Какие методы инженеры PCBA часто используют для защиты цепей?

Устройства защитыиспользуются для защиты цепей и оборудования от сбоев питания или других повреждений. Вот несколько распространенных типов защитных устройств и их описания:

1. Диод

Диод — это электронное устройство, используемое для управления направлением тока. В схемах диоды часто используются для предотвращения протекания обратного тока или для защиты других устройств от перенапряжения.

Диод-регулятор напряжения, также известный как стабилизатор напряжения или стабилитрон, представляет собой специально разработанный диод, используемый для обеспечения стабильного выходного напряжения.

Характеристикой диода стабилизатора напряжения является его обратное напряжение пробоя (напряжение Зенера). Когда обратное напряжение превышает удельное напряжение пробоя, диод стабилизатора напряжения переходит в состояние обратного пробоя и проводит ток. По сравнению с обычными диодами, диоды стабилизатора напряжения тщательно спроектированы для поддержания стабильного напряжения в области обратного пробоя.

Принцип работы диода стабилизатора напряжения основан на эффекте пробоя напряжения. Когда напряжение ниже напряжения обратного пробоя, диод поддерживает стабильное напряжение на двух своих концах, позволяя протекать обратному току. Эта характеристика позволяет диоду стабилизатора напряжения обеспечивать стабильное опорное напряжение в цепи или стабилизировать входное напряжение на определенном значении.

Стабилитроны обычно используются в следующих приложениях:

1. Регулирование напряжения. Стабилитроны можно использовать в качестве регуляторов напряжения в цепях для стабилизации входного напряжения при определенном выходном напряжении. Это очень важно для электронных устройств и цепей, требующих стабильного напряжения.

2. Опорное напряжение. Стабилитроны можно использовать в качестве источников опорного напряжения в цепях. Выбрав соответствующий стабилитрон, можно обеспечить фиксированное опорное напряжение для калибровки и сравнения других сигналов.

3. Регулирование напряжения: стабилитроны также можно использовать для функций регулирования напряжения в цепях. Управляя током стабилитрона, значение напряжения в цепи можно регулировать для достижения желаемой функции регулирования напряжения.

Выбор стабилитронов зависит от требуемого стабильного напряжения и рабочего тока. Они имеют разные напряжения пробоя и силовые характеристики, поэтому при выборе стабилитронов их необходимо оценивать с учетом конкретных применений и требований.

Стабилитроны — это специально разработанные диоды, которые могут обеспечивать стабильное выходное напряжение. Они широко используются в электронных схемах для таких функций, как регулирование напряжения, опорное напряжение и регулирование напряжения.

2. Металлооксидный варистор (MOV).

MOV — это устройство, используемое для защиты от перенапряжения. Он состоит из частиц оксидов металлов, равномерно распределенных в керамической матрице, которая может стать проводящей, когда напряжение превышает номинальное значение, тем самым поглощая энергию перенапряжения и защищая другие устройства в цепи.

Особенностью MOV являются его нелинейные характеристики сопротивления. В нормальном диапазоне рабочего напряжения MOV имеет высокое сопротивление и практически не влияет на цепь. Однако, когда напряжение внезапно возрастает и превышает номинальное, MOV быстро переходит в состояние с низким сопротивлением, чтобы поглотить энергию перенапряжения и направить ее на землю или другие пути с низким импедансом.

Принцип работы MOV основан на варисторном эффекте. Когда напряжение превышает номинальное, напряженность электрического поля между частицами оксида становится больше, поэтому сопротивление между частицами уменьшается. Это позволяет MOV обеспечивать очень высокий ток и эффективно защищать другие цепи и оборудование от повреждений, вызванных перенапряжением.

Металлооксидные варисторы обычно используются в следующих приложениях:

1. Защита от перенапряжения: MOV в основном используется для защиты от перенапряжения, чтобы предотвратить превышение напряжения номинального значения, которое может выдержать устройство или цепь. При возникновении перенапряжения MOV быстро реагирует и включается, направляя перенапряжение на землю или другие пути с низким импедансом для защиты других чувствительных компонентов.

2. Защита от перенапряжения. MOV обычно используются в линиях электропередачи и линиях связи для защиты оборудования от скачков напряжения (перемен напряжения). Они способны поглощать и подавлять пики переходного напряжения, предотвращая потенциальное повреждение оборудования.

3. Защита от перенапряжения. MOV также широко используются в сетевых фильтрах для предотвращения повреждения электронного оборудования и цепей, вызванного ударами молнии, скачками напряжения и другими электромагнитными помехами. Они способны поглощать и рассеивать импульсную энергию, защищая оборудование от кратковременных перенапряжений.

