PCBA инженерлері тізбектерді қорғау үшін қандай әдістерді жиі пайдаланады?

Қорғаныс құрылғыларытізбектер мен жабдықты электр қуатының бұзылуынан немесе басқа зақымдардан қорғау үшін қолданылады. Мұнда қорғаныс құрылғыларының бірнеше жалпы түрлері және олардың сипаттамасы берілген:

1. Диод

Диод - ток ағынының бағытын басқаруға арналған электрондық құрылғы. Тізбектерде диодтар көбінесе кері токтың ағуын болдырмау немесе басқа құрылғыларды шамадан тыс кернеуден қорғау үшін қолданылады.

Кернеу реттегішінің диоды, сондай-ақ кернеу реттегіші немесе стабилдік диод ретінде белгілі, тұрақты кернеу шығысын қамтамасыз ету үшін қолданылатын арнайы жасалған диод.

Кернеу реттегішінің диодының сипаттамасы оның кері бұзылу кернеуі (Zener кернеуі). Кері кернеу өзінің меншікті бұзылу кернеуінен асып кеткенде, кернеу реттегішінің диоды кері бұзылу күйіне еніп, ток өткізеді. Қарапайым диодтармен салыстырғанда, кернеу реттегішінің диодтары кері бұзылу аймағында тұрақты кернеуді сақтау үшін мұқият жасалған.

Кернеу реттегішінің диодының жұмыс принципі кернеуді бұзу әсеріне негізделген. Кернеу кері ыдырау кернеуінен төмен болғанда, диод оның екі ұшында тұрақты кернеуді сақтайды, бұл кері токтың өтуіне мүмкіндік береді. Бұл сипаттама кернеу реттегішінің диодына тізбектегі тұрақты анықтамалық кернеуді қамтамасыз етуге немесе кіріс кернеуін белгілі бір мәнде тұрақтандыруға мүмкіндік береді.

Стабилдік диодтар келесі қолданбаларда жиі қолданылады:

1. Кернеуді реттеу: стабилдік диодтарды белгілі бір шығыс кернеуінде кіріс кернеуін тұрақтандыру үшін тізбектерде кернеу реттегіштері ретінде пайдалануға болады. Бұл тұрақты кернеуді қажет ететін электронды құрылғылар мен тізбектер үшін өте маңызды.

2. Анықтамалық кернеу: стабилдік диодтарды тізбектерде эталондық кернеу көздері ретінде пайдалануға болады. Сәйкес стабилдік диодты таңдау арқылы басқа сигналдарды калибрлеу және салыстыру үшін тіркелген тірек кернеуін қамтамасыз етуге болады.

3. Кернеуді реттеу: стабилдік диодтарды тізбектердегі кернеуді реттеу функциялары үшін де пайдалануға болады. Стабилдік диодтың ток ағынын басқару арқылы тізбектегі кернеу мәнін қажетті кернеуді реттеу функциясына қол жеткізу үшін реттеуге болады.

Стабилдік диодтарды таңдау қажетті тұрақты кернеуге және жұмыс токына байланысты. Олардың әртүрлі бұзылу кернеулері мен қуат сипаттамалары бар, сондықтан оларды стабилдік диодтарды таңдау кезінде арнайы қолданбалар мен талаптар негізінде бағалау қажет.

Стабилдік диодтар - тұрақты кернеу шығыстарын қамтамасыз ете алатын арнайы жасалған диодтар. Олар электронды тізбектерде кернеуді реттеу, анықтамалық кернеу және кернеуді реттеу сияқты функциялар үшін кеңінен қолданылады.

2. Металл оксиді варисторы (MOV)

MOV - асқын кернеуден қорғау үшін қолданылатын құрылғы. Ол керамикалық матрицада біркелкі таралған металл оксидінің бөлшектерінен тұрады, олар кернеу өзінің номиналды мәнінен асқан кезде өткізгіштікке айнала алады, осылайша асқын кернеудің энергиясын сіңіреді және тізбектегі басқа құрылғыларды қорғайды.

