Que métodos os engenheiros de PCBA costumam usar para proteger circuitos?

Dispositivos de proteçãosão usados ​​para proteger circuitos e equipamentos contra falhas de energia ou outros danos. Aqui estão vários tipos comuns de dispositivos de proteção e suas descrições:

1. Diodo

Um diodo é um dispositivo eletrônico usado para controlar a direção do fluxo da corrente. Em circuitos, os diodos são frequentemente usados ​​para evitar o fluxo de corrente reversa ou para proteger outros dispositivos contra sobretensão.

Um diodo regulador de tensão, também conhecido como regulador de tensão ou diodo Zener, é um diodo especialmente projetado usado para fornecer uma saída de tensão estável.

A característica de um diodo regulador de tensão é sua tensão de ruptura reversa (tensão Zener). Quando a tensão reversa excede sua tensão de ruptura específica, o diodo regulador de tensão entra em um estado de ruptura reversa e conduz a corrente. Comparados aos diodos comuns, os diodos reguladores de tensão são cuidadosamente projetados para manter uma tensão estável na região de ruptura reversa.

O princípio de funcionamento de um diodo regulador de tensão é baseado no efeito de quebra de tensão. Quando a tensão está abaixo da tensão de ruptura reversa, o diodo mantém uma tensão estável em suas duas extremidades, permitindo que a corrente reversa flua. Esta característica permite que o diodo regulador de tensão forneça uma tensão de referência estável em um circuito ou estabilize a tensão de entrada em um valor específico.

Os diodos Zener são comumente usados ​​nas seguintes aplicações:

1. Regulação de tensão: Os diodos Zener podem ser usados ​​como reguladores de tensão em circuitos para estabilizar a tensão de entrada em uma tensão de saída específica. Isto é muito importante para dispositivos eletrônicos e circuitos que requerem tensão estável.

2. Tensão de referência: Os diodos Zener podem ser usados ​​como fontes de tensão de referência em circuitos. Ao selecionar o diodo Zener apropriado, uma tensão de referência fixa pode ser fornecida para calibração e comparação de outros sinais.

3. Regulação de tensão: Os diodos Zener também podem ser usados ​​para funções de regulação de tensão em circuitos. Ao controlar o fluxo de corrente do diodo Zener, o valor da tensão no circuito pode ser ajustado para atingir a função de regulação de tensão desejada.

A seleção dos diodos Zener depende da tensão estável necessária e da corrente operacional. Eles têm tensões de ruptura e características de potência diferentes, portanto, precisam ser avaliados com base em aplicações e requisitos específicos ao selecionar diodos Zener.

Os diodos Zener são diodos especialmente projetados que podem fornecer saídas de tensão estáveis. Eles são amplamente utilizados em circuitos eletrônicos para funções como regulação de tensão, tensão de referência e regulação de tensão.

2. Varistor de óxido metálico (MOV)

MOV é um dispositivo usado para proteção contra sobretensão. É composto por partículas de óxido metálico distribuídas uniformemente em uma matriz cerâmica, que pode se tornar condutora quando a tensão excede seu valor nominal, absorvendo assim a energia da sobretensão e protegendo outros dispositivos do circuito.

A característica do MOV são suas características de resistência não linear. Dentro da faixa normal de tensão operacional, o MOV exibe um estado de alta resistência e quase não tem efeito no circuito. No entanto, quando a tensão aumenta repentinamente para exceder a tensão nominal, o MOV muda rapidamente para um estado de baixa resistência para absorver a energia da sobretensão e direcioná-la para o terra ou outros caminhos de baixa impedância.

O princípio de funcionamento do MOV é baseado no efeito varistor. Quando a tensão excede a tensão nominal, a intensidade do campo elétrico entre as partículas de óxido torna-se maior, de modo que a resistência entre as partículas diminui. Isso permite que o MOV forneça capacidade de corrente muito alta e proteja efetivamente outros circuitos e equipamentos contra danos por sobretensão.

