În sistemele electronice industriale și auto moderne, tehnologia de protecție a circuitelor joacă un rol crucial. Pe măsură ce integrarea și complexitatea dispozitivelor continuă să crească, probleme precum supracurentul, supratensiunea, descărcarea electrostatică (ESD) și interferențele electromagnetice (EMI) au devenit mai proeminente. Selectarea corectă a componentelor de protecție a circuitului poate prelungi în mod eficient durata de viață a dispozitivelor și poate asigura stabilitatea și fiabilitatea sistemului.

Ce este protecția circuitului?

Protecția circuitelor se referă la măsurile luate pentru a proteja dispozitivele electronice sau sistemele de alimentare de daune ireversibile cauzate de tensiune anormală, supracurent, scurtcircuite, supratensiuni etc. În termeni simpli, protecția circuitelor acționează ca "protecție de siguranță" a dispozitivelor electronice. Prin diverse componente sau soluții, ghidează și absoarbe anomaliile circuitului pentru a preveni deteriorarea componentelor critice. Componentele comune de protecție a circuitului includ, dar nu se limitează la:

Varistor cu oxid de metal (MOV)

Absoarbe supratensiunile pentru a preveni deteriorarea componentelor sensibile.

Diodă de suprimare a tensiunii tranzitorii (TVS)

Răspunde rapid la vârfurile de tensiune, protejând circuitul de supratensiunile tranzitorii.

Tub de descărcare a gazului (GDT)

Cunoscut pentru toleranța sa ridicată la supratensiune, utilizat în mod obișnuit în dispozitivele de comunicații și protecția energiei industriale.

Siguranță polimerică cu coeficient de temperatură pozitiv (PPTC)

Întrerupe circuitul în timpul supracurentului și se recuperează automat după ce defecțiunea este eliminată.

Cerințe speciale pentru aplicații industriale și auto

În mediile industriale, echipamentele trebuie să reziste la condiții dure, cum ar fi temperaturi ridicate, umiditate, praf și vibrații. Prin urmare, componentele de protecție trebuie să aibă caracteristici precum rezistența la temperaturi ridicate, toleranța la înaltă tensiune și durata lungă de viață. În aplicațiile auto, componentele electronice trebuie să îndeplinească standardele AEC-Q și trebuie să fie rezistente la șocuri, vibrații și intervale largi de temperatură (de obicei de la -40°C la 125°C).

Componente comune de protecție a circuitelor și aplicațiile lor

Iată câteva componente comune de protecție a circuitului:

Varistor de oxid de metal (MOV)

MOV-urile sunt utilizate în mod obișnuit pentru protecția la supratensiune în circuitele electronice. Când apare supratensiunea, MOV limitează tensiunea la un anumit nivel prin caracteristicile sale neliniare, prevenind deteriorarea altor componente. MOV-urile sunt utilizate pe scară largă în circuitele de curent alternativ.

Figura 3-1: Varistor cu oxid de metal, 385V

Tub de descărcare din sticlă

Tubul de descărcare din sticlă combină avantajele tuburilor ceramice de descărcare a gazului, îndeplinind în același timp cerințele mai mari de tensiune de rupere DC. Are o tensiune de conducție scăzută și un curent de descărcare ridicat, ceea ce îl face potrivit pentru medii dure de protecție împotriva trăsnetului. Este utilizat pe scară largă în echipamente auto și de comunicații.

Diode de suprimare a tensiunii tranzitorii (diode TVS)

Diodele TVS joacă un rol vital în protecția circuitelor, în special în protejarea componentelor sensibile. Viteza lor de răspuns este extrem de rapidă (în intervalul picosecundelor), permițându-le să reducă rapid supratensiunea. Ca urmare, acestea sunt adesea utilizate pentru protecția porturilor I/O în aplicațiile critice de transmisie a datelor.

Tub ceramic de descărcare a gazului

Tuburile ceramice de descărcare a gazului sunt unul dintre cele mai frecvent utilizate tipuri de dispozitive de protecție la supratensiune. Acestea joacă un rol semnificativ în alimentarea cu curent continuu și protecția la supratensiune de semnal. Structura lor are o capacitate mare de transport a curentului, o capacitate mică între etape și o rezistență ridicată la izolație, care poate proteja rapid circuitul de deteriorări în caz de fulgere sau alte supratensiuni.

Figura 3-4: Tub ceramic de descărcare a gazului

Siguranță cu coeficient de temperatură pozitiv polimeric (PPTC)

Siguranțele PPTC folosesc materiale polimerice care cresc rapid rezistența atunci când apare supracurent, protejând astfel circuitul. Odată ce supracurentul este eliminat, siguranța revine la starea inițială de rezistență scăzută, evitând necesitatea înlocuirii frecvente a siguranței.

Considerații de proiectare pentru protecția circuitelor în aplicații practice

Alegeți tipul de componentă potrivit:

Selectați componentele cu viteză de răspuns adecvată și capacitate de gestionare a energiei pe baza scenariilor specifice de aplicare și a nevoilor de protecție.

Luați în considerare factorii de mediu:

În mediile industriale și auto, luați în considerare impactul condițiilor externe, cum ar fi temperatura, umiditatea și șocul mecanic asupra performanței componentelor.

Îndepliniți standardele industriei:

Componentele auto trebuie să respecte standardele AEC-Q100 sau AEC-Q200, în timp ce componentele industriale trebuie să fie supuse certificărilor relevante de înaltă fiabilitate.

Proiectarea lanțului de protecție:

Utilizați o combinație de mai multe componente de protecție pentru a forma un lanț de protecție stratificat, sporind fiabilitatea generală a sistemului.

Tendințe viitoare: soluții inteligente și integrate

Odată cu dezvoltarea rapidă a Industriei 4.0 și a electronicii auto, tehnologia de protecție a circuitelor continuă să evolueze. Pe de o parte, au apărut componente de protecție inteligentă, care integrează funcții de diagnosticare pentru a monitoriza starea circuitului în timp real și pentru a oferi feedback. Pe de altă parte, soluțiile de protecție extrem de integrate câștigă teren. Soluțiile cu un singur cip care integrează mai multe funcții de protecție reduc complexitatea proiectării circuitelor și economisesc spațiu PCB. În plus, designul durabil devine o tendință, cu accent pe îmbunătățirea durabilității și eficienței energetice a componentelor de protecție pentru a reduce frecvența de înlocuire și a sprijini designul electronic ecologic.

Concluzie

Tehnologia de protecție a circuitelor este piatra de temelie pentru asigurarea funcționării stabile a sistemelor industriale și auto. Prin selectarea atentă a componentelor de protecție adecvate și proiectarea circuitelor de protecție eficiente, siguranța și fiabilitatea sistemelor pot fi îmbunătățite semnificativ. Pe măsură ce mediile de aplicare devin din ce în ce mai complexe, tehnologia viitoare de protecție a circuitelor va continua să se dezvolte către o mai mare inteligență și integrare, oferind un suport puternic pentru o gamă mai largă de domenii de aplicare.