Kokius metodus PCBA inžinieriai dažnai naudoja grandinėms apsaugoti?

Apsaugos įtaisainaudojami grandinėms ir įrangai apsaugoti nuo elektros energijos tiekimo sutrikimų ar kitų pažeidimų. Čia pateikiami keli įprasti apsaugos įtaisų tipai ir jų aprašymai:

1. Diodas

Diodas yra elektroninis prietaisas, naudojamas srovės tekėjimo krypčiai valdyti. Grandinėse diodai dažnai naudojami siekiant užkirsti kelią atvirkštinės srovės tekėjimui arba apsaugoti kitus įrenginius nuo viršįtampių.

Įtampos reguliatoriaus diodas, taip pat žinomas kaip įtampos reguliatorius arba Zenerio diodas, yra specialiai sukurtas diodas, naudojamas stabiliai išvesties įtampai užtikrinti.

Įtampos reguliatoriaus diodo charakteristika yra jo atvirkštinė įtampa (Zener įtampa). Kai atvirkštinė įtampa viršija specifinę gedimo įtampą, įtampos reguliatoriaus diodas pereina į atvirkštinio gedimo būseną ir praleidžia srovę. Palyginti su įprastais diodais, įtampos reguliatorių diodai yra kruopščiai suprojektuoti taip, kad palaikytų stabilią įtampą atvirkštinio gedimo srityje.

Įtampos reguliatoriaus diodo veikimo principas pagrįstas įtampos skilimo efektu. Kai įtampa yra mažesnė už atvirkštinio gedimo įtampą, diodas išlaiko stabilią įtampą abiejuose galuose, leisdamas tekėti atvirkštinei srovei. Ši charakteristika leidžia įtampos reguliatoriaus diodui užtikrinti stabilią atskaitos įtampą grandinėje arba stabilizuoti įvesties įtampą ties tam tikra verte.

Zenerio diodai dažniausiai naudojami šiose srityse:

1. Įtampos reguliavimas: Zenerio diodai gali būti naudojami kaip įtampos reguliatoriai grandinėse, siekiant stabilizuoti įėjimo įtampą esant tam tikrai išėjimo įtampai. Tai labai svarbu elektroniniams įrenginiams ir grandinėms, kurioms reikalinga stabili įtampa.

2. Etaloninė įtampa: Zenerio diodai gali būti naudojami kaip atskaitos įtampos šaltiniai grandinėse. Pasirinkus atitinkamą Zenerio diodą, galima numatyti fiksuotą atskaitos įtampą kitų signalų kalibravimui ir palyginimui.

3. Įtampos reguliavimas: Zenerio diodai taip pat gali būti naudojami įtampos reguliavimo funkcijoms grandinėse. Reguliuojant Zenerio diodo srovės srautą, įtampos vertę grandinėje galima reguliuoti taip, kad būtų pasiekta norima įtampos reguliavimo funkcija.

Zener diodų pasirinkimas priklauso nuo reikiamos stabilios įtampos ir darbinės srovės. Jie turi skirtingą gedimo įtampą ir galios charakteristikas, todėl renkantis Zener diodus juos reikia įvertinti atsižvelgiant į konkrečias taikymo sritis ir reikalavimus.

Zenerio diodai yra specialiai sukurti diodai, galintys užtikrinti stabilią įtampos išvestį. Jie plačiai naudojami elektroninėse grandinėse tokioms funkcijoms kaip įtampos reguliavimas, atskaitos įtampa ir įtampos reguliavimas.

2. Metalo oksido varistorius (MOV)

MOV yra įtaisas, naudojamas apsaugai nuo viršįtampių. Jį sudaro metalo oksido dalelės, tolygiai paskirstytos keraminėje matricoje, kurios gali tapti laidžios, kai įtampa viršija vardinę vertę, taip sugerdama viršįtampio energiją ir apsaugodama kitus grandinės įrenginius.

MOV charakteristika yra jos netiesinės varžos charakteristikos. Įprastos darbinės įtampos diapazone MOV pasižymi dideliu atsparumu ir beveik neturi įtakos grandinei. Tačiau kai įtampa staiga padidėja ir viršija vardinę įtampą, MOV greitai pereina į mažos varžos būseną, kad sugertų viršįtampio energiją ir nukreiptų ją į žemę ar kitus mažos varžos kelius.

MOV veikimo principas pagrįstas varistoriaus efektu. Kai įtampa viršija vardinę įtampą, elektrinio lauko stipris tarp oksido dalelių tampa didesnis, todėl varža tarp dalelių mažėja. Tai leidžia MOV užtikrinti labai didelę srovės talpą ir veiksmingai apsaugoti kitas grandines ir įrangą nuo viršįtampio pažeidimų.

