Hvilke metoder bruger PCBA-ingeniører ofte til at beskytte kredsløb?

Beskyttelsesanordningerbruges til at beskytte kredsløb og udstyr mod strømsvigt eller anden skade. Her er flere almindelige typer beskyttelsesenheder og deres beskrivelser:

1. Diode

En diode er en elektronisk enhed, der bruges til at styre strømretningen. I kredsløb bruges dioder ofte til at forhindre omvendt strøm i at strømme ind eller for at beskytte andre enheder mod overspænding.

En spændingsregulatordiode, også kendt som en spændingsregulator eller Zener-diode, er en specialdesignet diode, der bruges til at give en stabil spændingsudgang.

Det karakteristiske ved en spændingsregulatordiode er dens omvendte gennembrudsspænding (zenerspænding). Når den omvendte spænding overstiger dens specifikke gennembrudsspænding, går spændingsregulatordioden ind i en omvendt gennembrudstilstand og leder strøm. Sammenlignet med almindelige dioder er spændingsregulatordioder omhyggeligt designet til at opretholde en stabil spænding i det omvendte nedbrudsområde.

Arbejdsprincippet for en spændingsregulatordiode er baseret på spændingsnedbrydningseffekten. Når spændingen er under dens omvendte gennembrudsspænding, opretholder dioden en stabil spænding over sine to ender, hvilket tillader omvendt strøm at strømme igennem. Denne karakteristik gør det muligt for spændingsregulatordioden at give en stabil referencespænding i et kredsløb eller stabilisere indgangsspændingen ved en bestemt værdi.

Zenerdioder bruges almindeligvis i følgende applikationer:

1. Spændingsregulering: Zenerdioder kan bruges som spændingsregulatorer i kredsløb for at stabilisere indgangsspændingen ved en bestemt udgangsspænding. Dette er meget vigtigt for elektroniske enheder og kredsløb, der kræver stabil spænding.

2. Referencespænding: Zenerdioder kan bruges som referencespændingskilder i kredsløb. Ved at vælge den passende Zener-diode kan der tilvejebringes en fast referencespænding til kalibrering og sammenligning af andre signaler.

3. Spændingsregulering: Zenerdioder kan også bruges til spændingsreguleringsfunktioner i kredsløb. Ved at styre Zener-diodens strømflow kan spændingsværdien i kredsløbet justeres for at opnå den ønskede spændingsreguleringsfunktion.

Valget af Zener-dioder afhænger af den nødvendige stabile spænding og driftsstrøm. De har forskellige gennembrudsspændinger og effektkarakteristika, så de skal evalueres ud fra specifikke applikationer og krav, når man vælger Zener-dioder.

Zener-dioder er specialdesignede dioder, der kan give stabile spændingsudgange. De er meget brugt i elektroniske kredsløb til funktioner som spændingsregulering, referencespænding og spændingsregulering.

2. Metaloxidvaristor (MOV)

MOV er en enhed, der bruges til overspændingsbeskyttelse. Den er sammensat af metaloxidpartikler jævnt fordelt i en keramisk matrix, som kan blive ledende, når spændingen overstiger dens nominelle værdi, og derved absorbere energien fra overspændingen og beskytte andre enheder i kredsløbet.

Det karakteristiske ved MOV er dets ikke-lineære modstandskarakteristika. Inden for det normale driftsspændingsområde udviser MOV en høj modstandstilstand og har næsten ingen effekt på kredsløbet. Men når spændingen pludselig stiger til at overstige dens nominelle spænding, skifter MOV hurtigt til en lav modstandstilstand for at absorbere energien fra overspændingen og dirigere den til jorden eller andre lavimpedansveje.

Arbejdsprincippet for MOV er baseret på varistoreffekten. Når spændingen overstiger dens mærkespænding, bliver den elektriske feltstyrke mellem oxidpartiklerne større, så modstanden mellem partiklerne falder. Dette gør det muligt for MOV at levere meget høj strømkapacitet og effektivt beskytte andre kredsløb og udstyr mod overspændingsskader.

