Milliseid meetodeid PCBA insenerid sageli vooluahelate kaitsmiseks kasutavad?

Kaitseseadmedkasutatakse vooluahelate ja seadmete kaitsmiseks voolukatkestuse või muude kahjustuste eest. Siin on mitu levinumat kaitseseadmete tüüpi ja nende kirjeldused:

1. Diood

Diood on elektrooniline seade, mida kasutatakse voolu suuna juhtimiseks. Ahelates kasutatakse sageli dioode, et vältida pöördvoolu sissevoolu või kaitsta teisi seadmeid ülepinge eest.

Pingeregulaatori diood, tuntud ka kui pingeregulaator või Zeneri diood, on spetsiaalselt loodud diood, mida kasutatakse stabiilse pingeväljundi tagamiseks.

Pingeregulaatori dioodi omadus on selle pöördläbilöögipinge (Zeneri pinge). Kui vastupidine pinge ületab oma erilise läbilöögipinge, läheb pingeregulaatori diood vastupidisesse läbilöögiolekusse ja juhib voolu. Võrreldes tavaliste dioodidega on pingeregulaatori dioodid hoolikalt kavandatud, et säilitada stabiilne pinge vastupidises rikke piirkonnas.

Pingeregulaatori dioodi tööpõhimõte põhineb pinge läbilöögiefektil. Kui pinge on alla tagasilöögipinge, säilitab diood oma kahe otsa vahel stabiilse pinge, võimaldades pöördvoolul läbi voolata. See omadus võimaldab pingeregulaatori dioodil tagada ahelas stabiilse võrdluspinge või stabiliseerida sisendpinge kindla väärtuse juures.

Zeneri dioode kasutatakse tavaliselt järgmistes rakendustes:

1. Pinge reguleerimine: Zeneri dioode saab kasutada vooluahelates pingeregulaatoritena, et stabiliseerida sisendpinget kindlal väljundpingel. See on väga oluline elektrooniliste seadmete ja vooluahelate jaoks, mis nõuavad stabiilset pinget.

2. Võrdluspinge: Zeneri dioode saab kasutada vooluahelate võrdluspingeallikatena. Valides sobiva Zeneri dioodi, saab kalibreerimiseks ja teiste signaalide võrdlemiseks pakkuda fikseeritud tugipinget.

3. Pinge reguleerimine: Zeneri dioode saab kasutada ka vooluahelate pinge reguleerimise funktsioonide jaoks. Reguleerides Zeneri dioodi voolu, saab soovitud pinge reguleerimise funktsiooni saavutamiseks ahela pinge väärtust reguleerida.

Zeneri dioodide valik sõltub vajalikust stabiilsest pingest ja töövoolust. Neil on erinevad läbilöögipinged ja võimsusomadused, nii et Zeneri dioodide valimisel tuleb neid hinnata konkreetsete rakenduste ja nõuete alusel.

Zeneri dioodid on spetsiaalselt loodud dioodid, mis suudavad pakkuda stabiilset pingeväljundit. Neid kasutatakse laialdaselt elektroonilistes ahelates selliste funktsioonide jaoks nagu pinge reguleerimine, võrdluspinge ja pinge reguleerimine.

2. Metalloksiidvaristor (MOV)

MOV on ülepingekaitseks kasutatav seade. See koosneb keraamilises maatriksis ühtlaselt jaotunud metalloksiidi osakestest, mis võivad muutuda juhtivaks, kui pinge ületab oma nimiväärtust, neelates seeläbi ülepinge energiat ja kaitstes teisi vooluringi seadmeid.

MOV-i omadus on selle mittelineaarsed takistusomadused. Tavalises tööpinge vahemikus on MOV-l kõrge takistus ja sellel pole vooluringile peaaegu mingit mõju. Kui aga pinge äkitselt tõuseb, et ületada oma nimipinget, lülitub MOV kiiresti madala takistusega olekusse, et neelata ülepinge energiat ja suunata see maapinnale või muudele madala takistusega teedele.

MOV tööpõhimõte põhineb varistori efektil. Kui pinge ületab oma nimipinge, suureneb elektrivälja tugevus oksiidiosakeste vahel, mistõttu osakeste vaheline takistus väheneb. See võimaldab MOV-l pakkuda väga suurt vooluvõimsust ja kaitsta tõhusalt teisi vooluahelaid ja seadmeid ülepingekahjustuste eest.

