie prekročí svoje menovité napätie, intenzita elektrického poľa medzi časticami oxidu sa zväčší, takže odpor medzi časticami sa zníži. To umožňuje MOV poskytovať veľmi vysokú prúdovú kapacitu a účinne chrániť ostatné obvody a zariadenia pred poškodením prepätím.

Varistory z oxidov kovov sa bežne používajú v nasledujúcich aplikáciách:

1. Prepäťová ochrana: MOV sa používa hlavne na prepäťovú ochranu, aby sa zabránilo prekročeniu napätia nad menovitou hodnotou, ktorú zariadenie alebo obvod znesie. Keď nastane stav prepätia, MOV rýchlo zareaguje a zapne sa, pričom prepätie nasmeruje na zem alebo na iné cesty s nízkou impedanciou na ochranu iných citlivých komponentov.

2. Prepäťová ochrana: MOV sa bežne používajú v elektrických vedeniach a komunikačných vedeniach na ochranu zariadení pred prepätiami (mutáciami napätia). Sú schopné absorbovať a potláčať prechodné napäťové špičky, čím zabraňujú potenciálnemu poškodeniu zariadenia.

3. Prepäťová ochrana: MOV sú tiež široko používané v prepäťových chráničoch, aby sa zabránilo poškodeniu elektronických zariadení a obvodov spôsobenému úderom blesku, prepätím a iným elektromagnetickým rušením. Sú schopné absorbovať a rozptýliť nárazovú energiu, čím chránia zariadenia pred prechodnými prepätiami.

Výber vhodného MOV závisí od požadovaného menovitého napätia, maximálnej prúdovej kapacity a času odozvy. Menovité napätie MOV by malo byť o niečo vyššie ako maximálne prevádzkové napätie obvodu, ktorý sa má chrániť, pričom maximálna prúdová kapacita by mala spĺňať požiadavky systému. Čas odozvy by mal byť dostatočne rýchly na zabezpečenie rýchlej reakcie na prepätie.

Varistory z oxidu kovu sú komponenty používané na prepäťovú ochranu, ktoré absorbujú prepäťovú energiu a chránia ostatné obvody a zariadenia pred poškodením. Zohrávajú dôležitú úlohu v oblastiach ako sú prepäťová ochrana, prepäťová ochrana a prepäťová ochrana.

3. Potlačovač prechodového napätia (TVS)

Transient Voltage Suppressor (TVS) je elektronické zariadenie používané na potlačenie prechodného prepätia. Dokáže rýchlo reagovať a absorbovať energiu prepätia a môže poskytnúť účinnú ochranu, keď sa napätie náhle zmení alebo dôjde k prechodnému napätiu, čím sa zabráni prekročeniu nastaveného prahu napätia.

Princíp činnosti zariadení TVS je založený na efekte prierazného napätia. Keď sa v obvode vyskytne prechodné prepätie, zariadenie TVS sa rýchlo prepne do stavu s nízkou impedanciou a nasmeruje energiu prepätia na zem alebo iné cesty s nízkou impedanciou. Absorbovaním a rozptýlením energie prepätia môže zariadenie TVS obmedziť rýchlosť nárastu napätia a chrániť ďalšie citlivé komponenty.

Zariadenia TVS sa zvyčajne skladajú z plynových výbojok (Gas Discharge Tube, GDT) alebo diód z karbidu kremíka (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). Plynové výbojky tvoria výbojovú dráhu založenú na plyne, keď je napätie príliš vysoké, zatiaľ čo diódy z karbidu kremíka využívajú špeciálne vlastnosti materiálov karbidu kremíka na vytvorenie vodivej dráhy pod prierazným napätím.

Potlačovače prechodového napätia sa bežne používajú v nasledujúcich aplikáciách:

1. Prepäťová ochrana: Zariadenia TVS sa používajú hlavne na ochranu proti prepätiu, aby sa zabránilo prepätiu spôsobenému úderom blesku, prepätím, vyhľadávaním napájania a iným elektromagnetickým rušením. Môžu absorbovať a potláčať prechodné napäťové špičky, aby chránili obvody a zariadenia pred poškodením.

2. Ochrana komunikačných liniek: Zariadenia TVS sú široko používané v komunikačných linkách na ochranu zariadení pred vyhľadávaním napájania a elektromagnetickým rušením. Môžu rýchlo reagovať a absorbovať prechodné prepätia, aby chránili stabilnú prevádzku komunikačných zariadení.

