Welche Methoden verwenden PCBA-Ingenieure häufig zum Schutz von Schaltkreisen?

Schutzgerätedienen dem Schutz von Stromkreisen und Geräten vor Stromausfällen oder anderen Schäden. Hier sind einige gängige Arten von Schutzgeräten und ihre Beschreibungen:

1. Diode

Eine Diode ist ein elektronisches Gerät zur Steuerung der Stromflussrichtung. In Schaltkreisen werden Dioden häufig eingesetzt, um das Einfließen von Rückströmen zu verhindern oder andere Geräte vor Überspannung zu schützen.

Eine Spannungsreglerdiode, auch Spannungsregler oder Zenerdiode genannt, ist eine speziell entwickelte Diode, die für einen stabilen Spannungsausgang sorgt.

Die Charakteristik einer Spannungsreglerdiode ist ihre Sperrspannung (Zenerspannung). Wenn die Sperrspannung ihre spezifische Durchbruchspannung überschreitet, geht die Spannungsreglerdiode in einen Sperrdurchbruchszustand über und leitet Strom. Im Vergleich zu gewöhnlichen Dioden sind Spannungsreglerdioden sorgfältig darauf ausgelegt, eine stabile Spannung im Sperrdurchbruchsbereich aufrechtzuerhalten.

Das Funktionsprinzip einer Spannungsreglerdiode basiert auf dem Spannungsdurchbrucheffekt. Wenn die Spannung unter ihrer Durchbruchspannung in Sperrrichtung liegt, hält die Diode an ihren beiden Enden eine stabile Spannung aufrecht, wodurch ein Rückstrom fließen kann. Diese Eigenschaft ermöglicht es der Spannungsreglerdiode, eine stabile Referenzspannung in einem Stromkreis bereitzustellen oder die Eingangsspannung auf einem bestimmten Wert zu stabilisieren.

Zenerdioden werden üblicherweise in den folgenden Anwendungen verwendet:

1. Spannungsregelung: Zenerdioden können als Spannungsregler in Schaltkreisen verwendet werden, um die Eingangsspannung auf eine bestimmte Ausgangsspannung zu stabilisieren. Dies ist sehr wichtig für elektronische Geräte und Schaltkreise, die eine stabile Spannung benötigen.

2. Referenzspannung: Zenerdioden können als Referenzspannungsquellen in Schaltkreisen verwendet werden. Durch Auswahl der geeigneten Zenerdiode kann eine feste Referenzspannung zur Kalibrierung und zum Vergleich anderer Signale bereitgestellt werden.

3. Spannungsregelung: Zenerdioden können auch zur Spannungsregelung in Schaltkreisen eingesetzt werden. Durch die Steuerung des Stromflusses der Zenerdiode kann der Spannungswert im Stromkreis angepasst werden, um die gewünschte Spannungsregelungsfunktion zu erreichen.

Die Auswahl der Zenerdioden hängt von der erforderlichen stabilen Spannung und dem erforderlichen Betriebsstrom ab. Sie haben unterschiedliche Durchbruchspannungen und Leistungseigenschaften und müssen daher bei der Auswahl von Zener-Dioden anhand spezifischer Anwendungen und Anforderungen bewertet werden.

Zenerdioden sind speziell entwickelte Dioden, die stabile Spannungsausgänge liefern können. Sie werden häufig in elektronischen Schaltkreisen für Funktionen wie Spannungsregelung, Referenzspannung und Spannungsregelung verwendet.

2. Metalloxid-Varistor (MOV)

MOV ist ein Gerät zum Überspannungsschutz. Es besteht aus gleichmäßig in einer Keramikmatrix verteilten Metalloxidpartikeln, die leitend werden können, wenn die Spannung ihren Nennwert überschreitet, wodurch die Energie der Überspannung absorbiert und andere Geräte im Stromkreis geschützt werden.

Das Charakteristikum von MOV sind seine nichtlinearen Widerstandseigenschaften. Im normalen Betriebsspannungsbereich weist MOV einen hohen Widerstandszustand auf und hat nahezu keinen Einfluss auf die Schaltung. Wenn die Spannung jedoch plötzlich ansteigt und die Nennspannung überschreitet, wechselt der MOV schnell in einen Zustand mit niedrigem Widerstand, um die Energie der Überspannung zu absorbieren und sie an die Erde oder andere Pfade mit niedriger Impedanz weiterzuleiten.

Das Funktionsprinzip von MOV basiert auf dem Varistoreffekt. Wenn die Spannung ihre Nennspannung überschreitet, wird die elektrische Feldstärke zwischen den Oxidpartikeln größer, so dass der Widerstand zwischen den Partikeln abnimmt. Dadurch kann MOV eine sehr hohe Stromkapazität bereitstellen und andere Schaltkreise und Geräte wirksam vor Überspannungsschäden schützen.