Выбор подходящего MOV зависит от требуемого номинального напряжения, максимальной допустимой силы тока и времени срабатывания. Номинальное напряжение MOV должно быть немного выше максимального рабочего напряжения защищаемой цепи, а максимальная токовая нагрузка должна соответствовать требованиям системы. Время реакции должно быть достаточно быстрым, чтобы обеспечить быструю реакцию на перенапряжение.

Металлооксидные варисторы — это компоненты, используемые для защиты от перенапряжения, которые поглощают энергию перенапряжения и защищают другие цепи и оборудование от повреждений. Они играют важную роль в таких областях, как защита от перенапряжения, защита от перенапряжения и защита от перенапряжения.

3. Подавитель переходного напряжения (TVS)

Подавитель переходного напряжения (TVS) — это электронное устройство, используемое для подавления переходного перенапряжения. Он может быстро реагировать и поглощать энергию перенапряжения, а также обеспечивать эффективную защиту при внезапном изменении напряжения или возникновении переходного напряжения, предотвращая превышение напряжения установленного порога.

Принцип работы ТВС-устройств основан на эффекте пробивного напряжения. Когда в цепи возникает переходное перенапряжение, устройство TVS быстро переходит в состояние с низким импедансом, направляя энергию перенапряжения на землю или другие пути с низким импедансом. Поглощая и рассеивая энергию перенапряжения, устройство TVS может ограничить скорость повышения напряжения и защитить другие чувствительные компоненты.

Устройства TVS обычно состоят из газоразрядных трубок (газоразрядная трубка, GDT) или карбидокремниевых диодов (карбид кремния, диод SiC). Газоразрядные трубки образуют путь разряда на основе газа при слишком высоком напряжении, тогда как диоды из карбида кремния используют особые свойства материалов карбида кремния для формирования проводящего пути при напряжении пробоя.

Ограничители переходного напряжения обычно используются в следующих приложениях:

1. Защита от перенапряжения: устройства TVS в основном используются для защиты от перенапряжения, чтобы предотвратить перенапряжение, вызванное ударами молнии, скачками напряжения, поисками напряжения и другими электромагнитными помехами. Они могут поглощать и подавлять пики переходного напряжения для защиты цепей и оборудования от повреждений.

2. Защита линии связи. Устройства ТВС широко используются на линиях связи для защиты оборудования от перебоев в питании и электромагнитных помех. Они могут быстро реагировать и поглощать переходные перенапряжения, обеспечивая стабильную работу оборудования связи.

3. Защита линии электропередачи: устройства TVS также используются для защиты линии электропередачи, чтобы предотвратить повреждение оборудования электропитания при поиске питания и других событиях перенапряжения. Они могут поглощать и рассеивать энергию перенапряжения, обеспечивая нормальную работу оборудования электропитания.

Выбор подходящего устройства TVS зависит от требуемого номинального напряжения, максимальной допустимой силы тока и времени срабатывания. Номинальное напряжение устройства ТВС должно быть несколько выше максимального рабочего напряжения защищаемой цепи, а максимальная токовая нагрузка должна соответствовать требованиям системы. Время реакции должно быть достаточно быстрым, чтобы обеспечить своевременное подавление переходных перенапряжений.

Ограничители переходного напряжения играют важную роль в области защиты от перенапряжения, защиты линий связи и линий электропередачи.

4. Предохранитель

Предохранитель — это обычный электронный компонент, используемый для защиты цепей и устройств от повреждений, вызванных перегрузкой по току. Это пассивное защитное устройство, которое предотвращает протекание чрезмерного тока путем отключения цепи.

Предохранитель обычно изготавливается из тонкой проволоки или проволоки с низким током отключения. Когда ток в цепи превышает номинальный ток предохранителя, нить внутри предохранителя нагревается и плавится, прекращая подачу тока.

Основные особенности и принципы работы предохранителей следующие:

1. Номинальный ток. Номинальный ток предохранителя относится к максимальному значению тока, который он может безопасно выдержать. Когда ток превышает номинальный ток, предохранитель плавится, чтобы остановить протекание тока.

2. Время перегорания: Время перегорания предохранителя — это время с момента, когда ток превышает номинальный ток, до момента его перегорания. Время перегорания зависит от конструкции и характеристик предохранителя и обычно составляет от нескольких миллисекунд до нескольких секунд.

3. Отключающая способность. Отключающая способность означает максимальный ток или энергию, которую предохранитель может безопасно отключить. Отключающая способность предохранителя должна соответствовать нагрузке цепи и току короткого замыкания, чтобы обеспечить эффективное отключение тока в условиях неисправности.

4. Тип: существует множество типов предохранителей, в том числе быстродействующие, с задержкой срабатывания, высоковольтные и т. д. Различные типы предохранителей подходят для различных сценариев применения и требований.

