Jaké metody PCBA inženýři často používají k ochraně obvodů?

Ochranná zařízeníse používají k ochraně obvodů a zařízení před výpadky napájení nebo jiným poškozením. Zde je několik běžných typů ochranných zařízení a jejich popisy:

1. Dioda

Dioda je elektronické zařízení používané k řízení směru toku proudu. V obvodech se diody často používají k zabránění zpětného toku proudu nebo k ochraně jiných zařízení před přepětím.

Dioda regulátoru napětí, také známá jako regulátor napětí nebo Zenerova dioda, je speciálně navržená dioda používaná k zajištění stabilního napěťového výstupu.

Charakteristikou diody regulátoru napětí je její zpětné průrazné napětí (Zenerovo napětí). Když zpětné napětí překročí své specifické průrazné napětí, dioda regulátoru napětí přejde do stavu zpětného průrazu a vede proud. Ve srovnání s běžnými diodami jsou diody regulátoru napětí pečlivě navrženy tak, aby udržovaly stabilní napětí v oblasti zpětného průrazu.

Princip činnosti diody regulátoru napětí je založen na efektu průrazu napětí. Když je napětí pod svým zpětným průrazným napětím, dioda udržuje stabilní napětí na svých dvou koncích, což umožňuje průchod zpětného proudu. Tato charakteristika umožňuje diodě regulátoru napětí poskytovat stabilní referenční napětí v obvodu nebo stabilizovat vstupní napětí na konkrétní hodnotě.

Zenerovy diody se běžně používají v následujících aplikacích:

1. Regulace napětí: Zenerovy diody lze použít jako regulátory napětí v obvodech pro stabilizaci vstupního napětí na určité výstupní napětí. To je velmi důležité pro elektronická zařízení a obvody, které vyžadují stabilní napětí.

2. Referenční napětí: Zenerovy diody lze použít jako zdroje referenčního napětí v obvodech. Výběrem vhodné Zenerovy diody lze zajistit pevné referenční napětí pro kalibraci a porovnání jiných signálů.

3. Regulace napětí: Zenerovy diody lze také použít pro funkce regulace napětí v obvodech. Řízením toku proudu Zenerovou diodou lze upravit hodnotu napětí v obvodu pro dosažení požadované funkce regulace napětí.

Výběr Zenerových diod závisí na požadovaném stabilním napětí a provozním proudu. Mají různá průrazná napětí a výkonové charakteristiky, takže je třeba je při výběru Zenerových diod vyhodnotit na základě konkrétních aplikací a požadavků.

Zenerovy diody jsou speciálně navržené diody, které mohou poskytovat stabilní napěťové výstupy. Jsou široce používány v elektronických obvodech pro funkce, jako je regulace napětí, referenční napětí a regulace napětí.

2. Metal Oxide Varistor (MOV)

MOV je zařízení sloužící k přepěťové ochraně. Skládá se z částic oxidu kovu rovnoměrně rozložených v keramické matrici, která se může stát vodivou, když napětí překročí svou jmenovitou hodnotu, a tím absorbovat energii přepětí a chránit ostatní zařízení v obvodu.

Charakteristikou MOV jsou jeho nelineární odporové charakteristiky. V rámci normálního rozsahu provozního napětí vykazuje MOV stav vysokého odporu a nemá téměř žádný vliv na obvod. Když však napětí náhle vzroste a překročí své jmenovité napětí, MOV se rychle přepne do stavu nízkého odporu, aby absorboval energii přepětí a nasměroval ji na zem nebo jiné nízkoimpedanční cesty.

Princip činnosti MOV je založen na varistorovém efektu. Když napětí překročí své jmenovité napětí, síla elektrického pole mezi částicemi oxidu se zvětší, takže odpor mezi částicemi se sníží. To umožňuje MOV poskytovat velmi vysokou proudovou kapacitu a účinně chránit ostatní obvody a zařízení před poškozením přepětím.