MOV сипаттамасы оның сызықты емес қарсылық сипаттамалары болып табылады. Қалыпты жұмыс кернеуінің диапазонында MOV жоғары қарсылық күйін көрсетеді және тізбекке дерлік әсер етпейді. Дегенмен, кернеу кенеттен оның номиналды кернеуінен асып кеткенде, MOV шамадан тыс кернеудің энергиясын сіңіріп, оны жерге немесе басқа төмен кедергі жолдарына бағыттау үшін төмен қарсылық күйіне тез ауысады.

MOV жұмыс принципі варисторлық әсерге негізделген. Кернеу өзінің номиналды кернеуінен асқанда оксид бөлшектері арасындағы электр өрісінің кернеулігі үлкен болады, осылайша бөлшектер арасындағы кедергі азаяды. Бұл MOV-ке өте жоғары ток сыйымдылығын қамтамасыз етуге және басқа тізбектер мен жабдықты асқын кернеудің зақымдануынан тиімді қорғауға мүмкіндік береді.

Металл оксидінің варисторлары келесі қолданбаларда жиі қолданылады:

1. Асқын кернеуден қорғау: MOV негізінен кернеудің құрылғы немесе тізбек төтеп бере алатын номиналды мәннен асып кетуін болдырмау үшін асқын кернеуден қорғау үшін қолданылады. Асқын кернеу жағдайы орын алған кезде, MOV жылдам жауап береді және басқа сезімтал компоненттерді қорғау үшін асқын кернеуді жерге немесе басқа төмен кедергі жолдарына бағыттайды.

2. Кернеуден қорғау: MOV жиі электр желілері мен байланыс желілерінде жабдықты ток кернеуінен (кернеу мутацияларынан) қорғау үшін қолданылады. Олар жабдықты ықтимал зақымданудан сақтай отырып, өтпелі кернеудің шыңдарын жұтып, басуға қабілетті.

3. Ток соғудан қорғау: MOV-лар найзағай соғуы, қуат кернеуінің жоғарылауы және басқа электромагниттік кедергілерден туындаған электрондық жабдық пен тізбектердің зақымдалуын болдырмау үшін кернеуден қорғағыштарда кеңінен қолданылады. Олар жабдықты өтпелі асқын кернеулерден қорғай отырып, асқын кернеуді сіңіріп, тарата алады.

Сәйкес MOV таңдау қажетті номиналды кернеуге, максималды ток сыйымдылығына және жауап беру уақытына байланысты. MOV номиналды кернеуі қорғалатын тізбектің максималды жұмыс кернеуінен сәл жоғары болуы керек, ал максималды ток сыйымдылығы жүйенің талаптарына сәйкес болуы керек. Жауап беру уақыты шамадан тыс кернеуге жылдам жауап беру үшін жеткілікті жылдам болуы керек.

Металл оксидінің варисторлары - асқын кернеуден қорғау үшін қолданылатын компоненттер, олар асқын кернеу энергиясын сіңіреді және басқа тізбектер мен жабдықты зақымданудан қорғайды. Олар асқын кернеуден қорғау, асқын кернеуден қорғау және асқын кернеуден қорғау сияқты салаларда маңызды рөл атқарады.

3. Өтпелі кернеуді басатын құрал (TVS)

Transient Voltage Supressor (TVS) – өтпелі асқын кернеуді басуға арналған электрондық құрылғы. Ол тез жауап беріп, асқын кернеудің энергиясын сіңіре алады және кернеу кенет өзгергенде немесе өтпелі кернеу пайда болғанда, кернеудің белгіленген шекті мәннен асып кетуіне жол бермей, тиімді қорғанысты қамтамасыз ете алады.