Varistores de óxido metálico são comumente usados ​​nas seguintes aplicações:

1. Proteção contra sobretensão: MOV é usado principalmente para proteção contra sobretensão para evitar que a tensão exceda o valor nominal que o dispositivo ou circuito pode suportar. Quando ocorre uma condição de sobretensão, o MOV responde rapidamente e liga, direcionando a sobretensão para o terra ou outros caminhos de baixa impedância para proteger outros componentes sensíveis.

2. Proteção contra surtos: MOVs são comumente usados ​​em linhas de energia e linhas de comunicação para proteger equipamentos contra surtos de energia (mutações de tensão). Eles são capazes de absorver e suprimir picos de tensão transitórios, evitando danos potenciais ao equipamento.

3. Proteção contra surtos: MOVs também são amplamente utilizados em protetores contra surtos para evitar danos a equipamentos e circuitos eletrônicos causados ​​por quedas de raios, picos de energia e outras interferências eletromagnéticas. Eles são capazes de absorver e dispersar energia de surto, protegendo os equipamentos contra sobretensões transitórias.

A seleção do MOV apropriado depende da tensão nominal necessária, da capacidade máxima de corrente e do tempo de resposta. A tensão nominal do MOV deve ser ligeiramente superior à tensão máxima de operação do circuito a ser protegido, enquanto a capacidade máxima de corrente deve atender aos requisitos do sistema. O tempo de resposta deve ser rápido o suficiente para garantir uma resposta rápida à sobretensão.

Varistores de óxido metálico são componentes usados ​​para proteção contra sobretensão que absorvem energia de sobretensão e protegem outros circuitos e equipamentos contra danos. Eles desempenham um papel importante em áreas como proteção contra sobretensão, proteção contra sobretensão e proteção contra sobretensão.

3. Supressor de tensão transitória (TVS)

Supressor de tensão transitória (TVS) é um dispositivo eletrônico usado para suprimir sobretensão transitória. Ele pode responder rapidamente e absorver a energia da sobretensão e pode fornecer proteção eficaz quando a tensão muda repentinamente ou ocorre tensão transitória, evitando que a tensão exceda o limite definido.

O princípio de funcionamento dos dispositivos TVS é baseado no efeito da tensão de ruptura. Quando ocorre uma sobretensão transitória no circuito, o dispositivo TVS mudará rapidamente para um estado de baixa impedância, direcionando a energia da sobretensão para o terra ou outros caminhos de baixa impedância. Ao absorver e dispersar a energia da sobretensão, o dispositivo TVS pode limitar a taxa de aumento de tensão e proteger outros componentes sensíveis.

Os dispositivos TVS são geralmente compostos por tubos de descarga de gás (Gas Discharge Tube, GDT) ou diodos de carboneto de silício (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). Os tubos de descarga de gás formam um caminho de descarga baseado no gás quando a tensão é muito alta, enquanto os diodos de carboneto de silício usam as propriedades especiais dos materiais de carboneto de silício para formar um caminho condutor sob a tensão de ruptura.

Supressores de tensão transitória são comumente usados ​​nas seguintes aplicações:

1. Proteção contra sobretensão: os dispositivos TVS são usados ​​principalmente para proteção contra sobretensão para evitar sobretensão causada por quedas de raios, picos de energia, buscas de energia e outras interferências eletromagnéticas. Eles podem absorver e suprimir picos de tensão transitórios para proteger circuitos e equipamentos contra danos.

2. Proteção de linha de comunicação: Os dispositivos TVS são amplamente utilizados em linhas de comunicação para proteger equipamentos contra buscas de energia e interferência eletromagnética. Eles podem responder e absorver rapidamente sobretensões transitórias para proteger a operação estável dos equipamentos de comunicação.