Metalloksiidvaristoreid kasutatakse tavaliselt järgmistes rakendustes:

1. Ülepingekaitse: MOV-i kasutatakse peamiselt ülepingekaitseks, et pinge ei ületaks nimiväärtust, mida seade või vooluahel talub. Kui tekib ülepinge, reageerib MOV kiiresti ja lülitub sisse, suunates liigpinge maapinnale või muudele madala takistusega teedele, et kaitsta teisi tundlikke komponente.

2. Ülepingekaitse: MOV-sid kasutatakse tavaliselt elektriliinides ja sideliinides, et kaitsta seadmeid voolupingete eest (pingemutatsioonid). Nad on võimelised absorbeerima ja summutama siirdepinge piike, vältides seadme võimalikku kahjustamist.

3. Ülepingekaitse: MOV-e kasutatakse laialdaselt ka liigpingekaitsetes, et vältida elektroonikaseadmete ja vooluahelate kahjustusi, mis on põhjustatud pikselöögist, voolupingetest ja muudest elektromagnetilistest häiretest. Nad on võimelised neelama ja hajutama liigenergiat, kaitstes seadmeid mööduvate liigpingete eest.

Sobiva MOV valimine sõltub nõutavast nimipingest, maksimaalsest vooluvõimsusest ja reaktsiooniajast. MOV-i nimipinge peaks olema veidi kõrgem kui kaitstava vooluahela maksimaalne tööpinge, samas kui maksimaalne vooluvõimsus peaks vastama süsteemi nõuetele. Reaktsiooniaeg peaks olema piisavalt kiire, et tagada kiire reageerimine ülepingele.

Metalloksiidvaristorid on ülepingekaitseks kasutatavad komponendid, mis neelavad ülepingeenergiat ning kaitsevad teisi vooluahelaid ja seadmeid kahjustuste eest. Need mängivad olulist rolli sellistes valdkondades nagu ülepingekaitse, liigpingekaitse ja liigpingekaitse.

3. Transient Voltage Supressor (TVS)

Transient Voltage Suppressor (TVS) on elektrooniline seade, mida kasutatakse mööduva liigpinge summutamiseks. See suudab kiiresti reageerida ja neelata ülepinge energiat ning pakkuda tõhusat kaitset pinge järsu muutumise või mööduva pinge korral, takistades pingel seatud läve ületamast.

TVS seadmete tööpõhimõte põhineb läbilöögipinge efektil. Kui ahelas tekib mööduv liigpinge, lülitub TVS-seade kiiresti madala impedantsiga olekusse, suunates liigpinge energia maapinnale või muudele madala takistusega teedele. Neelades ja hajutades ülepinge energiat, saab TVS-seade piirata pinge tõusu kiirust ja kaitsta teisi tundlikke komponente.

TVS-seadmed koosnevad tavaliselt gaaslahendustorudest (Gas Discharge Tube, GDT) või ränikarbiiddioodidest (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). Gaaslahendustorud moodustavad gaasil põhineva tühjendustee, kui pinge on liiga kõrge, samas kui ränikarbiiddioodid kasutavad ränikarbiidmaterjalide eriomadusi, et moodustada läbilöögipinge all juhtiv tee.

Siirdepinge summutajaid kasutatakse tavaliselt järgmistes rakendustes:

1. Ülepingekaitse: TVS-seadmeid kasutatakse peamiselt liigpingekaitseks, et vältida pikselöögist, voolupingetest, võimsusotsingutest ja muudest elektromagnetilistest häiretest põhjustatud ülepinget. Need võivad neelata ja summutada siirdepinge piike, et kaitsta vooluahelaid ja seadmeid kahjustuste eest.

2. Sideliini kaitse: TVS-seadmeid kasutatakse laialdaselt sideliinides, et kaitsta seadmeid toiteotsingu ja elektromagnetiliste häirete eest. Nad suudavad kiiresti reageerida ja absorbeerida mööduvaid liigpingeid, et kaitsta sideseadmete stabiilset tööd.

