Quali metodi utilizzano spesso gli ingegneri PCBA per proteggere i circuiti?

Dispositivi di protezionevengono utilizzati per proteggere circuiti e apparecchiature da interruzioni di corrente o altri danni. Di seguito sono riportati diversi tipi comuni di dispositivi di protezione e le relative descrizioni:

1. Diodo

Un diodo è un dispositivo elettronico utilizzato per controllare la direzione del flusso di corrente. Nei circuiti, i diodi vengono spesso utilizzati per impedire il flusso di corrente inversa o per proteggere altri dispositivi dalla sovratensione.

Un diodo regolatore di tensione, noto anche come regolatore di tensione o diodo Zener, è un diodo appositamente progettato utilizzato per fornire un'uscita di tensione stabile.

La caratteristica di un diodo regolatore di tensione è la sua tensione di rottura inversa (tensione Zener). Quando la tensione inversa supera la sua tensione di rottura specifica, il diodo regolatore di tensione entra in uno stato di rottura inversa e conduce corrente. Rispetto ai diodi ordinari, i diodi regolatori di tensione sono progettati attentamente per mantenere una tensione stabile nella regione di rottura inversa.

Il principio di funzionamento di un diodo regolatore di tensione si basa sull'effetto di rottura della tensione. Quando la tensione è inferiore alla tensione di rottura inversa, il diodo mantiene una tensione stabile tra le sue due estremità, consentendo il flusso della corrente inversa. Questa caratteristica consente al diodo regolatore di tensione di fornire una tensione di riferimento stabile in un circuito o di stabilizzare la tensione di ingresso su un valore specifico.

I diodi Zener sono comunemente usati nelle seguenti applicazioni:

1. Regolazione della tensione: i diodi Zener possono essere utilizzati come regolatori di tensione nei circuiti per stabilizzare la tensione di ingresso a una tensione di uscita specifica. Questo è molto importante per i dispositivi e i circuiti elettronici che richiedono una tensione stabile.

2. Tensione di riferimento: i diodi Zener possono essere utilizzati come sorgenti di tensione di riferimento nei circuiti. Selezionando il diodo Zener appropriato, è possibile fornire una tensione di riferimento fissa per la calibrazione e il confronto di altri segnali.

3. Regolazione della tensione: i diodi Zener possono essere utilizzati anche per funzioni di regolazione della tensione nei circuiti. Controllando il flusso di corrente del diodo Zener, il valore della tensione nel circuito può essere regolato per ottenere la funzione di regolazione della tensione desiderata.

La scelta dei diodi Zener dipende dalla tensione stabile e dalla corrente operativa richieste. Hanno tensioni di rottura e caratteristiche di potenza diverse, quindi devono essere valutati in base ad applicazioni e requisiti specifici quando si selezionano i diodi Zener.

I diodi Zener sono diodi appositamente progettati che possono fornire uscite di tensione stabili. Sono ampiamente utilizzati nei circuiti elettronici per funzioni quali regolazione della tensione, tensione di riferimento e regolazione della tensione.

2. Varistore all'ossido di metallo (MOV)

MOV è un dispositivo utilizzato per la protezione da sovratensione. È composto da particelle di ossido metallico distribuite uniformemente in una matrice ceramica, che può diventare conduttiva quando la tensione supera il suo valore nominale, assorbendo così l'energia della sovratensione e proteggendo altri dispositivi nel circuito.

La caratteristica del MOV sono le sue caratteristiche di resistenza non lineare. All'interno del normale intervallo di tensione operativa, MOV presenta uno stato di elevata resistenza e non ha quasi alcun effetto sul circuito. Tuttavia, quando la tensione aumenta improvvisamente fino a superare la tensione nominale, MOV passa rapidamente a uno stato di bassa resistenza per assorbire l'energia della sovratensione e dirigerla verso terra o altri percorsi a bassa impedenza.

Il principio di funzionamento del MOV si basa sull'effetto varistore. Quando la tensione supera la tensione nominale, l'intensità del campo elettrico tra le particelle di ossido diventa maggiore, così che la resistenza tra le particelle diminuisce. Ciò consente a MOV di fornire una capacità di corrente molto elevata e di proteggere efficacemente altri circuiti e apparecchiature dai danni da sovratensione.