TVS құрылғыларының жұмыс принципі бұзылу кернеуінің әсеріне негізделген. Тізбекте өтпелі асқын кернеу пайда болғанда, TVS құрылғысы асқын кернеудің энергиясын жерге немесе басқа төмен кедергі жолдарына бағыттай отырып, төмен кедергі күйіне тез ауысады. Артық кернеудің энергиясын сіңіру және тарату арқылы TVS құрылғысы кернеудің көтерілу жылдамдығын шектей алады және басқа сезімтал компоненттерді қорғай алады.

TVS құрылғылары әдетте газ разрядтық түтіктерден (Gas Discharge Tube, GDT) немесе кремний карбиді диодтарынан (Silicon Carbide Diode, SiC Diode) тұрады. Газ разрядтық түтіктер кернеу тым жоғары болған кезде газға негізделген разряд жолын құрайды, ал кремний карбидті диодтар бұзылу кернеуі кезінде өткізгіш жолды қалыптастыру үшін кремний карбиді материалдарының ерекше қасиеттерін пайдаланады.

Өтпелі кернеуді сөндіргіштер әдетте келесі қолданбаларда қолданылады:

1. Ток соғудан қорғау: TVS құрылғылары негізінен найзағай соғуы, электр қуатының ұлғаюы, қуатты іздеу және басқа электромагниттік кедергілерден туындаған асқын кернеуді болдырмау үшін асқын кернеуден қорғау үшін қолданылады. Олар тізбектер мен жабдықты зақымданудан қорғау үшін өтпелі кернеу шыңдарын жұтып, басуы мүмкін.

2. Байланыс желісін қорғау: TVS құрылғылары жабдықты қуатты іздеуден және электромагниттік кедергілерден қорғау үшін байланыс желілерінде кеңінен қолданылады. Олар байланыс жабдығының тұрақты жұмысын қорғау үшін өтпелі асқын кернеулерге тез жауап бере алады және қабылдай алады.

3. Қуат желісін қорғау: TVS құрылғылары сонымен қатар электр қуатын іздеу және басқа асқын кернеу оқиғаларының қуат көзі жабдығына зақым келтірмеу үшін электр желісін қорғау үшін қолданылады. Олар электрмен жабдықтау жабдығының қалыпты жұмысын қорғау үшін асқын кернеу энергиясын сіңіріп, тарата алады.

Сәйкес TVS құрылғысын таңдау қажетті номиналды кернеуге, максималды ток сыйымдылығына және жауап беру уақытына байланысты. TVS құрылғысының номиналды кернеуі қорғалатын тізбектің максималды жұмыс кернеуінен сәл жоғары болуы керек, ал максималды ток сыйымдылығы жүйенің талаптарына сәйкес болуы керек. Жауап беру уақыты өтпелі асқын кернеулерді уақтылы басуды қамтамасыз ету үшін жеткілікті жылдам болуы керек.

Өтпелі кернеуді сөндіргіштер асқын кернеуден қорғау, байланыс желісін қорғау және электр желісін қорғау салаларында маңызды рөл атқарады.

4. Сақтандырғыш

Сақтандырғыш тізбектер мен құрылғыларды шамадан тыс токтың зақымдануынан қорғау үшін қолданылатын жалпы электрондық компонент болып табылады. Бұл тізбекті ажырату арқылы артық токтың ағып кетуіне жол бермейтін пассивті қорғаныс құрылғысы.

Сақтандырғыш әдетте жұқа сымнан немесе аз үзілу тогы бар сымнан жасалады. Тізбектегі ток сақтандырғыштың номиналды токынан асып кеткенде, сақтандырғыштың ішіндегі жіп қызады және ериді, ток ағынын кеседі.

Сақтандырғыштардың негізгі ерекшеліктері мен жұмыс принциптері келесідей:

1. Номиналды ток: сақтандырғыштың номиналды тогы оның қауіпсіз төтеп бере алатын максималды ток мәнін білдіреді. Ток номиналды токтан асқанда, сақтандырғыш токтың ағуын тоқтату үшін еріп кетеді.