3. Elektriliinide kaitse: TVS-seadmeid kasutatakse ka elektriliinide kaitseks, et vältida toiteotsingut ja muid liigpingesündmusi toiteallika seadmete kahjustamisel. Need võivad neelata ja hajutada liigpingeenergiat, et kaitsta toiteallika seadmete normaalset tööd.

Sobiva TVS-seadme valimine sõltub nõutavast nimipingest, maksimaalsest vooluvõimsusest ja reaktsiooniajast. TVS-seadme nimipinge peaks olema veidi kõrgem kui kaitstava vooluahela maksimaalne tööpinge ja maksimaalne vooluvõimsus peaks vastama süsteemi nõuetele. Reaktsiooniaeg peaks olema piisavalt kiire, et tagada mööduvate liigpingete õigeaegne summutamine.

Siirdepinge summutitel on oluline roll liigpingekaitse, sideliinide kaitse ja elektriliinide kaitse valdkonnas.

4. Kaitsme

Kaitsmed on tavaline elektrooniline komponent, mida kasutatakse vooluahelate ja seadmete kaitsmiseks liigvoolust põhjustatud kahjustuste eest. See on passiivne kaitseseade, mis takistab vooluringi lahtiühendamisega liigse voolu voolamist.

Kaitsmed on tavaliselt valmistatud õhukesest traadist või väikese katkestusvooluga traadist. Kui vooluahela vool ületab kaitsme nimivoolu, kuumeneb kaitsme sees olev hõõgniit ja sulab, katkestades voolu.

Kaitsmete peamised omadused ja tööpõhimõtted on järgmised:

1. Nimivool: kaitsme nimivool viitab maksimaalsele vooluväärtusele, mida see ohutult talub. Kui vool ületab nimivoolu, sulab kaitsme voolu peatamiseks.

2. Puhkeaeg: Kaitsme läbipõlemisaeg viitab ajale, mil vool ületab nimivoolu, kuni selle läbipõlemiseni. Läbipõlemisaeg sõltub kaitsme konstruktsioonist ja omadustest, tavaliselt mõnest millisekundist kuni mõne sekundini.

3. Katkestusvõime: Katkestusvõime viitab maksimaalsele voolule või energiale, mille kaitsme võib ohutult puruneda. Kaitsme katkestusvõime peab vastama vooluahela koormusele ja lühisvoolule, et tagada voolu tõhus katkestamine rikketingimustes.

4. Tüüp: Seal on mitut tüüpi kaitsmeid, sealhulgas kiire toimega, viivitusega, kõrgepinge jne. Erinevat tüüpi kaitsmed sobivad erinevatele rakendusstsenaariumidele ja nõuetele.

Kaitsme põhiülesanne on tagada vooluringis ülekoormuskaitse. Kui voolutugevus vooluringis suureneb ebanormaalselt, mis võib põhjustada vooluringi rikke või seadme kahjustamise, siis kaitse kiiresti läbi põleb ja katkestab voolu, kaitstes sellega vooluahelat ja seadmeid kahjustuste eest.

Sobiva kaitsme valimisel tuleb arvesse võtta selliseid tegureid nagu vooluahela nimivool, lühisvool, nimipinge ja keskkonnatingimused. Kaitsme õige valimine võib tagada vooluahela ohutuse ja töökindluse ning tõhusa ülekoormuskaitse.

5. Negatiivse temperatuuri koefitsiendi termistor (NTC termistor)

Negatiivse temperatuuriteguri termistor on elektrooniline komponent, mille takistuse väärtus väheneb temperatuuri tõustes.

NTC termistorid on tavaliselt valmistatud metalloksiididest või pooljuhtmaterjalidest. Materjali võrestruktuuris on dopeeritud teatud lisandid, mis segavad elektronide liikumist võres. Temperatuuri tõustes suureneb temperatuuritundlikus materjalis olevate elektronide energia ning elektronide ja lisandite vastastikmõju nõrgeneb, mille tulemusena suureneb elektronide migratsioonikiirus ja juhtivus ning väheneb takistuse väärtus.

NTC termistoride omadused ja rakendused hõlmavad järgmist:

1. Temperatuuriandur: Kuna NTC termistoride takistuse väärtus on pöördvõrdeline temperatuuriga, kasutatakse neid laialdaselt temperatuurianduritena. Takistuse väärtust mõõtes saab määrata ümbritseva keskkonna temperatuuri muutuse.

