V moderních průmyslových a automobilových elektronických systémech hraje technologie ochrany obvodů klíčovou roli. S tím, jak se integrace a složitost zařízení neustále zvyšuje, se stávají důležitějšími problémy, jako je nadproud, přepětí, elektrostatický výboj (ESD) a elektromagnetické rušení (EMI). Správný výběr komponent ochrany obvodů může účinně prodloužit životnost zařízení a zajistit stabilitu a spolehlivost systému.

Bod 3. Společné komponenty ochrany obvodů a jejich aplikace

Bod 4. Úvahy o návrhu ochrany obvodů v praktických aplikacích

Bod 5. Budoucí trendy: Chytrá a integrovaná řešení

Co je ochrana obvodu?

Ochrana obvodů se týká opatření přijatých k ochraně elektronických zařízení nebo napájecích systémů před nevratným poškozením způsobeným abnormálním napětím, nadproudem, zkraty, přepětím atd. Jednoduše řečeno, ochrana obvodů funguje jako "bezpečnostní stráž" elektronických zařízení. Prostřednictvím různých komponent nebo řešení vede a absorbuje abnormality obvodu, aby nedošlo k poškození kritických součástí. Mezi běžné součásti ochrany obvodů patří mimo jiné:

Varistor oxidu kovu (MOV)

Absorbuje přepětí, aby se zabránilo poškození citlivých součástí.

Dioda pro potlačení přechodného napětí (TVS)

Rychle reaguje na napěťové špičky a chrání obvod před přechodnými přepětími.

Výbojka plynu (GDT)

Známý pro svou vysokou odolnost proti přepětí, běžně používaný v komunikačních zařízeních a průmyslové ochraně napájení.

Pojistka polymerního kladného teplotního koeficientu (PPTC).

Přeruší obvod během nadproudu a automaticky se obnoví po odstranění poruchy.

Zvláštní požadavky pro průmyslové a automobilové aplikace

V průmyslovém prostředí musí zařízení odolat drsným podmínkám, jako jsou vysoké teploty, vlhkost, prach a vibrace. Ochranné komponenty proto musí mít vlastnosti, jako je odolnost vůči vysokým teplotám, tolerance vysokého napětí a dlouhá životnost. V automobilových aplikacích musí elektronické součástky splňovat normy AEC-Q a musí být odolné vůči nárazům, vibracím a širokému teplotnímu rozsahu (obvykle od -40 °C do 125 °C).

Běžné komponenty ochrany obvodů a jejich aplikace

Zde je několik běžných součástí ochrany obvodu:

Varistor z oxidu kovu (MOV)

MOV se běžně používají pro přepěťovou ochranu v elektronických obvodech. Když dojde k přepětí, MOV omezí napětí na určitou úroveň prostřednictvím svých nelineárních charakteristik, čímž zabrání poškození ostatních součástí. MOV jsou zvláště široce používány v obvodech střídavého proudu.

Obrázek 3-1: Varistor oxidu kovu, 385V

Skleněná výbojka

Skleněná výbojka kombinuje výhody keramických plynových výbojek a zároveň splňuje vyšší požadavky na stejnosměrné průrazné napětí. Má nízké vodivé napětí a vysoký vybíjecí proud, takže je vhodný pro drsná prostředí s ochranou před bleskem. Je široce používán v automobilových a komunikačních zařízeních.

Diody pro potlačení přechodového napětí (TVS diody)

Diody TVS hrají zásadní roli při ochraně obvodů, zejména při ochraně citlivých součástí. Jejich rychlost odezvy je extrémně vysoká (v rozsahu pikosekund), což jim umožňuje rychle přerušit přepětí. V důsledku toho se často používají pro ochranu I/O portů v kritických aplikacích přenosu dat.

Keramická výbojka plynu

Keramické bleskojistky jsou jedním z nejčastěji používaných typů přepěťových ochran. Hrají významnou roli při stejnosměrném napájení a přepěťové ochraně signálu. Jejich konstrukce se vyznačuje velkou proudovou zatížitelností, malou kapacitou mezi stupni a vysokým izolačním odporem, který může rychle chránit obvod před poškozením v případě blesku nebo jiných přepětí.

Obrázek 3-4: Keramická výbojka plynu

Pojistka polymerního kladného teplotního koeficientu (PPTC).

Pojistky PPTC používají polymerní materiály, které rychle zvyšují odpor, když dojde k nadproudu, a tím chrání obvod. Jakmile je nadproud vymazán, pojistka se vrátí do původního stavu nízkého odporu, čímž se vyhne nutnosti časté výměny pojistek.

Aspekty návrhu ochrany obvodů v praktických aplikacích

Vyberte správný typ součásti:

Vyberte komponenty s vhodnou rychlostí odezvy a schopností manipulace s energií na základě konkrétních aplikačních scénářů a potřeb ochrany.

Zvažte faktory prostředí:

V průmyslovém a automobilovém prostředí zvažte dopad vnějších podmínek, jako je teplota, vlhkost a mechanické nárazy, na výkon součástí.

Splňte průmyslové standardy:

Automobilové komponenty musí splňovat normy AEC-Q100 nebo AEC-Q200, zatímco průmyslové komponenty musí projít příslušnými certifikacemi vysoké spolehlivosti.

Konstrukce ochranného řetězu:

Použijte kombinaci více ochranných komponent k vytvoření vrstveného řetězce ochrany, který zvyšuje celkovou spolehlivost systému.

Budoucí trendy: chytrá a integrovaná řešení

S rychlým rozvojem Průmyslu 4.0 a automobilové elektroniky se technologie ochrany obvodů neustále vyvíjí. Na jedné straně se objevily inteligentní ochranné komponenty, které integrují diagnostické funkce pro sledování stavu obvodu v reálném čase a poskytování zpětné vazby. Na druhou stranu se prosazují vysoce integrovaná řešení ochrany. Jednočipová řešení, která integrují více ochranných funkcí, snižují složitost návrhu obvodů a šetří místo na desce plošných spojů. Kromě toho se trendem stává udržitelný design se zaměřením na zvýšení odolnosti a energetické účinnosti ochranných komponent, aby se snížila frekvence výměny a podpořil ekologický elektronický design.

Závěr

Technologie ochrany obvodů je základním kamenem zajištění stabilního provozu průmyslových a automobilových systémů. Pečlivým výběrem vhodných ochranných komponent a návrhem účinných ochranných obvodů lze výrazně zlepšit bezpečnost a spolehlivost systémů. Vzhledem k tomu, že aplikační prostředí jsou stále složitější, budoucí technologie ochrany obvodů se bude i nadále vyvíjet směrem k větší inteligenci a integraci, což poskytuje silnou podporu pro širší škálu aplikačních oblastí.