I moderne industrielle og bilelektroniske systemer spiller kretsbeskyttelsesteknologi en avgjørende rolle. Etter hvert som integrasjonen og kompleksiteten til enheter fortsetter å øke, har problemer som overstrøm, overspenning, elektrostatisk utladning (ESD) og elektromagnetisk interferens (EMI) blitt mer fremtredende. Riktig valg av kretsbeskyttelseskomponenter kan effektivt forlenge levetiden til enheter og sikre stabiliteten og påliteligheten til systemet.

Hva er kretsbeskyttelse?

Kretsbeskyttelse refererer til tiltak som er iverksatt for å beskytte elektroniske enheter eller kraftsystemer mot irreversibel skade forårsaket av unormal voltage, overstrøm, kortslutninger, overspenninger, etc. Enkelt sagt fungerer kretsbeskyttelse som "sikkerhetsvakt" for elektroniske enheter. Gjennom ulike komponenter eller løsninger styrer og absorberer den kretsavvik for å forhindre skade på kritiske komponenter. Vanlige kretsbeskyttelseskomponenter inkluderer, men er ikke begrenset til:

Metalloksid varistor (MOV)

Absorberer overspenningsstøt for å forhindre at sensitive komponenter blir skadet.

Forbigående spenningsundertrykkelsesdiode (TVS)

Reagerer raskt på spenningstopper, og beskytter kretsen mot forbigående overspenninger.

Gassutladningsrør (GDT)

Kjent for sin høye overspenningstoleranse, ofte brukt i kommunikasjonsenheter og industriell strømbeskyttelse.

Polymer positiv temperaturkoeffisient (PPTC) sikring

Kutter kretsen under overstrøm og gjenoppretter seg automatisk etter at feilen er rettet.

Spesielle krav til industrielle og bilapplikasjoner

I industrielle miljøer må utstyr tåle tøffe forhold som høye temperaturer, fuktighet, støv og vibrasjoner. Derfor må beskyttelseskomponenter ha egenskaper som motstand mot høy temperatur, høyspenningstoleranse og lang levetid. I bilapplikasjoner må elektroniske komponenter oppfylle AEC-Q-standarder og må være motstandsdyktige mot støt, vibrasjoner og brede temperaturområder (vanligvis fra -40 °C til 125 °C).

Vanlige kretsbeskyttelseskomponenter og deres applikasjoner

Her er flere vanlige kretsbeskyttelseskomponenter:

Metalloksidvaristor (MOV)

MOV-er brukes ofte til overspenningsbeskyttelse i elektroniske kretser. Når overspenning oppstår, begrenser MOV spenningen til et bestemt nivå gjennom sine ikke-lineære egenskaper, og forhindrer skade på andre komponenter. MOV-er er spesielt mye brukt i vekselstrømskretser.

Figur 3-1: Metalloksidvaristor, 385V

Utløpsrør av glass

Glassutladningsrøret kombinerer fordelene med keramiske gassutladningsrør samtidig som det oppfyller høyere krav til DC-sammenbruddsspenning. Den har lav ledningsspenning og høy utladningsstrøm, noe som gjør den egnet for tøffe lynbeskyttelsesmiljøer. Det er mye brukt i bil- og kommunikasjonsutstyr.

Forbigående spenningsundertrykkelsesdioder (TVS-dioder)

TVS-dioder spiller en viktig rolle i kretsbeskyttelse, spesielt for å beskytte sensitive komponenter. Responshastigheten deres er ekstremt rask (i pikosekundområdet), noe som gjør at de raskt kan kutte av overspenning. Som et resultat brukes de ofte til I/O-portbeskyttelse i kritiske dataoverføringsapplikasjoner.

Keramisk gassutladningsrør

Keramiske gassutslippsrør er en av de mest brukte typene overspenningsvern. De spiller en betydelig rolle i DC-strømforsyning og signaloverspenningsvern. Strukturen deres har stor strømbærende kapasitet, liten kapasitans mellom trinn og høy isolasjonsmotstand, som raskt kan beskytte kretsen mot skader i tilfelle lyn eller andre overspenninger.

Figur 3-4: Keramisk gassutladningsrør

Polymer positiv temperaturkoeffisient (PPTC) sikring

PPTC-sikringer bruker polymermaterialer som raskt øker motstanden når overstrøm oppstår, og dermed beskytter kretsen. Når overstrømmen er fjernet, går sikringen tilbake til sin opprinnelige lave motstandstilstand, og unngår behovet for hyppige sikringsbytter.

Designhensyn for kretsbeskyttelse i praktiske applikasjoner

Velg riktig komponenttype:

Velg komponenter med passende responshastighet og energihåndteringsevne basert på spesifikke applikasjonsscenarier og beskyttelsesbehov.

Vurder miljøfaktorer:

I industri- og bilmiljøer bør du vurdere virkningen av ytre forhold som temperatur, fuktighet og mekanisk støt på ytelsen til komponenter.

Oppfyll industristandarder:

Bilkomponenter må være i samsvar med AEC-Q100- eller AEC-Q200-standardene, mens industrielle komponenter må gjennomgå relevante sertifiseringer med høy pålitelighet.

Design av beskyttelseskjede:

Bruk en kombinasjon av flere beskyttelseskomponenter for å danne en lagdelt beskyttelseskjede, noe som forbedrer den generelle påliteligheten til systemet.

Fremtidige trender: Smarte og integrerte løsninger

Med den raske utviklingen av Industri 4.0 og bilelektronikk, fortsetter kretsbeskyttelsesteknologien å utvikle seg. På den ene siden har smarte beskyttelseskomponenter dukket opp, som integrerer diagnostiske funksjoner for å overvåke kretsstatus i sanntid og gi tilbakemelding. På den annen side er svært integrerte beskyttelsesløsninger i ferd med å få gjennomslag. Enkeltbrikkeløsninger som integrerer flere beskyttelsesfunksjoner, reduserer kompleksiteten i kretsutformingen og sparer PCB-plass. Videre er bærekraftig design i ferd med å bli en trend, med fokus på å forbedre holdbarheten og energieffektiviteten til beskyttelseskomponenter for å redusere utskiftingsfrekvensen og støtte grønn elektronisk design.

Konklusjon

Kretsbeskyttelsesteknologi er hjørnesteinen for å sikre stabil drift av industri- og bilsystemer. Ved å velge passende beskyttelseskomponenter nøye og designe effektive beskyttelseskretser, kan sikkerheten og påliteligheten til systemene forbedres betydelig. Etter hvert som applikasjonsmiljøer blir stadig mer komplekse, vil fremtidig kretsbeskyttelsesteknologi fortsette å utvikle seg mot større intelligens og integrasjon, noe som gir sterk støtte for et bredere spekter av applikasjonsfelt.