3. Ochrana elektrického vedenia: Zariadenia TVS sa používajú aj na ochranu elektrického vedenia, aby sa predišlo hľadaniu napájania a iným prepäťovým udalostiam pred poškodením napájacieho zariadenia. Môžu absorbovať a rozptyľovať prepäťovú energiu na ochranu normálnej prevádzky napájacích zariadení.

Výber vhodného zariadenia TVS závisí od požadovaného menovitého napätia, maximálnej prúdovej kapacity a doby odozvy. Menovité napätie zariadenia TVS by malo byť o niečo vyššie ako maximálne prevádzkové napätie obvodu, ktorý sa má chrániť, a maximálna prúdová kapacita by mala spĺňať požiadavky systému. Čas odozvy by mal byť dostatočne rýchly, aby sa zabezpečilo včasné potlačenie prechodných prepätí.

Odrušovače prechodového napätia hrajú dôležitú úlohu v oblasti prepäťovej ochrany, ochrany komunikačného vedenia a ochrany elektrického vedenia.

4. Poistka

Poistka je bežný elektronický komponent používaný na ochranu obvodov a zariadení pred poškodením spôsobeným nadprúdom. Ide o pasívne ochranné zariadenie, ktoré bráni pretekaniu nadmerného prúdu odpojením obvodu.

Poistka je zvyčajne vyrobená z tenkého drôtu alebo drôtu s nízkym vypínacím prúdom. Keď prúd v obvode prekročí menovitý prúd poistky, vlákno vo vnútri poistky sa zahreje a roztopí, čím sa preruší tok prúdu.

Hlavné vlastnosti a princípy fungovania poistiek sú nasledovné:

1. Menovitý prúd: Menovitý prúd poistky sa vzťahuje na maximálnu hodnotu prúdu, ktorú môže bezpečne odolať. Keď prúd prekročí menovitý prúd, poistka sa roztaví, aby zastavila tok prúdu.

2. Doba prepálenia: Doba prepálenia poistky sa vzťahuje na čas od okamihu, keď prúd prekročí menovitý prúd, do okamihu, keď dôjde k prepáleniu. Doba prepálenia závisí od konštrukcie a vlastností poistky, zvyčajne medzi niekoľkými milisekúndami a niekoľkými sekundami.

3. Vypínacia kapacita: Vypínacia kapacita sa vzťahuje na maximálny prúd alebo energiu, ktorú môže poistka bezpečne prerušiť. Vypínacia kapacita poistky sa musí zhodovať so zaťažením obvodu a skratovým prúdom, aby sa zabezpečilo, že prúd môže byť účinne prerušený v poruchových podmienkach.

4. Typ: Existuje mnoho typov poistiek, vrátane rýchločinných poistiek, poistiek s časovým oneskorením, vysokého napätia atď. Rôzne typy poistiek sú vhodné pre rôzne aplikačné scenáre a požiadavky.

Hlavnou funkciou poistky je poskytnúť ochranu proti preťaženiu v obvode. Keď sa prúd v obvode abnormálne zvýši, čo môže spôsobiť poruchu obvodu alebo poškodenie zariadenia, poistka rýchlo vyhorí a preruší tok prúdu, čím ochráni obvod a zariadenie pred poškodením.

Pri výbere vhodnej poistky je potrebné zvážiť faktory, ako je menovitý prúd obvodu, skratový prúd, menovité napätie a podmienky prostredia. Správny výber poistky môže zaistiť bezpečnosť a spoľahlivosť obvodu a poskytnúť účinnú ochranu proti preťaženiu.

5. Termistor so záporným teplotným koeficientom (NTC termistor)

Termistor so záporným teplotným koeficientom je elektronická súčiastka, ktorej hodnota odporu klesá so zvyšujúcou sa teplotou.

NTC termistory sú zvyčajne vyrobené z oxidov kovov alebo polovodičových materiálov. V mriežkovej štruktúre materiálu sú dopované určité nečistoty, ktoré interferujú s pohybom elektrónov v mriežke. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje energia elektrónov v materiáli citlivom na teplotu a interakcia medzi elektrónmi a nečistotami sa oslabuje, čo má za následok zvýšenie rýchlosti migrácie a vodivosti elektrónov a zníženie hodnoty odporu.

