PCBA mühendisleri devreleri korumak için sıklıkla hangi yöntemleri kullanır?

Koruma cihazlarıDevreleri ve ekipmanı elektrik kesintilerinden veya diğer hasarlardan korumak için kullanılır. Aşağıda birkaç yaygın koruma cihazı türü ve bunların açıklamaları verilmiştir:

1. Diyot

Diyot, akımın yönünü kontrol etmek için kullanılan elektronik bir cihazdır. Devrelerde diyotlar genellikle ters akımın içeri girmesini önlemek veya diğer cihazları aşırı voltajdan korumak için kullanılır.

Voltaj regülatörü veya Zener diyotu olarak da bilinen voltaj regülatör diyotu, kararlı bir voltaj çıkışı sağlamak için kullanılan özel olarak tasarlanmış bir diyottur.

Bir voltaj regülatör diyotunun özelliği, ters arıza voltajıdır (Zener voltajı). Ters voltaj, spesifik arıza voltajını aştığında, voltaj regülatör diyotu ters arıza durumuna girer ve akımı iletir. Sıradan diyotlarla karşılaştırıldığında voltaj regülatör diyotlar, ters arıza bölgesinde sabit bir voltajı korumak için dikkatli bir şekilde tasarlanmıştır.

Voltaj regülatör diyotun çalışma prensibi voltajın kırılma etkisine dayanmaktadır. Gerilim, ters arıza geriliminin altında olduğunda, diyot, iki ucu boyunca sabit bir gerilimi muhafaza ederek, ters akımın geçmesine izin verir. Bu özellik, voltaj regülatör diyotunun bir devrede sabit bir referans voltajı sağlamasını veya giriş voltajını belirli bir değerde stabilize etmesini sağlar.

Zener diyotları aşağıdaki uygulamalarda yaygın olarak kullanılır:

1. Voltaj regülasyonu: Zener diyotlar, giriş voltajını belirli bir çıkış voltajında ​​​​sabitlemek için devrelerde voltaj regülatörleri olarak kullanılabilir. Bu, sabit voltaj gerektiren elektronik cihazlar ve devreler için çok önemlidir.

2. Referans voltajı: Zener diyotlar devrelerde referans voltaj kaynağı olarak kullanılabilir. Uygun Zener diyot seçilerek diğer sinyallerin kalibrasyonu ve karşılaştırılması için sabit bir referans voltajı sağlanabilir.

3. Gerilim regülasyonu: Zener diyotlar devrelerdeki gerilim regülasyon fonksiyonları için de kullanılabilir. Zener diyotun akım akışını kontrol ederek devredeki voltaj değeri istenilen voltaj regülasyon fonksiyonunu sağlayacak şekilde ayarlanabilir.

Zener diyotlarının seçimi gerekli kararlı voltaja ve çalışma akımına bağlıdır. Farklı arıza voltajlarına ve güç özelliklerine sahiptirler, bu nedenle Zener diyotları seçerken belirli uygulamalara ve gereksinimlere göre değerlendirilmeleri gerekir.

Zener diyotlar, kararlı voltaj çıkışları sağlayabilen özel olarak tasarlanmış diyotlardır. Elektronik devrelerde voltaj regülasyonu, referans voltajı ve voltaj regülasyonu gibi işlevler için yaygın olarak kullanılırlar.

2. Metal Oksit Varistör (MOV)

MOV aşırı gerilim koruması için kullanılan bir cihazdır. Gerilim nominal değerini aştığında iletken hale gelebilen, böylece aşırı gerilimin enerjisini emebilen ve devredeki diğer cihazları koruyan, seramik bir matris içinde eşit olarak dağıtılmış metal oksit parçacıklarından oluşur.

MOV'un özelliği doğrusal olmayan direnç özellikleridir. Normal çalışma voltajı aralığında MOV, yüksek bir direnç durumu sergiler ve devre üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Bununla birlikte, voltaj aniden nominal voltajını aşacak şekilde arttığında MOV, aşırı voltajın enerjisini absorbe etmek ve onu toprağa veya diğer düşük empedanslı yollara yönlendirmek için hızlı bir şekilde düşük direnç durumuna geçer.

MOV'un çalışma prensibi varistör etkisine dayanmaktadır. Gerilim nominal gerilimini aştığında, oksit parçacıkları arasındaki elektrik alan kuvveti artar, böylece parçacıklar arasındaki direnç azalır. Bu, MOV'un çok yüksek akım kapasitesi sağlamasına ve diğer devreleri ve ekipmanı aşırı gerilim hasarından etkili bir şekilde korumasına olanak tanır.