Varistory z oxidu kovu se běžně používají v následujících aplikacích:

1. Přepěťová ochrana: MOV se používá hlavně pro přepěťovou ochranu, aby se zabránilo překročení napětí nad jmenovitou hodnotu, kterou zařízení nebo obvod vydrží. Když dojde k přepětí, MOV rychle zareaguje a zapne se, přičemž přepětí nasměruje na zem nebo jiné nízkoimpedanční cesty, aby byly chráněny další citlivé komponenty.

2. Přepěťová ochrana: MOV se běžně používají v elektrických vedeních a komunikačních vedeních k ochraně zařízení před přepětím (napěťovými mutacemi). Jsou schopny absorbovat a potlačovat přechodné napěťové špičky, čímž zabraňují možnému poškození zařízení.

3. Přepěťová ochrana: MOV jsou také široce používány v přepěťových ochranách, aby se zabránilo poškození elektronických zařízení a obvodů způsobenému údery blesku, přepětím a jiným elektromagnetickým rušením. Jsou schopny absorbovat a rozptýlit přepětí a chránit zařízení před přechodným přepětím.

Výběr vhodného MOV závisí na požadovaném jmenovitém napětí, maximální proudové kapacitě a době odezvy. Jmenovité napětí MOV by mělo být mírně vyšší než maximální provozní napětí obvodu, který má být chráněn, přičemž maximální proudová kapacita by měla splňovat požadavky systému. Doba odezvy by měla být dostatečně rychlá, aby byla zajištěna rychlá reakce na přepětí.

Varistory z oxidu kovu jsou komponenty používané pro přepěťovou ochranu, které absorbují přepěťovou energii a chrání ostatní obvody a zařízení před poškozením. Hrají důležitou roli v oblastech, jako je přepěťová ochrana, přepěťová ochrana a přepěťová ochrana.

3. Potlačovač přechodného napětí (TVS)

Transient Voltage Suppressor (TVS) je elektronické zařízení používané k potlačení přechodného přepětí. Dokáže rychle reagovat a absorbovat energii přepětí a může poskytnout účinnou ochranu, když se napětí náhle změní nebo dojde k přechodnému napětí, čímž zabrání tomu, aby napětí překročilo nastavenou prahovou hodnotu.

Princip činnosti zařízení TVS je založen na efektu průrazného napětí. Když se v obvodu vyskytne přechodné přepětí, zařízení TVS se rychle přepne do stavu s nízkou impedancí a nasměruje energii přepětí do země nebo jiných nízkoimpedančních cest. Pohlcováním a rozptylováním energie přepětí může zařízení TVS omezit rychlost nárůstu napětí a chránit další citlivé komponenty.

Zařízení TVS se obvykle skládají z plynových výbojek (Gas Discharge Tube, GDT) nebo diod z karbidu křemíku (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). Plynové výbojky tvoří výbojovou cestu založenou na plynu, když je napětí příliš vysoké, zatímco diody z karbidu křemíku využívají speciální vlastnosti materiálů karbidu křemíku k vytvoření vodivé cesty pod průrazným napětím.

Potlačovače přechodového napětí se běžně používají v následujících aplikacích:

1. Přepěťová ochrana: Zařízení TVS se používají hlavně k přepěťové ochraně, aby se zabránilo přepětí způsobenému úderem blesku, přepětím, vyhledáváním napájení a jiným elektromagnetickým rušením. Mohou absorbovat a potlačovat přechodné napěťové špičky a chránit obvody a zařízení před poškozením.

2. Ochrana komunikační linky: Zařízení TVS jsou široce používána v komunikačních linkách k ochraně zařízení před vyhledáváním napájení a elektromagnetickým rušením. Mohou rychle reagovat a absorbovat přechodná přepětí a chránit tak stabilní provoz komunikačních zařízení.