2. Temperatuuri kompenseerimine: NTC termistoreid saab kasutada temperatuuri kompenseerimise ahelates. Tänu sellele, et selle takistuse väärtus muutub koos temperatuuriga, saab selle ühendada järjestikku või paralleelselt teiste komponentidega (nt termistorid ja takistid), et saavutada ahela stabiilne töö erinevatel temperatuuridel.

3. Temperatuuri reguleerimine: NTC termistorid võivad mängida olulist rolli temperatuuri reguleerimise ahelates. Takistuse väärtuse muutust jälgides saab reguleerida kütteelemendi või jahutuselemendi tööd, et säilitada stabiilne olek kindlas temperatuurivahemikus.

4. Toiteallika kaitse: NTC termistoreid saab kasutada ka toiteallika kaitseks. Toiteahelates saab neid kasutada liigvoolukaitsetena. Kui vool ületab teatud künnise, võivad need takistuse väärtuse languse tõttu piirata voolu voolu ja kaitsta toiteallikat ja muid vooluahelaid liigse voolu põhjustatud kahjustuste eest.

Kokkuvõtlikult võib öelda, et NTC termistorid on negatiivse temperatuurikoefitsiendiga termiliselt tundlikud komponendid, mille takistuse väärtus temperatuuri tõustes väheneb. Neid kasutatakse laialdaselt temperatuuri tuvastamisel, temperatuuri kompenseerimisel, temperatuuri reguleerimisel ja toiteallika kaitsel.

6. Polümeerne positiivne temperatuurikoefitsient (PPTC)

PPTC elektroonilised kaitsmed on ka ülevoolukaitseseade. Neil on madal takistus, kuid kui vool ületab nimiväärtuse, tekib termiline efekt, mis põhjustab takistuse suurenemist, piirates voolu voolu. Tavaliselt kasutatakse neid lähtestatavate kaitsmete või liigvoolukaitseseadmetena. PPTC komponendid on valmistatud spetsiaalsetest polümeermaterjalidest ja neil on positiivse temperatuurikoefitsiendiga iseloomulik takistus.

PPTC komponentide takistus on toatemperatuuril tavaliselt madal, võimaldades voolul voolata komponendis ilma olulise pingelanguseta. Kui aga tekib liigvoolu seisund, kuumeneb PPTC komponent seda läbiva suurenenud voolu tõttu. Temperatuuri tõustes suureneb polümeermaterjali vastupidavus oluliselt.

PPTC komponendi peamine omadus on selle võime piirata voolu voolu rikketingimustes. Kui vool ületab nimiläve, kuumeneb PPTC komponent ja selle takistus suureneb kiiresti. See suure takistusega olek toimib lähtestatava kaitsmena, piirates tõhusalt voolu, et kaitsta vooluahelat ja ühendatud komponente.

Kui tõrkeseisund on kõrvaldatud ja vool langeb alla teatud läve, jahtub PPTC komponent ja selle takistus naaseb madalamale väärtusele. See lähtestatav omadus eristab PPTC komponendid traditsioonilistest kaitsmetest ja neid ei pea pärast väljalülitamist välja vahetama.

PPTC komponente kasutatakse mitmesugustes elektroonikaahelates ja süsteemides, mis nõuavad ülevoolukaitset. Neid kasutatakse tavaliselt toiteallikates, akudes, mootorites, sideseadmetes ja autoelektroonikas. PPTC komponentidel on eelised, nagu väiksus, lähtestatav töö ja kiire reageerimine liigvoolujuhtumitele.

PPTC komponendi valimisel tuleb arvesse võtta olulisi parameetreid, sealhulgas nimipinget, voolu ja hoidevoolu. Nimipinge peaks olema kõrgem kui vooluahela tööpinge, samas kui voolu nimi peaks vastama maksimaalsele eeldatavale voolule. Hoidevool määrab voolutaseme, mille juures element rakendub ja suurendab takistust.

PPTC elemendid pakuvad elektroonilistele vooluahelatele usaldusväärset lähtestatavat ülevoolukaitset, aidates parandada ohutust ja töökindlust.