I varistori a ossido di metallo sono comunemente utilizzati nelle seguenti applicazioni:

1. Protezione da sovratensione: MOV viene utilizzato principalmente per la protezione da sovratensione per evitare che la tensione superi il valore nominale che il dispositivo o il circuito può sopportare. Quando si verifica una condizione di sovratensione, MOV risponde rapidamente e si accende, dirigendo la sovratensione verso terra o altri percorsi a bassa impedenza per proteggere altri componenti sensibili.

2. Protezione dalle sovratensioni: i MOV sono comunemente utilizzati nelle linee elettriche e nelle linee di comunicazione per proteggere le apparecchiature dalle sovratensioni (mutazioni di tensione). Sono in grado di assorbire e sopprimere i picchi di tensione transitori, prevenendo potenziali danni alle apparecchiature.

3. Protezione dalle sovratensioni: i MOV sono ampiamente utilizzati anche nei dispositivi di protezione dalle sovratensioni per prevenire danni ad apparecchiature e circuiti elettronici causati da fulmini, sovratensioni e altre interferenze elettromagnetiche. Sono in grado di assorbire e disperdere l'energia di sovratensione, proteggendo le apparecchiature da sovratensioni transitorie.

La selezione del MOV appropriato dipende dalla tensione nominale richiesta, dalla capacità di corrente massima e dal tempo di risposta. La tensione nominale del MOV dovrebbe essere leggermente superiore alla tensione operativa massima del circuito da proteggere, mentre la capacità di corrente massima dovrebbe soddisfare i requisiti del sistema. Il tempo di risposta dovrebbe essere sufficientemente veloce da garantire una risposta rapida alla sovratensione.

I varistori all'ossido di metallo sono componenti utilizzati per la protezione da sovratensione che assorbono l'energia di sovratensione e proteggono altri circuiti e apparecchiature da eventuali danni. Svolgono un ruolo importante in aree quali la protezione da sovratensione, protezione da sovratensione e protezione da sovratensione.

3. Soppressore di tensioni transitorie (TVS)

Il soppressore di tensione transitoria (TVS) è un dispositivo elettronico utilizzato per sopprimere la sovratensione transitoria. Può rispondere rapidamente e assorbire l'energia della sovratensione e può fornire una protezione efficace quando la tensione cambia improvvisamente o si verifica una tensione transitoria, impedendo che la tensione superi la soglia impostata.

Il principio di funzionamento dei dispositivi TVS si basa sull'effetto della tensione di rottura. Quando si verifica una sovratensione transitoria nel circuito, il dispositivo TVS passerà rapidamente a uno stato di bassa impedenza, dirigendo l'energia della sovratensione verso terra o altri percorsi a bassa impedenza. Assorbendo e disperdendo l'energia della sovratensione, il dispositivo TVS può limitare la velocità di aumento della tensione e proteggere altri componenti sensibili.

I dispositivi TVS sono solitamente composti da tubi a scarica di gas (Gas Discharge Tube, GDT) o diodi al carburo di silicio (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). I tubi a scarica di gas formano un percorso di scarica basato sul gas quando la tensione è troppo elevata, mentre i diodi al carburo di silicio sfruttano le proprietà speciali dei materiali al carburo di silicio per formare un percorso conduttivo sotto la tensione di rottura.

I soppressori di tensioni transitorie sono comunemente utilizzati nelle seguenti applicazioni:

1. Protezione dalle sovratensioni: i dispositivi TVS vengono utilizzati principalmente per la protezione dalle sovratensioni per prevenire sovratensioni causate da fulmini, sbalzi di tensione, ricerche di corrente e altre interferenze elettromagnetiche. Possono assorbire e sopprimere i picchi di tensione transitori per proteggere circuiti e apparecchiature da eventuali danni.

2. Protezione della linea di comunicazione: i dispositivi TVS sono ampiamente utilizzati nelle linee di comunicazione per proteggere le apparecchiature dalle ricerche di corrente e dalle interferenze elettromagnetiche. Possono rispondere rapidamente e assorbire le sovratensioni transitorie per proteggere il funzionamento stabile delle apparecchiature di comunicazione.