Vlastnosti a aplikácie NTC termistorov zahŕňajú:

1. Snímač teploty: Keďže hodnota odporu NTC termistorov je nepriamo úmerná teplote, sú široko používané ako snímače teploty. Meraním hodnoty odporu možno určiť zmenu okolitej teploty.

2. Teplotná kompenzácia: NTC termistory môžu byť použité v obvodoch teplotnej kompenzácie. Vzhľadom na charakteristiku, že jeho hodnota odporu sa mení s teplotou, môže byť zapojený do série alebo paralelne s inými komponentmi (ako sú termistory a odpory), aby sa dosiahla stabilná prevádzka obvodu pri rôznych teplotách.

3. Regulácia teploty: NTC termistory môžu hrať dôležitú úlohu v obvodoch regulácie teploty. Monitorovaním zmeny hodnoty odporu je možné riadiť činnosť vykurovacieho telesa alebo chladiaceho telesa, aby sa udržal stabilný stav v rámci špecifického teplotného rozsahu.

4. Ochrana napájacieho zdroja: NTC termistory je možné použiť aj na ochranu napájacieho zdroja. V napájacích obvodoch ich možno použiť ako nadprúdové chrániče. Keď prúd prekročí určitú hranicu, v dôsledku poklesu hodnoty odporu môžu obmedziť tok prúdu a chrániť napájací zdroj a iné obvody pred poškodením spôsobeným nadmerným prúdom.

Stručne povedané, termistory NTC sú tepelne citlivé komponenty so záporným teplotným koeficientom, ktorých hodnota odporu klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Sú široko používané pri snímaní teploty, kompenzácii teploty, regulácii teploty a ochrane napájania.

6. Polymérny pozitívny teplotný koeficient (PPTC)

Elektronické poistky PPTC sú tiež nadprúdovým ochranným zariadením. Majú nízky odpor, ale keď prúd prekročí menovitú hodnotu, dôjde k tepelnému efektu, ktorý spôsobí zvýšenie odporu, čím sa obmedzí tok prúdu. Zvyčajne sa používajú ako resetovateľné poistky alebo nadprúdové ochranné zariadenia. Komponenty PPTC sú vyrobené zo špeciálnych polymérnych materiálov a majú odporovú charakteristiku kladného teplotného koeficientu.

Odpor komponentov PPTC je zvyčajne nízky pri izbovej teplote, čo umožňuje prúdenie prúdu v komponente bez výrazného poklesu napätia. Keď však dôjde k nadprúdovému stavu, komponent PPTC sa zahrieva v dôsledku zvýšeného prúdu, ktorý ním prechádza. So zvyšujúcou sa teplotou sa výrazne zvyšuje odolnosť polymérneho materiálu.

Kľúčovou charakteristikou komponentu PPTC je jeho schopnosť obmedziť tok prúdu v poruchových podmienkach. Keď prúd prekročí menovitý prah, komponent PPTC sa zahreje a jeho odpor sa rýchlo zvýši. Tento stav s vysokým odporom funguje ako resetovateľná poistka, ktorá účinne obmedzuje prúd na ochranu obvodu a pripojených komponentov.

Akonáhle sa poruchový stav odstráni a prúd klesne pod určitú hranicu, komponent PPTC sa ochladí a jeho odpor sa vráti na nižšiu hodnotu. Táto resetovateľná charakteristika odlišuje komponenty PPTC od tradičných poistiek a po vypnutí ich nie je potrebné vymieňať.

Komponenty PPTC sa používajú v rôznych elektronických obvodoch a systémoch, ktoré vyžadujú nadprúdovú ochranu. Bežne sa používajú v napájacích zdrojoch, batériových súpravách, motoroch, komunikačných zariadeniach a automobilovej elektronike. Komponenty PPTC majú výhody, ako je malá veľkosť, resetovateľná prevádzka a rýchla odozva na nadprúdové udalosti.

Pri výbere komponentu PPTC je potrebné zvážiť dôležité parametre vrátane menovitého napätia, prúdu a prídržného prúdu. Menovité napätie by malo byť vyššie ako prevádzkové napätie obvodu, zatiaľ čo menovité napätie by malo zodpovedať maximálnemu očakávanému prúdu. Prídržný prúd špecifikuje úroveň prúdu, pri ktorej sa prvok vypne a zvýši odpor.

Prvky PPTC poskytujú spoľahlivú, resetovateľnú nadprúdovú ochranu elektronických obvodov, čím pomáhajú zvyšovať bezpečnosť a spoľahlivosť.