Metalo oksido varistoriai dažniausiai naudojami šiose srityse:

1. Apsauga nuo viršįtampių: MOV daugiausia naudojama apsaugai nuo viršįtampių, kad įtampa neviršytų vardinės vertės, kurią gali atlaikyti įrenginys arba grandinė. Kai atsiranda viršįtampio sąlyga, MOV greitai reaguoja ir įsijungia, nukreipdamas viršįtampą į žemę ar kitus mažos varžos kelius, kad apsaugotų kitus jautrius komponentus.

2. Apsauga nuo viršįtampių: MOV dažniausiai naudojami elektros linijose ir ryšio linijose, siekiant apsaugoti įrangą nuo galios viršįtampių (įtampos mutacijų). Jie gali sugerti ir slopinti pereinamąsias įtampos smailes, apsaugodami įrangą nuo galimos žalos.

3. Apsauga nuo viršįtampių: MOV taip pat plačiai naudojami apsaugai nuo viršįtampių, kad būtų išvengta elektroninės įrangos ir grandinių pažeidimo, kurį sukelia žaibo smūgiai, galios viršįtampiai ir kiti elektromagnetiniai trukdžiai. Jie gali sugerti ir išsklaidyti viršįtampio energiją, apsaugodami įrangą nuo trumpalaikių viršįtampių.

Tinkamo MOV pasirinkimas priklauso nuo reikiamos vardinės įtampos, didžiausios srovės talpos ir reakcijos laiko. Vardinė MOV įtampa turi būti šiek tiek didesnė už maksimalią saugomos grandinės darbinę įtampą, o maksimali srovės talpa turi atitikti sistemos reikalavimus. Reagavimo laikas turi būti pakankamai greitas, kad būtų užtikrintas greitas atsakas į viršįtampą.

Metalo oksido varistoriai yra komponentai, naudojami apsaugai nuo viršįtampių, kurie sugeria viršįtampio energiją ir apsaugo kitas grandines bei įrangą nuo pažeidimų. Jie atlieka svarbų vaidmenį tokiose srityse kaip apsauga nuo viršįtampių, apsauga nuo viršįtampių ir apsauga nuo viršįtampių.

3. Laikinosios įtampos slopintuvas (TVS)

Pereinamosios įtampos slopintuvas (TVS) yra elektroninis prietaisas, naudojamas trumpalaikei viršįtampai slopinti. Jis gali greitai reaguoti ir sugerti viršįtampio energiją bei veiksmingai apsaugoti, kai staiga pasikeičia įtampa arba atsiranda trumpalaikė įtampa, neleidžianti įtampai viršyti nustatytos ribos.

TVS įrenginių veikimo principas pagrįstas gedimo įtampos efektu. Kai grandinėje atsiranda trumpalaikis viršįtampis, TVS įrenginys greitai persijungs į žemos varžos būseną, nukreipdamas viršįtampio energiją į žemę ar kitus mažos varžos kelius. Sugerdamas ir išsklaidydamas viršįtampio energiją, TVS įrenginys gali apriboti įtampos kilimo greitį ir apsaugoti kitus jautrius komponentus.

TVS įrenginiai paprastai yra sudaryti iš dujų išlydžio vamzdžių (Gas Discharge Tube, GDT) arba silicio karbido diodų (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). Dujų išlydžio vamzdžiai sudaro iškrovos kelią, pagrįstą dujomis, kai įtampa yra per aukšta, o silicio karbido diodai naudoja specialias silicio karbido medžiagų savybes, kad sudarytų laidų kelią esant gedimo įtampai.

Pereinamosios įtampos slopintuvai dažniausiai naudojami šiose srityse:

1. Apsauga nuo viršįtampių: TVS įrenginiai daugiausia naudojami apsaugai nuo viršįtampių, kad būtų išvengta viršįtampio, kurį sukelia žaibo smūgiai, galios viršįtampiai, galios paieškos ir kiti elektromagnetiniai trukdžiai. Jie gali sugerti ir slopinti pereinamąsias įtampos smailes, kad apsaugotų grandines ir įrangą nuo pažeidimų.

2. Ryšio linijos apsauga: TVS įrenginiai plačiai naudojami ryšio linijose, siekiant apsaugoti įrangą nuo galios paieškų ir elektromagnetinių trukdžių. Jie gali greitai reaguoti ir sugerti pereinamuosius viršįtampius, kad apsaugotų stabilų ryšio įrangos veikimą.