3. Protezione della linea elettrica: i dispositivi TVS vengono utilizzati anche per la protezione della linea elettrica per evitare che le ricerche di corrente e altri eventi di sovratensione danneggino le apparecchiature di alimentazione. Possono assorbire e disperdere l'energia di sovratensione per proteggere il normale funzionamento delle apparecchiature di alimentazione.

La scelta del dispositivo TVS appropriato dipende dalla tensione nominale richiesta, dalla capacità di corrente massima e dal tempo di risposta. La tensione nominale del dispositivo TVS dovrebbe essere leggermente superiore alla tensione operativa massima del circuito da proteggere e la capacità di corrente massima dovrebbe soddisfare i requisiti del sistema. Il tempo di risposta dovrebbe essere sufficientemente rapido da garantire la soppressione tempestiva delle sovratensioni transitorie.

I soppressori di tensioni transitorie svolgono un ruolo importante nei campi della protezione da sovratensione, protezione delle linee di comunicazione e protezione delle linee elettriche.

4. Fusibile

Un fusibile è un componente elettronico comune utilizzato per proteggere circuiti e dispositivi dai danni causati dalla sovracorrente. È un dispositivo di protezione passiva che impedisce il passaggio di corrente eccessiva scollegando il circuito.

Un fusibile è solitamente costituito da un filo sottile o da un filo con una bassa corrente di interruzione. Quando la corrente nel circuito supera la corrente nominale del fusibile, il filamento all'interno del fusibile si surriscalda e si scioglie, interrompendo il flusso di corrente.

Le caratteristiche principali e i principi di funzionamento dei fusibili sono i seguenti:

1. Corrente nominale: la corrente nominale di un fusibile si riferisce al valore di corrente massimo che può sopportare in sicurezza. Quando la corrente supera la corrente nominale, il fusibile si scioglierà per interrompere il flusso di corrente.

2. Tempo di intervento: il tempo di intervento di un fusibile si riferisce al tempo che intercorre da quando la corrente supera la corrente nominale a quando si brucia. La durata dell'intervento dipende dal design e dalle caratteristiche del fusibile, solitamente tra pochi millisecondi e pochi secondi.

3. Capacità di interruzione: la capacità di interruzione si riferisce alla corrente o energia massima che un fusibile può interrompere in sicurezza. Il potere di interruzione del fusibile deve corrispondere al carico del circuito e alla corrente di cortocircuito per garantire che la corrente possa essere effettivamente interrotta in condizioni di guasto.

4. Tipo: Esistono molti tipi di fusibili, inclusi quelli ad azione rapida, ritardati, ad alta tensione, ecc. Diversi tipi di fusibili sono adatti a diversi scenari e requisiti applicativi.

La funzione principale di un fusibile è fornire protezione da sovraccarico in un circuito. Quando la corrente in un circuito aumenta in modo anomalo, causando un guasto del circuito o danni all'apparecchiatura, il fusibile si brucia rapidamente e interrompe il flusso di corrente, proteggendo così il circuito e l'apparecchiatura da eventuali danni.

Quando si seleziona un fusibile appropriato, è necessario considerare fattori quali la corrente nominale del circuito, la corrente di cortocircuito, la tensione nominale e le condizioni ambientali. La corretta selezione di un fusibile può garantire la sicurezza e l'affidabilità del circuito e fornire un'efficace protezione da sovraccarico.

5. Termistore con coefficiente di temperatura negativo (termistore NTC)

Il termistore a coefficiente di temperatura negativo è un componente elettronico il cui valore di resistenza diminuisce all'aumentare della temperatura.

I termistori NTC sono generalmente realizzati con ossidi metallici o materiali semiconduttori. Nella struttura reticolare del materiale sono drogate alcune impurità che interferiscono con il movimento degli elettroni nel reticolo. All’aumentare della temperatura, l’energia degli elettroni nel materiale sensibile alla temperatura aumenta e l’interazione tra gli elettroni e le impurità si indebolisce, determinando un aumento della velocità di migrazione e della conduttività degli elettroni e una diminuzione del valore di resistenza.

Le caratteristiche e le applicazioni dei termistori NTC includono:

1. Sensore di temperatura: poiché il valore di resistenza dei termistori NTC è inversamente proporzionale alla temperatura, sono ampiamente utilizzati come sensori di temperatura. Misurando il valore della resistenza è possibile determinare la variazione della temperatura ambiente.