Metaloxidvaristorer bruges almindeligvis i følgende applikationer:

1. Overspændingsbeskyttelse: MOV bruges hovedsageligt til overspændingsbeskyttelse for at forhindre spændingen i at overstige den nominelle værdi, som enheden eller kredsløbet kan modstå. Når en overspændingstilstand opstår, reagerer MOV hurtigt og tænder og dirigerer overspændingen til jorden eller andre lavimpedansveje for at beskytte andre følsomme komponenter.

2. Overspændingsbeskyttelse: MOV'er bruges almindeligvis i elledninger og kommunikationslinjer for at beskytte udstyr mod strømstød (spændingsmutationer). De er i stand til at absorbere og undertrykke transiente spændingstoppe, hvilket forhindrer udstyr i at blive beskadiget.

3. Overspændingsbeskyttelse: MOV'er bruges også i vid udstrækning i overspændingsbeskyttere for at forhindre beskadigelse af elektronisk udstyr og kredsløb forårsaget af lynnedslag, strømstød og anden elektromagnetisk interferens. De er i stand til at absorbere og sprede overspændingsenergi og beskytter udstyr mod forbigående overspændinger.

Valg af passende MOV afhænger af den nødvendige nominelle spænding, maksimal strømkapacitet og responstid. MOV'ens nominelle spænding skal være lidt højere end den maksimale driftsspænding for det kredsløb, der skal beskyttes, mens den maksimale strømkapacitet skal opfylde systemets krav. Responstiden skal være hurtig nok til at sikre en hurtig reaktion på overspænding.

Metaloxidvaristorer er komponenter, der bruges til overspændingsbeskyttelse, der absorberer overspændingsenergi og beskytter andre kredsløb og udstyr mod beskadigelse. De spiller en vigtig rolle inden for områder som overspændingsbeskyttelse, overspændingsbeskyttelse og overspændingsbeskyttelse.

3. Transient Voltage Suppressor (TVS)

Transient Voltage Suppressor (TVS) er en elektronisk enhed, der bruges til at undertrykke transient overspænding. Den kan reagere hurtigt og absorbere energien fra overspænding og kan yde effektiv beskyttelse, når spændingen ændrer sig pludseligt, eller der opstår transient spænding, hvilket forhindrer spændingen i at overskride den indstillede tærskel.

Arbejdsprincippet for TVS-enheder er baseret på nedbrydningsspændingseffekten. Når der opstår en transient overspænding i kredsløbet, vil TVS-enheden hurtigt skifte til en lavimpedanstilstand, hvilket leder overspændingens energi til jorden eller andre lavimpedansveje. Ved at absorbere og sprede energien fra overspændingen kan TVS-enheden begrænse spændingsstigningshastigheden og beskytte andre følsomme komponenter.

TVS-enheder er normalt sammensat af gasudladningsrør (Gas Discharge Tube, GDT) eller siliciumcarbiddioder (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). Gasudladningsrør danner en udladningsvej baseret på gas, når spændingen er for høj, mens siliciumcarbiddioder bruger siliciumcarbidmaterialernes særlige egenskaber til at danne en ledende bane under nedbrydningsspændingen.

Transientspændingsundertrykkere bruges almindeligvis i følgende applikationer:

1. Overspændingsbeskyttelse: TVS-enheder bruges hovedsageligt til overspændingsbeskyttelse for at forhindre overspænding forårsaget af lynnedslag, strømstød, strømsøgninger og anden elektromagnetisk interferens. De kan absorbere og undertrykke transiente spændingstoppe for at beskytte kredsløb og udstyr mod beskadigelse.

2. Kommunikationslinjebeskyttelse: TVS-enheder bruges i vid udstrækning i kommunikationslinjer for at beskytte udstyr mod strømsøgninger og elektromagnetisk interferens. De kan hurtigt reagere og absorbere forbigående overspændinger for at beskytte den stabile drift af kommunikationsudstyr.