3. Ochrana elektrického vedení: Zařízení TVS se také používají k ochraně elektrického vedení, aby se zabránilo prohledávání napájení a jiným přepěťovým událostem, které by mohly poškodit napájecí zařízení. Mohou absorbovat a rozptýlit přepěťovou energii k ochraně normálního provozu napájecího zařízení.

Výběr vhodného zařízení TVS závisí na požadovaném jmenovitém napětí, maximální proudové kapacitě a době odezvy. Jmenovité napětí zařízení TVS by mělo být o něco vyšší než maximální provozní napětí obvodu, který má být chráněn, a maximální proudová kapacita by měla splňovat požadavky systému. Doba odezvy by měla být dostatečně rychlá, aby zajistila včasné potlačení přechodných přepětí.

Odrušovače přechodového napětí hrají důležitou roli v oblasti přepěťové ochrany, ochrany komunikačního vedení a ochrany elektrického vedení.

4. Pojistka

Pojistka je běžná elektronická součástka používaná k ochraně obvodů a zařízení před poškozením způsobeným nadproudem. Jedná se o pasivní ochranné zařízení, které odpojením obvodu zabraňuje protékání nadměrného proudu.

Pojistka je obvykle vyrobena z tenkého drátu nebo drátu s nízkým vypínacím proudem. Když proud v obvodu překročí jmenovitý proud pojistky, vlákno uvnitř pojistky se zahřeje a roztaví a přeruší tok proudu.

Hlavní vlastnosti a principy fungování pojistek jsou následující:

1. Jmenovitý proud: Jmenovitý proud pojistky se vztahuje k maximální hodnotě proudu, kterou může bezpečně odolat. Když proud překročí jmenovitý proud, pojistka se roztaví a zastaví proud.

2. Doba spálení: Doba spálení pojistky se vztahuje k době od okamžiku, kdy proud překročí jmenovitý proud, do okamžiku spálení. Doba přepálení závisí na konstrukci a vlastnostech pojistky, obvykle mezi několika milisekundami a několika sekundami.

3. Vypínací kapacita: Vypínací kapacita se týká maximálního proudu nebo energie, kterou může pojistka bezpečně přerušit. Vypínací schopnost pojistky musí odpovídat zátěži obvodu a zkratovému proudu, aby bylo zajištěno, že proud může být účinně odpojen při poruchových stavech.

4. Typ: Existuje mnoho typů pojistek, včetně rychločinných, časově zpožděných, vysokonapěťových atd. Různé typy pojistek jsou vhodné pro různé aplikační scénáře a požadavky.

Hlavní funkcí pojistky je poskytnout ochranu proti přetížení v obvodu. Když se proud v obvodu abnormálně zvýší, což může způsobit poruchu obvodu nebo poškození zařízení, pojistka se rychle spálí a přeruší tok proudu, čímž ochrání obvod a zařízení před poškozením.

Při výběru vhodné pojistky je třeba vzít v úvahu faktory, jako je jmenovitý proud obvodu, zkratový proud, jmenovité napětí a podmínky prostředí. Správný výběr pojistky může zajistit bezpečnost a spolehlivost obvodu a poskytnout účinnou ochranu proti přetížení.

5. Záporný teplotní koeficient termistor (NTC termistor)

Termistor se záporným teplotním koeficientem je elektronická součástka, jejíž hodnota odporu klesá s rostoucí teplotou.

NTC termistory jsou obvykle vyrobeny z oxidů kovů nebo polovodičových materiálů. V mřížkové struktuře materiálu jsou dopovány určité nečistoty, které narušují pohyb elektronů v mřížce. S rostoucí teplotou se zvyšuje energie elektronů v materiálu citlivém na teplotu a slábne interakce mezi elektrony a nečistotami, což má za následek zvýšení rychlosti migrace a vodivosti elektronů a snížení hodnoty odporu.

Vlastnosti a aplikace NTC termistorů zahrnují:

1. Teplotní senzor: Protože hodnota odporu NTC termistorů je nepřímo úměrná teplotě, jsou široce používány jako teplotní senzory. Měřením hodnoty odporu lze určit změnu okolní teploty.