3. Maitinimo linijos apsauga: TVS įrenginiai taip pat naudojami elektros linijos apsaugai, kad elektros energijos paieškos ir kiti viršįtampio įvykiai nepažeistų maitinimo įrangos. Jie gali sugerti ir išsklaidyti viršįtampio energiją, kad apsaugotų normalų maitinimo įrangos veikimą.

Tinkamo TVS įrenginio pasirinkimas priklauso nuo reikiamos vardinės įtampos, didžiausios srovės galios ir reakcijos laiko. Vardinė TVS įrenginio įtampa turi būti šiek tiek didesnė už maksimalią saugomos grandinės darbinę įtampą, o maksimali srovės talpa turi atitikti sistemos reikalavimus. Reagavimo laikas turi būti pakankamai greitas, kad būtų užtikrintas savalaikis pereinamųjų viršįtampių slopinimas.

Pereinamosios įtampos slopintuvai atlieka svarbų vaidmenį apsaugos nuo viršįtampių, ryšių linijų apsaugos ir elektros linijų apsaugos srityse.

4. Saugiklis

Saugiklis yra įprastas elektroninis komponentas, naudojamas grandinėms ir įrenginiams apsaugoti nuo žalos, kurią sukelia viršsrovė. Tai pasyvios apsaugos įtaisas, kuris neleidžia tekėti per didelės srovės, atjungdamas grandinę.

Saugiklis paprastai yra pagamintas iš plonos vielos arba vielos su maža pertraukimo srove. Kai srovė grandinėje viršija vardinę saugiklio srovę, saugiklio viduje esantis siūlas įkais ir išsilydys, nutraukdamas srovės srautą.

Pagrindinės saugiklių savybės ir veikimo principai yra šie:

1. Nominali srovė: Saugiklio vardinė srovė nurodo didžiausią srovės vertę, kurią jis gali saugiai atlaikyti. Kai srovė viršija vardinę srovę, saugiklis išsilydys, kad sustabdytų srovės tekėjimą.

2. Perdegimo laikas: Saugiklio sudegimo laikas reiškia laiką nuo tada, kai srovė viršija vardinę srovę, iki tada, kai jis perdega. Perdegimo laikas priklauso nuo saugiklio konstrukcijos ir savybių, paprastai nuo kelių milisekundžių iki kelių sekundžių.

3. Pertraukimo galia: Pertraukimo galia reiškia maksimalią srovę arba energiją, kurią saugiklis gali saugiai sulaužyti. Saugiklio pertraukimo galia turi atitikti grandinės apkrovą ir trumpojo jungimo srovę, kad būtų užtikrinta, jog srovę būtų galima veiksmingai nutraukti gedimo sąlygomis.

4. Tipas: Yra daugybė saugiklių tipų, įskaitant greito veikimo, vėluojančius, aukštos įtampos ir kt. Skirtingų tipų saugikliai tinka skirtingiems naudojimo scenarijams ir reikalavimams.

Pagrindinė saugiklio funkcija yra apsaugoti grandinėje nuo perkrovos. Kai srovė grandinėje padidėja neįprastai, o tai gali sukelti grandinės gedimą arba sugadinti įrangą, saugiklis greitai perdegs ir nutrauks srovės tekėjimą, taip apsaugodamas grandinę ir įrangą nuo pažeidimų.

Renkantis tinkamą saugiklį, reikia atsižvelgti į tokius veiksnius kaip grandinės vardinė srovė, trumpojo jungimo srovė, vardinė įtampa ir aplinkos sąlygos. Tinkamai parinkus saugiklį galima užtikrinti grandinės saugumą ir patikimumą bei efektyvią apsaugą nuo perkrovos.

5. Neigiamo temperatūros koeficiento termistorius (NTC termistorius)

Neigiamo temperatūros koeficiento termistorius yra elektroninis komponentas, kurio varžos vertė mažėja kylant temperatūrai.

NTC termistoriai dažniausiai gaminami iš metalų oksidų arba puslaidininkinių medžiagų. Medžiagos gardinėje struktūroje yra legiruojamos tam tikros priemaišos, kurios trukdo elektronų judėjimui gardelėje. Kylant temperatūrai, temperatūrai jautrioje medžiagoje esančių elektronų energija didėja, susilpnėja elektronų ir priemaišų sąveika, todėl didėja elektronų migracijos greitis ir laidumas bei mažėja varžos reikšmė.