Основная функция предохранителя – обеспечить защиту от перегрузки в цепи. Когда ток в цепи увеличивается аномально, что может привести к выходу из строя цепи или повреждению оборудования, предохранитель быстро перегорает и прекращает подачу тока, тем самым защищая цепь и оборудование от повреждения.

При выборе подходящего предохранителя необходимо учитывать такие факторы, как номинальный ток цепи, ток короткого замыкания, номинальное напряжение и условия окружающей среды. Правильный выбор предохранителя может обеспечить безопасность и надежность цепи, а также обеспечить эффективную защиту от перегрузки.

5. Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (термистор NTC).

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом — это электронный компонент, значение сопротивления которого уменьшается с увеличением температуры.

Термисторы NTC обычно изготавливаются из оксидов металлов или полупроводниковых материалов. В решетчатую структуру материала легированы определенные примеси, мешающие движению электронов в решетке. С повышением температуры энергия электронов в термочувствительном материале увеличивается, а взаимодействие между электронами и примесями ослабевает, что приводит к увеличению скорости миграции и проводимости электронов и уменьшению величины сопротивления.

Характеристики и применение термисторов NTC включают в себя:

1. Датчик температуры. Поскольку значение сопротивления термисторов NTC обратно пропорционально температуре, они широко используются в качестве датчиков температуры. Измерив значение сопротивления, можно определить изменение температуры окружающей среды.

2. Температурная компенсация: термисторы NTC можно использовать в схемах температурной компенсации. Благодаря тому, что значение его сопротивления изменяется в зависимости от температуры, его можно подключать последовательно или параллельно с другими компонентами (например, термисторами и резисторами) для достижения стабильной работы схемы при различных температурах.

3. Контроль температуры: термисторы NTC могут играть важную роль в схемах контроля температуры. Контролируя изменение значения сопротивления, можно контролировать работу нагревательного или охлаждающего элемента для поддержания стабильного состояния в определенном температурном диапазоне.

4. Защита источника питания: термисторы NTC также можно использовать для защиты источника питания. В цепях электропитания их можно использовать в качестве устройств защиты от перегрузки по току. Когда ток превышает определенный порог, из-за падения значения сопротивления они могут ограничить протекание тока и защитить источник питания и другие цепи от повреждений, вызванных чрезмерным током.

Таким образом, термисторы NTC являются термочувствительными компонентами с отрицательным температурным коэффициентом, значение сопротивления которых уменьшается с увеличением температуры. Они широко используются для измерения температуры, температурной компенсации, контроля температуры и защиты источника питания.

6. Полимерный положительный температурный коэффициент (ППТК).

Электронные предохранители PPTC также являются устройством защиты от перегрузки по току. Они имеют низкое сопротивление, но когда ток превышает номинальное значение, возникает тепловой эффект, вызывающий увеличение сопротивления, ограничивающее протекание тока. Обычно они используются в качестве самовосстанавливающихся предохранителей или устройств защиты от перегрузки по току. Компоненты PPTC изготовлены из специальных полимерных материалов и имеют характеристику сопротивления положительному температурному коэффициенту.

Сопротивление компонентов PPTC обычно низкое при комнатной температуре, что позволяет току течь в компоненте без значительного падения напряжения. Однако при возникновении перегрузки по току компонент PPTC нагревается из-за увеличения тока, проходящего через него. С повышением температуры сопротивление полимерного материала значительно возрастает.

Ключевой характеристикой компонента PPTC является его способность ограничивать протекание тока в условиях неисправности. Когда ток превышает номинальный порог, компонент PPTC нагревается, и его сопротивление быстро увеличивается. Это состояние высокого сопротивления действует как самовосстанавливающийся предохранитель, эффективно ограничивая ток для защиты схемы и подключенных компонентов.

Как только состояние неисправности устранено и ток падает ниже определенного порога, компонент PPTC охлаждается, и его сопротивление возвращается к более низкому значению. Эта восстанавливаемая характеристика отличает компоненты PPTC от традиционных предохранителей, и их не нужно заменять после срабатывания.

Компоненты PPTC используются в различных электронных схемах и системах, требующих защиты от перегрузки по току. Они обычно используются в источниках питания, аккумуляторных блоках, двигателях, коммуникационном оборудовании и автомобильной электронике. Компоненты PPTC имеют такие преимущества, как небольшой размер, возможность сброса и быстрая реакция на события перегрузки по току.

При выборе компонента PPTC необходимо учитывать важные параметры, включая номинальное напряжение, ток и ток удержания. Номинальное напряжение должно быть выше рабочего напряжения цепи, а номинальный ток должен соответствовать максимальному ожидаемому току. Ток удержания определяет уровень тока, при котором элемент срабатывает и увеличивает сопротивление.

Элементы PPTC обеспечивают надежную, сбрасываемую защиту от перегрузки по току для электронных цепей, помогая повысить безопасность и надежность.