2. Соққы уақыты: сақтандырғыштың жану уақыты ток номиналды токтан асып кеткеннен бастап оның жанғанға дейінгі уақытты білдіреді. Соққы уақыты сақтандырғыштың дизайны мен сипаттамаларына байланысты, әдетте бірнеше миллисекунд пен бірнеше секунд аралығында болады.

3. Үзіліс сыйымдылығы: үзу сыйымдылығы сақтандырғыш қауіпсіз сынуы мүмкін максималды ток немесе энергияны білдіреді. Сақтандырғыштың ажырату сыйымдылығы ақаулық жағдайында токты тиімді түрде өшіру үшін тізбектің жүктемесі мен қысқа тұйықталу тогына сәйкес болуы керек.

4. Түрі: Сақтандырғыштардың көптеген түрлері бар, соның ішінде жылдам әрекет ететін, уақытты кешіктіретін, жоғары кернеу және т.б. Сақтандырғыштардың әртүрлі түрлері әртүрлі қолдану сценарийлері мен талаптарға сай келеді.

Сақтандырғыштың негізгі функциясы тізбектегі шамадан тыс жүктемеден қорғауды қамтамасыз ету болып табылады. Тізбектегі ток шамадан тыс артқанда, бұл тізбектің істен шығуына немесе жабдықтың зақымдалуына әкелуі мүмкін, сақтандырғыш тез жанып, ток ағынын өшіреді, осылайша тізбек пен жабдықты зақымданудан қорғайды.

Сәйкес сақтандырғышты таңдағанда, тізбектің номиналды тогы, қысқа тұйықталу тогы, номиналды кернеу және қоршаған орта жағдайлары сияқты факторларды ескеру қажет. Сақтандырғышты дұрыс таңдау тізбектің қауіпсіздігі мен сенімділігін қамтамасыз етеді және артық жүктемеден тиімді қорғанысты қамтамасыз етеді.

5. Термистордың теріс температуралық коэффициенті (NTC термисторы)

Термистордың теріс температуралық коэффициенті - бұл температура жоғарылаған сайын кедергі мәні төмендейтін электрондық компонент.

NTC термисторлары әдетте металл оксидтерінен немесе жартылай өткізгіш материалдардан жасалады. Материалдың торлы құрылымында тордағы электрондардың қозғалысына кедергі келтіретін белгілі бір қоспалар легирленген. Температура жоғарылаған сайын температураға сезімтал материалдағы электрондардың энергиясы артады, ал электрондар мен қоспалар арасындағы өзара әрекеттесу әлсірейді, нәтижесінде электрондардың миграция жылдамдығы мен өткізгіштігі артып, қарсылық мәні төмендейді.

NTC термисторларының сипаттамалары мен қолданылуы мыналарды қамтиды:

1. Температура сенсоры: NTC термисторларының кедергі мәні температураға кері пропорционал болғандықтан, олар температура сенсорлары ретінде кеңінен қолданылады. Қарсылық мәнін өлшеу арқылы қоршаған орта температурасының өзгеруін анықтауға болады.

2. Температура компенсациясы: NTC термисторларын температураны өтеу схемаларында пайдалануға болады. Оның қарсылық мәні температураға байланысты өзгеретін сипаттамаға байланысты, әртүрлі температураларда тізбектің тұрақты жұмысына қол жеткізу үшін оны басқа компоненттермен (мысалы, термисторлар мен резисторлар) тізбектей немесе параллель қосуға болады.

3. Температураны бақылау: NTC термисторлары температураны реттеу схемаларында маңызды рөл атқара алады. Қарсылық мәнінің өзгеруін бақылау арқылы белгілі бір температура диапазонында тұрақты күйді сақтау үшін қыздыру элементінің немесе салқындатқыш элементтің жұмысын басқаруға болады.