3. Strømledningsbeskyttelse: TVS-enheder bruges også til strømledningsbeskyttelse for at forhindre strømsøgninger og andre overspændingshændelser fra at beskadige strømforsyningsudstyret. De kan absorbere og sprede overspændingsenergi for at beskytte den normale drift af strømforsyningsudstyr.

Valg af den passende TVS-enhed afhænger af den nødvendige nominelle spænding, maksimal strømkapacitet og responstid. TVS-enhedens nominelle spænding skal være lidt højere end den maksimale driftsspænding for det kredsløb, der skal beskyttes, og den maksimale strømkapacitet skal opfylde systemets krav. Responstiden skal være hurtig nok til at sikre rettidig undertrykkelse af transiente overspændinger.

Transiente spændingsundertrykkere spiller en vigtig rolle inden for overspændingsbeskyttelse, kommunikationsledningsbeskyttelse og strømledningsbeskyttelse.

4. Sikring

En sikring er en almindelig elektronisk komponent, der bruges til at beskytte kredsløb og enheder mod skader forårsaget af overstrøm. Det er en passiv beskyttelsesenhed, der forhindrer overdreven strøm i at flyde ved at afbryde kredsløbet.

En sikring er normalt lavet af en tynd ledning eller ledning med lav brudstrøm. Når strømmen i kredsløbet overstiger sikringens mærkestrøm, vil glødetråden inde i sikringen varmes op og smelte, hvilket afbryder strømstrømmen.

Hovedfunktionerne og arbejdsprincipperne for sikringer er som følger:

1. Nominel strøm: En sikrings mærkestrøm refererer til den maksimale strømværdi, den sikkert kan modstå. Når strømmen overstiger mærkestrømmen, vil sikringen smelte for at stoppe strømmen i at flyde.

2. Blow Time: Blow-tiden for en sikring refererer til tiden, fra strømmen overstiger den nominelle strøm, til den springer. Blæsetiden afhænger af sikringens design og karakteristika, normalt mellem et par millisekunder og et par sekunder.

3. Brydekapacitet: Brydekapacitet refererer til den maksimale strøm eller energi, som en sikring sikkert kan bryde. Sikringens brydeevne skal passe til kredsløbets belastning og kortslutningsstrøm for at sikre, at strømmen effektivt kan afbrydes under fejlforhold.

4. Type: Der er mange typer sikringer, herunder hurtigvirkende, tidsforsinkelse, højspænding osv. Forskellige typer sikringer er velegnede til forskellige anvendelsesscenarier og krav.

Hovedfunktionen af ​​en sikring er at give overbelastningsbeskyttelse i et kredsløb. Når strømmen i et kredsløb stiger unormalt, hvilket kan forårsage et kredsløbsfejl eller beskadigelse af udstyr, vil sikringen hurtigt springe og afbryde strømmen og derved beskytte kredsløbet og udstyret mod beskadigelse.

Når du vælger en passende sikring, skal faktorer såsom kredsløbets mærkestrøm, kortslutningsstrøm, mærkespænding og miljøforhold tages i betragtning. Korrekt valg af en sikring kan sikre kredsløbets sikkerhed og pålidelighed og give effektiv overbelastningsbeskyttelse.

5. Negativ temperaturkoefficienttermistor (NTC-termistor)

Negativ temperaturkoefficient termistor er en elektronisk komponent, hvis modstandsværdi falder, når temperaturen stiger.

NTC termistorer er normalt lavet af metaloxider eller halvledermaterialer. I materialets gitterstruktur doteres visse urenheder, som forstyrrer elektronernes bevægelse i gitteret. Når temperaturen stiger, øges energien af ​​elektronerne i det temperaturfølsomme materiale, og samspillet mellem elektronerne og urenhederne svækkes, hvilket resulterer i en stigning i elektronernes migrationshastighed og ledningsevne og et fald i modstandsværdien.

NTC termistors egenskaber og anvendelser omfatter:

1. Temperaturføler: Da modstandsværdien af ​​NTC-termistorer er omvendt proportional med temperaturen, bruges de i vid udstrækning som temperaturfølere. Ved at måle modstandsværdien kan ændringen i den omgivende temperatur bestemmes.