NTC termistorių charakteristikos ir pritaikymai apima:

1. Temperatūros jutiklis: Kadangi NTC termistorių varžos vertė yra atvirkščiai proporcinga temperatūrai, jie plačiai naudojami kaip temperatūros jutikliai. Išmatavus varžos vertę, galima nustatyti aplinkos temperatūros pokytį.

2. Temperatūros kompensavimas: NTC termistoriai gali būti naudojami temperatūros kompensavimo grandinėse. Dėl charakteristikos, kad jo varžos vertė kinta priklausomai nuo temperatūros, ją galima jungti nuosekliai arba lygiagrečiai su kitais komponentais (pvz., termistoriais ir rezistoriais), kad būtų užtikrintas stabilus grandinės veikimas esant skirtingoms temperatūroms.

3. Temperatūros valdymas: NTC termistoriai gali atlikti svarbų vaidmenį temperatūros valdymo grandinėse. Stebint pasipriešinimo vertės pokytį, galima valdyti šildymo elemento arba aušinimo elemento veikimą, kad būtų palaikoma stabili būsena tam tikrame temperatūros diapazone.

4. Maitinimo apsauga: NTC termistoriai taip pat gali būti naudojami maitinimo apsaugai. Maitinimo grandinėse jie gali būti naudojami kaip apsaugai nuo viršsrovių. Kai srovė viršija tam tikrą slenkstį, dėl sumažėjusios varžos vertės, jie gali apriboti srovės srautą ir apsaugoti maitinimo šaltinį bei kitas grandines nuo žalos, kurią sukelia per didelė srovė.

Apibendrinant galima teigti, kad NTC termistoriai yra termiškai jautrūs komponentai su neigiamu temperatūros koeficientu, kurių varžos vertė mažėja kylant temperatūrai. Jie plačiai naudojami temperatūros jutimui, temperatūros kompensavimui, temperatūros valdymui ir maitinimo šaltinio apsaugai.

6. Polimerinis teigiamas temperatūros koeficientas (PPTC)

PPTC elektroniniai saugikliai taip pat yra apsaugos nuo viršsrovių įtaisas. Jie turi mažą varžą, tačiau kai srovė viršija vardinę vertę, atsiranda šiluminis efektas, dėl kurio atsparumas didėja, ribojantis srovės srautą. Paprastai jie naudojami kaip atstatomi saugikliai arba apsaugos nuo viršsrovių įtaisai. PPTC komponentai yra pagaminti iš specialių polimerinių medžiagų ir turi teigiamą temperatūros koeficientą.

PPTC komponentų varža paprastai būna maža kambario temperatūroje, todėl komponente gali tekėti srovei be didelio įtampos kritimo. Tačiau, kai atsiranda viršsrovė, PPTC komponentas įkaista dėl padidėjusios srovės, einančios per jį. Didėjant temperatūrai, polimerinės medžiagos atsparumas žymiai padidėja.

Pagrindinė PPTC komponento savybė yra jo gebėjimas apriboti srovės srautą gedimo sąlygomis. Kai srovė viršija vardinę ribą, PPTC komponentas įkaista ir jo varža greitai didėja. Ši didelės varžos būsena veikia kaip iš naujo nustatomas saugiklis, veiksmingai ribojantis srovę, kad apsaugotų grandinę ir prijungtus komponentus.

Pašalinus gedimo sąlygą ir srovei nukritus žemiau tam tikros ribos, PPTC komponentas atvėsta ir jo varža grįžta į mažesnę vertę. Dėl šios iš naujo nustatomos charakteristikos PPTC komponentai skiriasi nuo tradicinių saugiklių, todėl jų nereikia keisti išjungus.

PPTC komponentai naudojami įvairiose elektroninėse grandinėse ir sistemose, kurioms reikalinga apsauga nuo viršsrovių. Jie dažniausiai naudojami maitinimo šaltiniuose, akumuliatorių paketuose, varikliuose, ryšių įrangoje ir automobilių elektronikoje. PPTC komponentai turi privalumų, tokių kaip mažas dydis, iš naujo nustatomas veikimas ir greitas reagavimas į viršsrovių įvykius.

Renkantis PPTC komponentą, reikia atsižvelgti į svarbius parametrus, įskaitant vardinę įtampą, srovę ir laikymo srovę. Vardinė įtampa turi būti didesnė už grandinės darbinę įtampą, o srovės vardinė vertė turi atitikti didžiausią numatomą srovę. Laikymo srovė nurodo srovės lygį, kuriam esant elementas suveikia ir padidina varžą.

PPTC elementai užtikrina patikimą, iš naujo nustatomą elektroninių grandinių apsaugą nuo viršsrovių, taip padidindami saugumą ir patikimumą.