4. Қуат көзін қорғау: NTC термисторларын қуат көзін қорғау үшін де пайдалануға болады. Электрмен жабдықтау тізбектерінде оларды токтан қорғағыш ретінде пайдалануға болады. Ток белгілі бір шекті мәннен асқанда, қарсылық мәнінің төмендеуіне байланысты, олар ток ағынын шектей алады және ток көзін және басқа тізбектерді шамадан тыс ток әсерінен болатын зақымданудан қорғай алады.

Қорытындылай келе, NTC термисторлары теріс температура коэффициенті бар термосезімтал компоненттер болып табылады, олардың қарсылық мәні температура жоғарылаған сайын төмендейді. Олар температураны анықтауда, температураны компенсациялауда, температураны бақылауда және қуат көзін қорғауда кеңінен қолданылады.

6. Полимерлік оң температура коэффициенті (PPTC)

PPTC электрондық сақтандырғыштары сонымен қатар токтан қорғау құрылғысы болып табылады. Олардың кедергісі төмен, бірақ ток номиналды мәннен асып кеткенде, ток ағынын шектейтін кедергінің жоғарылауына әкелетін жылу эффектісі пайда болады. Олар әдетте қалпына келтірілетін сақтандырғыштар немесе шамадан тыс токтан қорғау құрылғылары ретінде пайдаланылады. PPTC құрамдастары арнайы полимерлі материалдардан жасалған және оң температуралық коэффициентке тән қарсылыққа ие.

PPTC құрамдастарының кедергісі әдетте бөлме температурасында төмен болады, бұл компонентте кернеудің айтарлықтай төмендеуінсіз токтың ағуына мүмкіндік береді. Дегенмен, шамадан тыс ток жағдайы орын алған кезде, PPTC компоненті ол арқылы өтетін токтың жоғарылауына байланысты қызады. Температура жоғарылаған сайын полимерлі материалдың кедергісі айтарлықтай артады.

PPTC компонентінің негізгі сипаттамасы оның ақаулық жағдайында ток ағынын шектеу қабілеті болып табылады. Ток номиналды шегінен асқанда PPTC компоненті қызады және оның кедергісі тез артады. Бұл жоғары қарсылық күйі тізбекті және қосылған компоненттерді қорғау үшін токты тиімді шектейтін қалпына келтірілетін сақтандырғыш ретінде әрекет етеді.

Ақаулық жағдай жойылғаннан кейін және ток белгілі бір шекті мәннен төмен түссе, PPTC компоненті салқындайды және оның кедергісі төменірек мәнге оралады. Бұл қалпына келтірілетін сипаттама PPTC құрамдастарын дәстүрлі сақтандырғыштардан ерекшелендіреді және оларды өшіргеннен кейін ауыстыру қажет емес.

PPTC компоненттері шамадан тыс токтан қорғауды қажет ететін әртүрлі электрондық схемалар мен жүйелерде қолданылады. Олар әдетте қуат көздерінде, аккумулятор жинақтарында, қозғалтқыштарда, байланыс жабдықтарында және автомобиль электроникасында қолданылады. PPTC құрамдастарында шағын өлшем, қалпына келтірілетін жұмыс және шамадан тыс ток оқиғаларына жылдам жауап беру сияқты артықшылықтар бар.

PPTC компонентін таңдаған кезде маңызды параметрлерді, соның ішінде номиналды кернеуді, токты және ұстау тогын ескеру қажет. Номиналды кернеу тізбектің жұмыс кернеуінен жоғары болуы керек, ал токтың номиналды мәні максималды күтілетін токқа сәйкес келуі керек. Ұстап тұрған ток элементтің тоқтап, қарсылықты арттыратын ағымдағы деңгейін көрсетеді.

PPTC элементтері қауіпсіздік пен сенімділікті жақсартуға көмектесетін электрондық тізбектер үшін сенімді, қайта реттелетін асқын ток қорғанысын қамтамасыз етеді.