2. Teplotní kompenzace: NTC termistory lze použít v obvodech teplotní kompenzace. Vzhledem k charakteristice, že se hodnota jeho odporu mění s teplotou, může být zapojen sériově nebo paralelně s dalšími součástmi (jako jsou termistory a odpory), aby se dosáhlo stabilního provozu obvodu při různých teplotách.

3. Regulace teploty: Termistory NTC mohou hrát důležitou roli v obvodech regulace teploty. Sledováním změny hodnoty odporu lze řídit provoz topného článku nebo chladicího článku tak, aby se udržoval stabilní stav v určitém teplotním rozsahu.

4. Ochrana napájecího zdroje: NTC termistory lze také použít pro ochranu napájecího zdroje. V napájecích obvodech je lze použít jako nadproudové ochrany. Když proud překročí určitou prahovou hodnotu, mohou kvůli poklesu hodnoty odporu omezit tok proudu a chránit napájecí zdroj a další obvody před poškozením způsobeným nadměrným proudem.

Stručně řečeno, termistory NTC jsou tepelně citlivé součástky se záporným teplotním koeficientem, jejichž hodnota odporu klesá s rostoucí teplotou. Jsou široce používány při snímání teploty, teplotní kompenzaci, řízení teploty a ochraně napájení.

6. Polymerní pozitivní teplotní koeficient (PPTC)

Elektronické pojistky PPTC jsou také nadproudovým ochranným zařízením. Mají nízký odpor, ale když proud překročí jmenovitou hodnotu, dojde k tepelnému efektu, který způsobí zvýšení odporu a omezí tok proudu. Obvykle se používají jako resetovatelné pojistky nebo nadproudové ochranné zařízení. Komponenty PPTC jsou vyrobeny ze speciálních polymerních materiálů a mají odporovou charakteristiku kladného teplotního koeficientu.

Odpor součástek PPTC je při pokojové teplotě obvykle nízký, což umožňuje proudění proudu součástkou bez výrazného poklesu napětí. Když však dojde k nadproudovému stavu, součást PPTC se zahřívá kvůli zvýšenému proudu, který jí prochází. Se zvyšující se teplotou se výrazně zvyšuje odolnost polymerního materiálu.

Klíčovou vlastností součásti PPTC je její schopnost omezit tok proudu při poruchových stavech. Když proud překročí jmenovitý práh, složka PPTC se zahřeje a její odpor se rychle zvýší. Tento stav s vysokým odporem funguje jako resetovatelná pojistka, která účinně omezuje proud pro ochranu obvodu a připojených součástí.

Jakmile je poruchový stav odstraněn a proud klesne pod určitou prahovou hodnotu, součástka PPTC se ochladí a její odpor se vrátí na nižší hodnotu. Tato resetovatelná charakteristika odlišuje komponenty PPTC od tradičních pojistek a není nutné je po vypnutí vyměňovat.

Komponenty PPTC se používají v různých elektronických obvodech a systémech, které vyžadují nadproudovou ochranu. Běžně se používají v napájecích zdrojích, bateriových sadách, motorech, komunikačních zařízeních a automobilové elektronice. Komponenty PPTC mají výhody, jako je malá velikost, resetovatelný provoz a rychlá odezva na nadproudové události.

Při výběru součásti PPTC je třeba vzít v úvahu důležité parametry, včetně jmenovitého napětí, proudu a přídržného proudu. Jmenovité napětí by mělo být vyšší než provozní napětí obvodu, zatímco jmenovitý proud by měl odpovídat maximálnímu očekávanému proudu. Přídržný proud udává úroveň proudu, při které se prvek vypne a zvýší odpor.

Prvky PPTC poskytují spolehlivou, resetovatelnou nadproudovou ochranu elektronických obvodů a pomáhají tak zlepšit bezpečnost a spolehlivost.