Metalloxid-Varistoren werden häufig in folgenden Anwendungen eingesetzt:

1. Überspannungsschutz: MOV wird hauptsächlich zum Überspannungsschutz verwendet, um zu verhindern, dass die Spannung den Nennwert überschreitet, dem das Gerät oder der Stromkreis standhalten kann. Wenn ein Überspannungszustand auftritt, reagiert MOV schnell und schaltet sich ein, wobei die Überspannung zur Erde oder zu anderen Pfaden mit niedriger Impedanz geleitet wird, um andere empfindliche Komponenten zu schützen.

2. Überspannungsschutz: MOVs werden häufig in Stromleitungen und Kommunikationsleitungen eingesetzt, um Geräte vor Überspannungen (Spannungsveränderungen) zu schützen. Sie sind in der Lage, transiente Spannungsspitzen zu absorbieren und zu unterdrücken und so potenzielle Geräteschäden zu verhindern.

3. Überspannungsschutz: MOVs werden auch häufig in Überspannungsschutzgeräten eingesetzt, um Schäden an elektronischen Geräten und Schaltkreisen durch Blitzeinschläge, Überspannungen und andere elektromagnetische Störungen zu verhindern. Sie sind in der Lage, Stoßenergie zu absorbieren und abzuleiten und so Geräte vor transienten Überspannungen zu schützen.

Die Auswahl des geeigneten MOV hängt von der erforderlichen Nennspannung, der maximalen Stromkapazität und der Reaktionszeit ab. Die Nennspannung des MOV sollte etwas höher sein als die maximale Betriebsspannung des zu schützenden Stromkreises, während die maximale Stromkapazität den Anforderungen des Systems entsprechen sollte. Die Reaktionszeit sollte schnell genug sein, um eine schnelle Reaktion auf Überspannung zu gewährleisten.

Metalloxid-Varistoren sind Komponenten für den Überspannungsschutz, die Überspannungsenergie absorbieren und andere Schaltkreise und Geräte vor Schäden schützen. Sie spielen eine wichtige Rolle in Bereichen wie Überspannungsschutz, Überspannungsschutz und Überspannungsschutz.

3. Transientenspannungsunterdrücker (TVS)

Transient Voltage Suppressor (TVS) ist ein elektronisches Gerät zur Unterdrückung transienter Überspannungen. Es kann schnell reagieren und die Energie der Überspannung absorbieren und einen wirksamen Schutz bieten, wenn sich die Spannung plötzlich ändert oder eine vorübergehende Spannung auftritt, und verhindert, dass die Spannung den eingestellten Schwellenwert überschreitet.

Das Funktionsprinzip von TVS-Geräten basiert auf dem Durchbruchspannungseffekt. Wenn im Stromkreis eine vorübergehende Überspannung auftritt, wechselt das TVS-Gerät schnell in einen Zustand mit niedriger Impedanz und leitet die Energie der Überspannung zur Erde oder zu anderen Pfaden mit niedriger Impedanz. Durch die Absorption und Verteilung der Energie der Überspannung kann das TVS-Gerät die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit begrenzen und andere empfindliche Komponenten schützen.

TVS-Geräte bestehen üblicherweise aus Gasentladungsröhren (Gas Discharge Tube, GDT) oder Siliziumkarbiddioden (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). Gasentladungsröhren bilden bei zu hoher Spannung einen Entladungspfad auf Gasbasis, während Siliziumkarbiddioden die besonderen Eigenschaften von Siliziumkarbidmaterialien nutzen, um unter der Durchbruchspannung einen leitenden Pfad zu bilden.

Überspannungsableiter werden üblicherweise in den folgenden Anwendungen eingesetzt:

1. Überspannungsschutz: TVS-Geräte werden hauptsächlich zum Überspannungsschutz verwendet, um Überspannungen durch Blitzeinschläge, Stromstöße, Stromdurchbrüche und andere elektromagnetische Störungen zu verhindern. Sie können transiente Spannungsspitzen absorbieren und unterdrücken, um Schaltkreise und Geräte vor Schäden zu schützen.

2. Schutz von Kommunikationsleitungen: TVS-Geräte werden häufig in Kommunikationsleitungen eingesetzt, um Geräte vor Stromdurchbrüchen und elektromagnetischen Störungen zu schützen. Sie können schnell reagieren und transiente Überspannungen absorbieren, um den stabilen Betrieb von Kommunikationsgeräten zu gewährleisten.