2. Compensazione della temperatura: i termistori NTC possono essere utilizzati nei circuiti di compensazione della temperatura. Grazie alla caratteristica che il suo valore di resistenza cambia con la temperatura, può essere collegato in serie o in parallelo con altri componenti (come termistori e resistori) per ottenere un funzionamento stabile del circuito a diverse temperature.

3. Controllo della temperatura: i termistori NTC possono svolgere un ruolo importante nei circuiti di controllo della temperatura. Monitorando la variazione del valore di resistenza, è possibile controllare il funzionamento dell'elemento riscaldante o dell'elemento di raffreddamento per mantenere uno stato stabile entro un intervallo di temperatura specifico.

4. Protezione dell'alimentazione: i termistori NTC possono essere utilizzati anche per la protezione dell'alimentazione. Nei circuiti di alimentazione possono essere utilizzati come protettori di sovracorrente. Quando la corrente supera una certa soglia, a causa del calo del valore della resistenza, possono limitare il flusso di corrente e proteggere l'alimentatore e altri circuiti dai danni causati da una corrente eccessiva.

In sintesi, i termistori NTC sono componenti termicamente sensibili con un coefficiente di temperatura negativo, il cui valore di resistenza diminuisce all'aumentare della temperatura. Sono ampiamente utilizzati nel rilevamento della temperatura, nella compensazione della temperatura, nel controllo della temperatura e nella protezione dell'alimentazione.

6. Coefficiente di temperatura positivo polimerico (PPTC)

I fusibili elettronici PPTC sono anche un dispositivo di protezione da sovracorrente. Hanno una bassa resistenza, ma quando la corrente supera il valore nominale si verifica un effetto termico che fa aumentare la resistenza, limitando il flusso di corrente. Solitamente vengono utilizzati come fusibili ripristinabili o dispositivi di protezione da sovracorrente. I componenti PPTC sono realizzati con materiali polimerici speciali e hanno una caratteristica di resistenza pari a un coefficiente di temperatura positivo.

La resistenza dei componenti PPTC è solitamente bassa a temperatura ambiente, consentendo alla corrente di fluire nel componente senza una significativa caduta di tensione. Tuttavia, quando si verifica una condizione di sovracorrente, il componente PPTC si riscalda a causa dell'aumento della corrente che lo attraversa. All'aumentare della temperatura, la resistenza del materiale polimerico aumenta notevolmente.

La caratteristica chiave del componente PPTC è la sua capacità di limitare il flusso di corrente in condizioni di guasto. Quando la corrente supera la soglia nominale, il componente PPTC si riscalda e la sua resistenza aumenta rapidamente. Questo stato ad alta resistenza agisce come un fusibile ripristinabile, limitando efficacemente la corrente per proteggere il circuito e i componenti collegati.

Una volta rimossa la condizione di guasto e la corrente scende al di sotto di una certa soglia, il componente PPTC si raffredda e la sua resistenza ritorna ad un valore inferiore. Questa caratteristica ripristinabile rende i componenti PPTC diversi dai fusibili tradizionali e non necessitano di essere sostituiti dopo lo sgancio.

I componenti PPTC sono utilizzati in una varietà di circuiti e sistemi elettronici che richiedono protezione da sovracorrente. Sono comunemente utilizzati negli alimentatori, nei pacchi batteria, nei motori, nelle apparecchiature di comunicazione e nell'elettronica automobilistica. I componenti PPTC presentano vantaggi quali dimensioni ridotte, funzionamento ripristinabile e risposta rapida agli eventi di sovracorrente.

Quando si seleziona un componente PPTC, è necessario considerare parametri importanti, tra cui tensione nominale, corrente e corrente di mantenimento. La tensione nominale dovrebbe essere superiore alla tensione operativa del circuito, mentre la corrente nominale dovrebbe corrispondere alla corrente massima prevista. La corrente di mantenimento specifica il livello di corrente al quale l'elemento scatta e aumenta la resistenza.

Gli elementi PPTC forniscono una protezione da sovracorrente affidabile e ripristinabile per i circuiti elettronici, contribuendo a migliorare la sicurezza e l'affidabilità.