I moderna elektroniska system för industri och fordon spelar kretsskyddstekniken en avgörande roll. I takt med att integrationen och komplexiteten hos enheter fortsätter att öka har problem som överström, överspänning, elektrostatisk urladdning (ESD) och elektromagnetisk störning (EMI) blivit mer framträdande. Korrekt val av kretsskyddskomponenter kan effektivt förlänga enheternas livslängd och säkerställa systemets stabilitet och tillförlitlighet.

Vad är kretsskydd?

Kretsskydd avser åtgärder som vidtas för att skydda elektroniska enheter eller kraftsystem från oåterkallelig skada orsakad av onormal volymtage, överström, kortslutningar, överspänningar etc. Enkelt uttryckt fungerar kretsskydd som "säkerhetsskydd" för elektroniska enheter. Genom olika komponenter eller lösningar vägleder och absorberar den kretsavvikelser för att förhindra skador på kritiska komponenter. Vanliga kretsskyddskomponenter inkluderar, men är inte begränsade till:

Metalloxidvaristor (MOV)

Absorberar överspänningsstötar för att förhindra att känsliga komponenter skadas.

Transient spänningsdämpningsdiod (TVS)

Reagerar snabbt på spänningsspikar och skyddar kretsen från transienta överspänningar.

Gasurladdningsrör (GDT)

Känd för sin höga överspänningstolerans, som ofta används i kommunikationsenheter och industriellt strömskydd.

Polymer positiv temperaturkoefficient (PPTC) säkring

Stänger av kretsen vid överström och återställer automatiskt efter att felet har åtgärdats.

Särskilda krav för industri- och fordonsapplikationer

I industriella miljöer måste utrustningen tåla tuffa förhållanden som höga temperaturer, luftfuktighet, damm och vibrationer. Därför måste skyddskomponenter ha egenskaper som hög temperaturbeständighet, högspänningstolerans och lång livslängd. I fordonstillämpningar måste elektroniska komponenter uppfylla AEC-Q-standarder och måste vara resistenta mot stötar, vibrationer och breda temperaturområden (vanligtvis från -40 °C till 125 °C).

Vanliga kretsskyddskomponenter och deras tillämpningar

Här är flera vanliga kretsskyddskomponenter:

Varistor av metalloxid (MOV)

MOV:er används ofta för överspänningsskydd i elektroniska kretsar. När överspänning inträffar begränsar MOV spänningen till en viss nivå genom sina icke-linjära egenskaper, vilket förhindrar skador på andra komponenter. MOV:er används särskilt ofta i växelströmskretsar.

Figur 3-1: Metalloxidvaristor, 385V

Utloppsrör av glas

Urladdningsröret i glas kombinerar fördelarna med urladdningsrör av keramisk gas samtidigt som det uppfyller högre krav på DC-genombrottsspänning. Den har en låg ledningsspänning och hög urladdningsström, vilket gör den lämplig för tuffa åskskyddsmiljöer. Det används ofta i fordons- och kommunikationsutrustning.

Dioder för undertryckning av transienta spänningar (TVS-dioder)

TVS-dioder spelar en viktig roll för kretsskydd, särskilt för att skydda känsliga komponenter. Deras svarshastighet är extremt snabb (i pikosekundområdet), vilket gör att de snabbt kan stänga av överspänningen. Som ett resultat används de ofta för I/O-portskydd i kritiska dataöverföringsapplikationer.

Keramiskt gasurladdningsrör

Keramiska gasurladdningsrör är en av de mest använda typerna av överspänningsskydd. De spelar en viktig roll i likströmsförsörjning och signalöverspänningsskydd. Deras struktur har stor strömförande kapacitet, liten kapacitans mellan steg och högt isolationsmotstånd, vilket snabbt kan skydda kretsen från skador vid blixtnedslag eller andra överspänningar.

Figur 3-4: Keramiskt gasurladdningsrör

Polymer positiv temperaturkoefficient (PPTC) säkring

PPTC-säkringar använder polymermaterial som snabbt ökar motståndet när överström uppstår, vilket skyddar kretsen. När överströmmen har rensats återgår säkringen till sitt ursprungliga låga resistanstillstånd, vilket undviker behovet av frekventa säkringsbyten.

Designöverväganden för kretsskydd i praktiska tillämpningar

Välj rätt komponenttyp:

Välj komponenter med lämplig svarshastighet och energihanteringskapacitet baserat på specifika applikationsscenarier och skyddsbehov.

Tänk på miljöfaktorer:

I industri- och fordonsmiljöer bör du ta hänsyn till hur yttre förhållanden som temperatur, luftfuktighet och mekaniska stötar påverkar komponenternas prestanda.

Uppfylla branschstandarder:

Fordonskomponenter måste uppfylla AEC-Q100- eller AEC-Q200-standarderna, medan industrikomponenter måste genomgå relevanta certifieringar med hög tillförlitlighet.

Design av skyddskedja:

Använd en kombination av flera skyddskomponenter för att bilda en skyddskedja i flera lager, vilket förbättrar systemets övergripande tillförlitlighet.

Framtida trender: Smarta och integrerade lösningar

Med den snabba utvecklingen av Industri 4.0 och fordonselektronik fortsätter kretsskyddstekniken att utvecklas. Å ena sidan har smarta skyddskomponenter dykt upp som integrerar diagnostiska funktioner för att övervaka kretsstatus i realtid och ge feedback. Å andra sidan vinner högintegrerade skyddslösningar mark. Enchipslösningar som integrerar flera skyddsfunktioner minskar komplexiteten i kretsdesignen och sparar kretskortsutrymme. Dessutom håller hållbar design på att bli en trend, med fokus på att förbättra hållbarheten och energieffektiviteten hos skyddskomponenter för att minska utbytesfrekvensen och stödja grön elektronisk design.

Slutsats

Kretsskyddsteknik är hörnstenen för att säkerställa stabil drift av industri- och fordonssystem. Genom att noggrant välja lämpliga skyddskomponenter och utforma effektiva skyddskretsar kan systemens säkerhet och tillförlitlighet förbättras avsevärt. I takt med att applikationsmiljöerna blir allt mer komplexa kommer framtidens kretsskyddsteknik att fortsätta att utvecklas mot större intelligens och integration, vilket ger starkt stöd för ett bredare spektrum av applikationsområden.