3. Stromleitungsschutz: TVS-Geräte werden auch zum Schutz von Stromleitungen verwendet, um zu verhindern, dass Stromsuchen und andere Überspannungsereignisse Schäden an Stromversorgungsgeräten verursachen. Sie können Überspannungsenergie absorbieren und ableiten, um den normalen Betrieb von Stromversorgungsgeräten zu schützen.

Die Auswahl des geeigneten TVS-Geräts hängt von der erforderlichen Nennspannung, der maximalen Stromkapazität und der Reaktionszeit ab. Die Nennspannung des TVS-Geräts sollte etwas höher sein als die maximale Betriebsspannung des zu schützenden Stromkreises und die maximale Stromkapazität sollte den Anforderungen des Systems entsprechen. Die Reaktionszeit sollte schnell genug sein, um eine rechtzeitige Unterdrückung transienter Überspannungen zu gewährleisten.

Überspannungsschutzgeräte spielen eine wichtige Rolle in den Bereichen Überspannungsschutz, Kommunikationsleitungsschutz und Stromleitungsschutz.

4. Sicherung

Eine Sicherung ist ein übliches elektronisches Bauteil, das Schaltkreise und Geräte vor Schäden durch Überstrom schützt. Es handelt sich um ein passives Schutzgerät, das durch Unterbrechen des Stromkreises verhindert, dass übermäßiger Strom fließt.

Eine Sicherung besteht normalerweise aus einem dünnen Draht oder einem Draht mit geringem Ausschaltstrom. Wenn der Strom im Stromkreis den Nennstrom der Sicherung überschreitet, erwärmt sich der Glühfaden in der Sicherung und schmilzt, wodurch der Stromfluss unterbrochen wird.

Die Hauptmerkmale und Funktionsprinzipien von Sicherungen sind wie folgt:

1. Nennstrom: Der Nennstrom einer Sicherung bezieht sich auf den maximalen Stromwert, dem sie sicher standhalten kann. Wenn der Strom den Nennstrom überschreitet, schmilzt die Sicherung und stoppt den Stromfluss.

2. Durchbrennzeit: Die Durchbrennzeit einer Sicherung bezieht sich auf die Zeit vom Überschreiten des Nennstroms bis zum Durchbrennen der Sicherung. Die Auslösezeit hängt vom Design und den Eigenschaften der Sicherung ab und liegt normalerweise zwischen einigen Millisekunden und einigen Sekunden.

3. Ausschaltvermögen: Das Ausschaltvermögen bezieht sich auf den maximalen Strom oder die maximale Energie, die eine Sicherung sicher unterbrechen kann. Das Ausschaltvermögen der Sicherung muss zur Last und zum Kurzschlussstrom des Stromkreises passen, um sicherzustellen, dass der Strom im Fehlerfall effektiv unterbrochen werden kann.

4. Typ: Es gibt viele Arten von Sicherungen, darunter flinke, zeitverzögerte, Hochspannungssicherungen usw. Verschiedene Arten von Sicherungen eignen sich für unterschiedliche Anwendungsszenarien und Anforderungen.

Die Hauptfunktion einer Sicherung besteht darin, einen Überlastschutz in einem Stromkreis bereitzustellen. Wenn der Strom in einem Stromkreis ungewöhnlich ansteigt, was zu einem Stromkreisausfall oder einer Beschädigung der Ausrüstung führen kann, brennt die Sicherung schnell durch und unterbricht den Stromfluss, wodurch der Stromkreis und die Ausrüstung vor Schäden geschützt werden.

Bei der Auswahl einer geeigneten Sicherung müssen Faktoren wie Nennstrom, Kurzschlussstrom, Nennspannung und Umgebungsbedingungen des Stromkreises berücksichtigt werden. Die richtige Auswahl einer Sicherung kann die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Stromkreises gewährleisten und einen wirksamen Überlastschutz bieten.

5. Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Thermistor)

Ein Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten ist eine elektronische Komponente, deren Widerstandswert mit steigender Temperatur abnimmt.

NTC-Thermistoren bestehen üblicherweise aus Metalloxiden oder Halbleitermaterialien. In der Gitterstruktur des Materials sind bestimmte Verunreinigungen dotiert, die die Bewegung der Elektronen im Gitter stören. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Energie der Elektronen im temperaturempfindlichen Material zu und die Wechselwirkung zwischen den Elektronen und den Verunreinigungen wird schwächer, was zu einer Erhöhung der Migrationsgeschwindigkeit und Leitfähigkeit der Elektronen und einer Verringerung des Widerstandswerts führt.

Zu den Eigenschaften und Anwendungen von NTC-Thermistoren gehören:

1. Temperatursensor: Da der Widerstandswert von NTC-Thermistoren umgekehrt proportional zur Temperatur ist, werden sie häufig als Temperatursensoren verwendet. Durch die Messung des Widerstandswertes kann die Änderung der Umgebungstemperatur ermittelt werden.