2. Temperaturkompensation: NTC termistorer kan bruges i temperaturkompensationskredsløb. På grund af den egenskab, at dens modstandsværdi ændres med temperaturen, kan den forbindes i serie eller parallelt med andre komponenter (såsom termistorer og modstande) for at opnå stabil drift af kredsløbet ved forskellige temperaturer.

3. Temperaturkontrol: NTC termistorer kan spille en vigtig rolle i temperaturkontrolkredsløb. Ved at overvåge ændringen i modstandsværdien kan driften af ​​varmeelementet eller køleelementet styres til at opretholde en stabil tilstand inden for et specifikt temperaturområde.

4. Strømforsyningsbeskyttelse: NTC termistorer kan også bruges til strømforsyningsbeskyttelse. I strømforsyningskredsløb kan de bruges som overstrømsbeskyttere. Når strømmen overstiger en vis tærskel, på grund af faldet i modstandsværdien, kan de begrænse strømstrømmen og beskytte strømforsyningen og andre kredsløb mod skade forårsaget af overdreven strøm.

Sammenfattende er NTC-termistorer termisk følsomme komponenter med en negativ temperaturkoefficient, hvis modstandsværdi falder, når temperaturen stiger. De bruges i vid udstrækning til temperaturføling, temperaturkompensation, temperaturkontrol og strømforsyningsbeskyttelse.

6. Polymer positiv temperaturkoefficient (PPTC)

PPTC elektroniske sikringer er også en overstrømsbeskyttelsesanordning. De har lav modstand, men når strømmen overstiger den nominelle værdi, opstår der en termisk effekt, hvilket får modstanden til at stige, hvilket begrænser strømstrømmen. De bruges normalt som nulstillelige sikringer eller overstrømsbeskyttelsesanordninger. PPTC-komponenter er lavet af specielle polymermaterialer og har en modstandskarakteristik af en positiv temperaturkoefficient.

Modstanden af ​​PPTC-komponenter er normalt lav ved stuetemperatur, hvilket tillader strøm at flyde i komponenten uden et væsentligt spændingsfald. Men når en overstrømstilstand opstår, opvarmes PPTC-komponenten på grund af den øgede strøm, der passerer gennem den. Når temperaturen stiger, øges modstanden af ​​polymermaterialet betydeligt.

Nøglekarakteristikken for PPTC-komponenten er dens evne til at begrænse strømstrømmen under fejltilstande. Når strømmen overstiger den nominelle tærskel, opvarmes PPTC-komponenten, og dens modstand øges hurtigt. Denne høje modstandstilstand fungerer som en nulstillelig sikring, der effektivt begrænser strømmen for at beskytte kredsløbet og tilsluttede komponenter.

Når fejltilstanden er fjernet, og strømmen falder under en vis tærskel, afkøles PPTC-komponenten, og dens modstand vender tilbage til en lavere værdi. Denne nulstillelige egenskab gør PPTC-komponenter anderledes end traditionelle sikringer, og de skal ikke udskiftes efter udløsning.

PPTC-komponenter bruges i en række elektroniske kredsløb og systemer, der kræver overstrømsbeskyttelse. De bruges almindeligvis i strømforsyninger, batteripakker, motorer, kommunikationsudstyr og bilelektronik. PPTC-komponenter har fordele såsom lille størrelse, nulstillelig drift og hurtig reaktion på overstrømshændelser.

Når du vælger en PPTC-komponent, skal vigtige parametre tages i betragtning, herunder nominel spænding, strøm og holdestrøm. Den nominelle spænding skal være højere end kredsløbets driftsspænding, mens den nominelle strømstyrke skal svare til den maksimale forventede strøm. Holdestrømmen specificerer det strømniveau, ved hvilket elementet tripper og øger modstanden.

PPTC-elementer giver pålidelig, nulstillelig overstrømsbeskyttelse til elektroniske kredsløb, der hjælper med at forbedre sikkerheden og pålideligheden.