3. Proteção da linha de energia: Os dispositivos TVS também são usados ​​para proteção da linha de energia para evitar que buscas de energia e outros eventos de sobretensão danifiquem o equipamento de fonte de alimentação. Eles podem absorver e dispersar energia de sobretensão para proteger a operação normal do equipamento de fonte de alimentação.

A seleção do dispositivo TVS apropriado depende da tensão nominal necessária, da capacidade máxima de corrente e do tempo de resposta. A tensão nominal do dispositivo TVS deve ser ligeiramente superior à tensão máxima de operação do circuito a ser protegido, e a capacidade máxima de corrente deve atender aos requisitos do sistema. O tempo de resposta deve ser rápido o suficiente para garantir a supressão oportuna de sobretensões transitórias.

Os supressores de tensão transitória desempenham um papel importante nas áreas de proteção contra sobretensão, proteção de linhas de comunicação e proteção de linhas de energia.

4. Fusível

Um fusível é um componente eletrônico comum usado para proteger circuitos e dispositivos contra danos causados ​​por sobrecorrente. É um dispositivo de proteção passiva que evita o fluxo excessivo de corrente, desconectando o circuito.

Um fusível geralmente é feito de um fio fino ou fio com baixa corrente de interrupção. Quando a corrente no circuito excede a corrente nominal do fusível, o filamento dentro do fusível aquece e derrete, interrompendo o fluxo de corrente.

As principais características e princípios de funcionamento dos fusíveis são os seguintes:

1. Corrente nominal: A corrente nominal de um fusível refere-se ao valor máximo de corrente que ele pode suportar com segurança. Quando a corrente excede a corrente nominal, o fusível derreterá para impedir o fluxo da corrente.

2. Tempo de queima: O tempo de queima de um fusível refere-se ao tempo desde o momento em que a corrente excede a corrente nominal até o momento em que ele queima. O tempo de queima depende do design e das características do fusível, geralmente entre alguns milissegundos e alguns segundos.

3. Capacidade de interrupção: A capacidade de interrupção refere-se à corrente ou energia máxima que um fusível pode quebrar com segurança. A capacidade de interrupção do fusível precisa corresponder à carga do circuito e à corrente de curto-circuito para garantir que a corrente possa ser efetivamente cortada em condições de falha.

4. Tipo: Existem muitos tipos de fusíveis, incluindo ação rápida, retardo, alta tensão, etc. Diferentes tipos de fusíveis são adequados para diferentes cenários e requisitos de aplicação.

A principal função de um fusível é fornecer proteção contra sobrecarga em um circuito. Quando a corrente em um circuito aumenta anormalmente, o que pode causar falha no circuito ou danos ao equipamento, o fusível queimará rapidamente e interromperá o fluxo de corrente, protegendo assim o circuito e o equipamento contra danos.

Ao selecionar um fusível apropriado, fatores como corrente nominal do circuito, corrente de curto-circuito, tensão nominal e condições ambientais precisam ser considerados. A seleção correta de um fusível pode garantir a segurança e a confiabilidade do circuito e fornecer proteção eficaz contra sobrecarga.

5. Termistor de coeficiente de temperatura negativo (termistor NTC)

O termistor de coeficiente de temperatura negativo é um componente eletrônico cujo valor de resistência diminui à medida que a temperatura aumenta.

Os termistores NTC são geralmente feitos de óxidos metálicos ou materiais semicondutores. Na estrutura reticulada do material, certas impurezas são dopadas, o que interfere no movimento dos elétrons na rede. À medida que a temperatura aumenta, a energia dos elétrons no material sensível à temperatura aumenta e a interação entre os elétrons e as impurezas enfraquece, resultando em um aumento na velocidade de migração e na condutividade dos elétrons e uma diminuição no valor da resistência.

As características e aplicações dos termistores NTC incluem:

1. Sensor de temperatura: Como o valor da resistência dos termistores NTC é inversamente proporcional à temperatura, eles são amplamente utilizados como sensores de temperatura. Medindo o valor da resistência, a mudança na temperatura ambiente pode ser determinada.