2. Temperaturkompensation: NTC-Thermistoren können in Temperaturkompensationskreisen verwendet werden. Aufgrund der Eigenschaft, dass sich sein Widerstandswert mit der Temperatur ändert, kann es in Reihe oder parallel mit anderen Komponenten (wie Thermistoren und Widerständen) geschaltet werden, um einen stabilen Betrieb der Schaltung bei unterschiedlichen Temperaturen zu erreichen.

3. Temperaturregelung: NTC-Thermistoren können in Temperaturregelkreisen eine wichtige Rolle spielen. Durch die Überwachung der Änderung des Widerstandswerts kann der Betrieb des Heizelements oder Kühlelements gesteuert werden, um einen stabilen Zustand innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs aufrechtzuerhalten.

4. Stromversorgungsschutz: NTC-Thermistoren können auch zum Stromversorgungsschutz verwendet werden. In Stromversorgungskreisen können sie als Überstromschutz eingesetzt werden. Wenn der Strom aufgrund des Abfalls des Widerstandswerts einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, können sie den Stromfluss begrenzen und die Stromversorgung und andere Schaltkreise vor Schäden durch übermäßigen Strom schützen.

Zusammenfassend handelt es sich bei NTC-Thermistoren um thermisch empfindliche Bauteile mit negativem Temperaturkoeffizienten, deren Widerstandswert mit steigender Temperatur abnimmt. Sie werden häufig zur Temperaturmessung, Temperaturkompensation, Temperaturregelung und zum Schutz der Stromversorgung eingesetzt.

6. Polymerer positiver Temperaturkoeffizient (PPTC)

Elektronische PPTC-Sicherungen sind auch ein Überstromschutzgerät. Sie haben einen geringen Widerstand, aber wenn der Strom den Nennwert überschreitet, tritt ein thermischer Effekt auf, der dazu führt, dass der Widerstand ansteigt und der Stromfluss begrenzt wird. Sie werden üblicherweise als rücksetzbare Sicherungen oder Überstromschutzgeräte verwendet. PPTC-Komponenten bestehen aus speziellen Polymermaterialien und zeichnen sich durch einen positiven Temperaturkoeffizienten aus.

Der Widerstand von PPTC-Komponenten ist bei Raumtemperatur normalerweise niedrig, sodass Strom in der Komponente fließen kann, ohne dass es zu einem nennenswerten Spannungsabfall kommt. Tritt jedoch ein Überstromzustand auf, erwärmt sich die PPTC-Komponente aufgrund des erhöhten Stromflusses. Mit steigender Temperatur erhöht sich der Widerstand des Polymermaterials deutlich.

Das Hauptmerkmal der PPTC-Komponente ist ihre Fähigkeit, den Stromfluss unter Fehlerbedingungen zu begrenzen. Wenn der Strom den Nennschwellenwert überschreitet, erwärmt sich die PPTC-Komponente und ihr Widerstand steigt schnell an. Dieser hochohmige Zustand fungiert als rücksetzbare Sicherung und begrenzt effektiv den Strom, um den Stromkreis und die angeschlossenen Komponenten zu schützen.

Sobald der Fehlerzustand behoben ist und der Strom unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, kühlt die PPTC-Komponente ab und ihr Widerstand sinkt auf einen niedrigeren Wert. Durch diese rücksetzbare Eigenschaft unterscheiden sich PPTC-Komponenten von herkömmlichen Sicherungen und müssen nach dem Auslösen nicht ausgetauscht werden.

PPTC-Komponenten werden in einer Vielzahl elektronischer Schaltkreise und Systeme verwendet, die einen Überstromschutz erfordern. Sie werden häufig in Netzteilen, Batteriesätzen, Motoren, Kommunikationsgeräten und Automobilelektronik verwendet. PPTC-Komponenten bieten Vorteile wie geringe Größe, rücksetzbaren Betrieb und schnelle Reaktion auf Überstromereignisse.

Bei der Auswahl einer PPTC-Komponente müssen wichtige Parameter berücksichtigt werden, darunter Nennspannung, Strom und Haltestrom. Die Nennspannung sollte höher sein als die Betriebsspannung des Stromkreises, während der Nennstrom dem maximal erwarteten Strom entsprechen sollte. Der Haltestrom gibt den Strompegel an, bei dem das Element auslöst und den Widerstand erhöht.

PPTC-Elemente bieten einen zuverlässigen, rücksetzbaren Überstromschutz für elektronische Schaltkreise und tragen so zur Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit bei.