Metal oksit varistörler aşağıdaki uygulamalarda yaygın olarak kullanılır:

1. Aşırı gerilim koruması: MOV, voltajın cihazın veya devrenin dayanabileceği nominal değeri aşmasını önlemek amacıyla esas olarak aşırı gerilim koruması için kullanılır. Bir aşırı gerilim durumu oluştuğunda, MOV hızla tepki verir ve açılır, diğer hassas bileşenleri korumak için aşırı gerilimi toprağa veya diğer düşük empedanslı yollara yönlendirir.

2. Aşırı gerilim koruması: MOV'lar, ekipmanı güç dalgalanmalarından (voltaj mutasyonları) korumak için güç hatlarında ve iletişim hatlarında yaygın olarak kullanılır. Geçici voltaj yükselmelerini absorbe edip bastırabilirler, böylece ekipmanın potansiyel hasar görmesi önlenir.

3. Aşırı gerilim koruması: MOV'lar ayrıca yıldırım çarpması, güç dalgalanmaları ve diğer elektromanyetik parazitlerin neden olduğu elektronik ekipman ve devrelerin zarar görmesini önlemek için aşırı gerilim koruyucularında da yaygın olarak kullanılır. Ekipmanı geçici aşırı gerilimlerden koruyarak dalgalanma enerjisini emebilir ve dağıtabilirler.

Uygun MOV'un seçilmesi gereken nominal gerilime, maksimum akım kapasitesine ve yanıt süresine bağlıdır. MOV'un nominal voltajı, korunacak devrenin maksimum çalışma voltajından biraz yüksek olmalı, maksimum akım kapasitesi ise sistemin gereksinimlerini karşılamalıdır. Tepki süresi, aşırı gerilime hızlı tepki verilmesini sağlayacak kadar hızlı olmalıdır.

Metal oksit varistörler, aşırı gerilim enerjisini emen ve diğer devreleri ve ekipmanları hasardan koruyan, aşırı gerilim koruması için kullanılan bileşenlerdir. Aşırı gerilim koruması, aşırı gerilim koruması ve aşırı gerilim koruması gibi alanlarda önemli bir rol oynarlar.

3. Geçici Gerilim Bastırıcı (TVS)

Geçici Gerilim Bastırıcı (TVS), geçici aşırı gerilimi bastırmak için kullanılan elektronik bir cihazdır. Hızlı tepki verebilir ve aşırı voltajın enerjisini emebilir ve voltaj aniden değiştiğinde veya geçici voltaj oluştuğunda etkili koruma sağlayarak voltajın ayarlanan eşiği aşmasını önleyebilir.

TVS cihazlarının çalışma prensibi arıza gerilimi etkisine dayanmaktadır. Devrede geçici bir aşırı gerilim meydana geldiğinde, TVS cihazı hızlı bir şekilde düşük empedans durumuna geçerek aşırı gerilimin enerjisini toprağa veya diğer düşük empedanslı yollara yönlendirecektir. TVS cihazı, aşırı voltajın enerjisini emerek ve dağıtarak voltaj artış hızını sınırlayabilir ve diğer hassas bileşenleri koruyabilir.

TVS cihazları genellikle gaz deşarj tüplerinden (Gaz Deşarj Tüpü, GDT) veya silikon karbür diyotlardan (Silikon Karbür Diyot, SiC Diyot) oluşur. Gaz deşarj tüpleri, voltaj çok yüksek olduğunda gaza dayalı bir deşarj yolu oluştururken, silikon karbür diyotlar, arıza voltajı altında iletken bir yol oluşturmak için silikon karbür malzemelerin özel özelliklerini kullanır.

Geçici gerilim bastırıcılar aşağıdaki uygulamalarda yaygın olarak kullanılır:

1. Aşırı gerilim koruması: TVS cihazları esas olarak yıldırım çarpması, güç dalgalanmaları, güç aramaları ve diğer elektromanyetik parazitlerden kaynaklanan aşırı voltajı önlemek için aşırı gerilim koruması için kullanılır. Devreleri ve ekipmanı hasardan korumak için geçici voltaj yükselmelerini emebilir ve bastırabilirler.

2. İletişim hattı koruması: TVS cihazları, ekipmanı güç aramalarından ve elektromanyetik parazitlerden korumak için iletişim hatlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. İletişim ekipmanının kararlı çalışmasını korumak için geçici aşırı gerilimlere hızlı bir şekilde yanıt verebilir ve bunları absorbe edebilirler.

3. Güç hattı koruması: TVS cihazları aynı zamanda güç aramalarının ve diğer aşırı gerilim olaylarının güç kaynağı ekipmanına zarar vermesini önlemek amacıyla güç hattı koruması için de kullanılır. Güç kaynağı ekipmanının normal çalışmasını korumak için aşırı gerilim enerjisini emebilir ve dağıtabilirler.