2. Compensação de temperatura: Os termistores NTC podem ser usados ​​em circuitos de compensação de temperatura. Devido à característica de seu valor de resistência mudar com a temperatura, ele pode ser conectado em série ou em paralelo com outros componentes (como termistores e resistores) para obter operação estável do circuito em diferentes temperaturas.

3. Controle de temperatura: Os termistores NTC podem desempenhar um papel importante nos circuitos de controle de temperatura. Ao monitorar a mudança no valor da resistência, a operação do elemento de aquecimento ou do elemento de resfriamento pode ser controlada para manter um estado estável dentro de uma faixa de temperatura específica.

4. Proteção da fonte de alimentação: termistores NTC também podem ser usados ​​para proteção da fonte de alimentação. Em circuitos de alimentação, podem ser utilizados como protetores de sobrecorrente. Quando a corrente excede um determinado limite, devido à queda no valor da resistência, eles podem limitar o fluxo de corrente e proteger a fonte de alimentação e outros circuitos contra danos causados ​​por corrente excessiva.

Em resumo, os termistores NTC são componentes termicamente sensíveis com coeficiente de temperatura negativo, cujo valor de resistência diminui à medida que a temperatura aumenta. Eles são amplamente utilizados em detecção de temperatura, compensação de temperatura, controle de temperatura e proteção de fonte de alimentação.

6. Coeficiente de Temperatura Positivo Polimérico (PPTC)

Os fusíveis eletrônicos PPTC também são um dispositivo de proteção contra sobrecorrente. Possuem baixa resistência, mas quando a corrente ultrapassa o valor nominal, ocorre um efeito térmico, fazendo com que a resistência aumente, limitando o fluxo de corrente. Eles geralmente são usados ​​como fusíveis reinicializáveis ​​ou dispositivos de proteção contra sobrecorrente. Os componentes PPTC são feitos de materiais poliméricos especiais e possuem uma resistência característica de um coeficiente de temperatura positivo.

A resistência dos componentes PPTC é geralmente baixa à temperatura ambiente, permitindo que a corrente flua no componente sem uma queda significativa de tensão. Porém, quando ocorre uma condição de sobrecorrente, o componente PPTC aquece devido ao aumento da corrente que passa por ele. À medida que a temperatura aumenta, a resistência do material polimérico aumenta significativamente.

A principal característica do componente PPTC é a sua capacidade de limitar o fluxo de corrente sob condições de falta. Quando a corrente excede o limite nominal, o componente PPTC aquece e a sua resistência aumenta rapidamente. Este estado de alta resistência atua como um fusível reconfigurável, limitando efetivamente a corrente para proteger o circuito e os componentes conectados.

Uma vez que a condição de falha é removida e a corrente cai abaixo de um determinado limite, o componente PPTC esfria e sua resistência retorna a um valor inferior. Esta característica reinicializável torna os componentes PPTC diferentes dos fusíveis tradicionais e não precisam ser substituídos após o disparo.

Os componentes PPTC são usados ​​em uma variedade de circuitos e sistemas eletrônicos que requerem proteção contra sobrecorrente. Eles são comumente usados ​​em fontes de alimentação, baterias, motores, equipamentos de comunicação e eletrônicos automotivos. Os componentes PPTC têm vantagens como tamanho pequeno, operação reinicializável e resposta rápida a eventos de sobrecorrente.

Ao selecionar um componente PPTC, parâmetros importantes precisam ser considerados, incluindo tensão nominal, corrente e corrente de retenção. A tensão nominal deve ser superior à tensão operacional do circuito, enquanto a corrente nominal deve corresponder à corrente máxima esperada. A corrente de retenção especifica o nível de corrente no qual o elemento desarma e aumenta a resistência.

Os elementos PPTC fornecem proteção confiável e reconfigurável contra sobrecorrente para circuitos eletrônicos, ajudando a melhorar a segurança e a confiabilidade.