V sodobnih industrijskih in avtomobilskih elektronskih sistemih ima tehnologija zaščite vezij ključno vlogo. Ker se integracija in kompleksnost naprav še naprej povečujeta, so vprašanja, kot so nadtok, prenapetost, elektrostatična razelektritev (ESD) in elektromagnetne motnje (EMI), postala bolj izrazita. Pravilna izbira komponent za zaščito vezja lahko učinkovito podaljša življenjsko dobo naprav in zagotovi stabilnost in zanesljivost sistema.

Kaj je zaščita vezja?

Zaščita tokokrogov se nanaša na ukrepe, sprejete za zaščito elektronskih naprav ali elektroenergetskih sistemov pred nepopravljivimi poškodbami, ki jih povzroči nenormalna napetost, nadtok, kratki stiki, sunki itd. Preprosto povedano, zaščita vezja deluje kot "varnostni ščitnik" elektronskih naprav. Z različnimi komponentami ali rešitvami vodi in absorbira nepravilnosti vezij, da prepreči poškodbe kritičnih komponent. Skupne komponente za zaščito vezja vključujejo, vendar niso omejene na:

Varistor kovinskega oksida (MOV)

Absorbira prenapetostne sunke, da prepreči poškodbe občutljivih komponent.

Prehodna dioda za zatiranje napetosti (TVS)

Hitro se odziva na napetostne konice in ščiti vezje pred prehodnimi sunki.

Cev za izpust plina (GDT)

Znan je po svoji visoki prenapetostni toleranci, ki se običajno uporablja v komunikacijskih napravah in industrijski zaščiti moči.

Varovalka polimernega pozitivnega temperaturnega koeficienta (PPTC)

Prekine vezje med nadtokom in se samodejno obnovi, ko je napaka odpravljena.

Posebne zahteve za industrijsko in avtomobilsko uporabo

V industrijskih okoljih mora oprema prenesti težke pogoje, kot so visoke temperature, vlaga, prah in vibracije. Zato morajo imeti zaščitne komponente značilnosti, kot so odpornost na visoke temperature, visoka napetostna toleranca in dolga življenjska doba. V avtomobilskih aplikacijah morajo elektronske komponente izpolnjevati standarde AEC-Q in morajo biti odporne na udarce, vibracije in široka temperaturna območja (običajno od -40 °C do 125 °C).

Skupne komponente za zaščito vezja in njihove aplikacije

Tukaj je več pogostih komponent za zaščito vezja:

Varistor kovinskega oksida (MOV)

MOV se običajno uporabljajo za prenapetostno zaščito v elektronskih vezjih. Ko pride do prenapetosti, MOV omeji napetost na določeno raven s svojimi nelinearnimi značilnostmi, kar preprečuje poškodbe drugih komponent. MOV se še posebej pogosto uporabljajo v izmeničnih tokokrogih.

Slika 3-1: Varistor kovinskega oksida, 385V

Steklena cev za izpust

Steklena cev za izpust združuje prednosti keramičnih cevi za izpust plina, hkrati pa izpolnjuje višje zahteve glede enosmerne prelomne napetosti. Ima nizko prevodno napetost in visok tok praznjenja, zaradi česar je primeren za težka okolja za zaščito pred strelo. Pogosto se uporablja v avtomobilski in komunikacijski opremi.

Diode za zatiranje prehodne napetosti (diode TVS)

TVS diode igrajo ključno vlogo pri zaščiti vezij, zlasti pri zaščiti občutljivih komponent. Njihova odzivna hitrost je izjemno hitra (v pikosekundnem območju), kar jim omogoča hitro prekinitev prenapetosti. Zato se pogosto uporabljajo za zaščito V / I vrat v kritičnih aplikacijah za prenos podatkov.

Keramična cev za izpust plina

Keramične cevi za izpust plina so ena najpogosteje uporabljenih vrst naprav za zaščito pred prenapetostjo. Imajo pomembno vlogo pri napajanju z enosmernim tokom in prenapetostni zaščiti signala. Njihova struktura ima veliko tokovno nosilnost, majhno kapacitivnost med stopnjami in visoko izolacijsko upornost, ki lahko hitro zaščiti vezje pred poškodbami v primeru strele ali drugih sunkov.

Slika 3-4: Keramična cev za izpust plina

Varovalka polimernega pozitivnega temperaturnega koeficienta (PPTC)

Varovalke PPTC uporabljajo polimerne materiale, ki hitro povečajo upor, ko pride do prekomernega toka, in tako ščitijo vezje. Ko je nadtok izbrisan, se varovalka vrne v začetno stanje nizkega upora, s čimer se izognemo potrebi po pogosti zamenjavi varovalk.

Konstrukcijski premisleki za zaščito vezja v praktičnih aplikacijah

Izberite pravo vrsto komponente:

Izberite komponente z ustrezno hitrostjo odziva in zmogljivostjo ravnanja z energijo glede na specifične scenarije uporabe in potrebe po zaščiti.

Upoštevajte okoljske dejavnike:

V industrijskih in avtomobilskih okoljih upoštevajte vpliv zunanjih pogojev, kot so temperatura, vlažnost in mehanski udarci, na delovanje komponent.

Izpolnite industrijske standarde:

Avtomobilske komponente morajo biti skladne s standardi AEC-Q100 ali AEC-Q200, medtem ko morajo biti industrijske komponente podvržene ustreznim certifikatom visoke zanesljivosti.

Zasnova zaščitne verige:

Uporabite kombinacijo več zaščitnih komponent za oblikovanje večplastne zaščitne verige, ki povečuje splošno zanesljivost sistema.

Prihodnji trendi: pametne in integrirane rešitve

S hitrim razvojem industrije 4.0 in avtomobilske elektronike se tehnologija zaščite vezij še naprej razvija. Po eni strani so se pojavile komponente pametne zaščite, ki vključujejo diagnostične funkcije za spremljanje stanja vezja v realnem času in zagotavljanje povratnih informacij. Po drugi strani pa visoko integrirane zaščitne rešitve pridobivajo na teži. Rešitve z enim čipom, ki integrirajo več zaščitnih funkcij, zmanjšujejo zapletenost zasnove vezja in prihranijo prostor na PCB. Poleg tega trajnostno oblikovanje postaja trend, s poudarkom na povečanju trajnosti in energijske učinkovitosti zaščitnih komponent, da se zmanjša pogostost zamenjave in podpre zeleno elektronsko oblikovanje.

Zaključek

Tehnologija zaščite vezja je temelj zagotavljanja stabilnega delovanja industrijskih in avtomobilskih sistemov. S skrbno izbiro ustreznih zaščitnih komponent in načrtovanjem učinkovitih zaščitnih tokokrogov je mogoče znatno izboljšati varnost in zanesljivost sistemov. Ker aplikacijska okolja postajajo vse bolj zapletena, se bo prihodnja tehnologija zaščite vezij še naprej razvijala v smeri večje inteligence in integracije, kar bo zagotavljalo močno podporo za širši spekter področij uporabe.