Uygun TVS cihazının seçilmesi gereken nominal gerilime, maksimum akım kapasitesine ve tepki süresine bağlıdır. TVS cihazının anma gerilimi, korunacak devrenin maksimum çalışma voltajından biraz yüksek olmalı ve maksimum akım kapasitesi sistemin gereksinimlerini karşılamalıdır. Yanıt süresi, geçici aşırı gerilimlerin zamanında bastırılmasını sağlayacak kadar hızlı olmalıdır.

Geçici gerilim bastırıcılar aşırı gerilim koruması, iletişim hattı koruması ve güç hattı koruması alanlarında önemli bir rol oynar.

4. Sigorta

Sigorta, devreleri ve cihazları aşırı akımın neden olduğu hasarlardan korumak için kullanılan yaygın bir elektronik bileşendir. Devrenin bağlantısını keserek aşırı akımın akmasını önleyen pasif koruma cihazıdır.

Sigorta genellikle ince bir telden veya düşük kesme akımına sahip telden yapılır. Devredeki akım sigortanın nominal akımını aştığında sigortanın içindeki filaman ısınıp eriyecek ve akımın akışı kesilecektir.

Sigortaların temel özellikleri ve çalışma prensipleri şu şekildedir:

1. Nominal Akım: Bir sigortanın nominal akımı, sigortanın güvenli bir şekilde dayanabileceği maksimum akım değerini ifade eder. Akım nominal akımı aştığında sigorta eriyerek akımın akmasını durdurur.

2. Atma Süresi: Bir sigortanın patlama süresi, akımın nominal akımı aştığı andan atana kadar geçen süreyi ifade eder. Patlama süresi sigortanın tasarımına ve özelliklerine bağlıdır, genellikle birkaç milisaniye ile birkaç saniye arasındadır.

3. Kesme Kapasitesi: Kesme kapasitesi, bir sigortanın güvenli bir şekilde kesebileceği maksimum akım veya enerjiyi ifade eder. Arıza koşullarında akımın etkili bir şekilde kesilebilmesini sağlamak için sigortanın kesme kapasitesinin devrenin yüküne ve kısa devre akımına uygun olması gerekir.

4. Tip: Hızlı tepkiyen, zaman gecikmeli, yüksek gerilim vb. dahil olmak üzere birçok sigorta türü vardır. Farklı uygulama senaryoları ve gereksinimleri için farklı sigorta türleri uygundur.

Sigortanın ana işlevi devrede aşırı yük koruması sağlamaktır. Bir devredeki akım anormal şekilde arttığında, devre arızasına veya ekipmanın hasar görmesine neden olabilir, sigorta hızla atacak ve akım akışını kesecek, böylece devreyi ve ekipmanı hasardan koruyacaktır.

Uygun sigortayı seçerken devrenin anma akımı, kısa devre akımı, anma gerilimi ve çevre koşulları gibi faktörlerin dikkate alınması gerekir. Sigortanın doğru seçilmesi devrenin emniyetini ve güvenilirliğini sağlayabilir ve etkili aşırı yük koruması sağlayabilir.

5. Negatif Sıcaklık Katsayılı Termistör (NTC Termistörü)

Negatif sıcaklık katsayılı termistör, sıcaklık arttıkça direnç değeri düşen elektronik bir bileşendir.

NTC termistörleri genellikle metal oksitlerden veya yarı iletken malzemelerden yapılır. Malzemenin kafes yapısında, kafes içindeki elektronların hareketini engelleyen bazı safsızlıklar katkılıdır. Sıcaklık arttıkça sıcaklığa duyarlı malzemedeki elektronların enerjisi artar ve elektronlar ile yabancı maddeler arasındaki etkileşim zayıflar, bunun sonucunda elektronların göç hızı ve iletkenliği artar, direnç değeri düşer.

NTC termistörlerinin özellikleri ve uygulamaları şunları içerir:

1. Sıcaklık sensörü: NTC termistörlerin direnç değeri sıcaklıkla ters orantılı olduğundan sıcaklık sensörü olarak yaygın olarak kullanılırlar. Direnç değeri ölçülerek ortam sıcaklığındaki değişim belirlenebilir.

2. Sıcaklık kompanzasyonu: NTC termistörleri sıcaklık kompanzasyon devrelerinde kullanılabilir. Direnç değerinin sıcaklıkla değişmesi özelliğinden dolayı devrenin farklı sıcaklıklarda kararlı çalışmasını sağlamak için diğer bileşenlere (termistör ve dirençler gibi) seri veya paralel bağlanabilir.

3. Sıcaklık kontrolü: NTC termistörleri sıcaklık kontrol devrelerinde önemli bir rol oynayabilir. Direnç değerindeki değişim izlenerek, ısıtma elemanının veya soğutma elemanının çalışması, belirli bir sıcaklık aralığında kararlı bir durumu koruyacak şekilde kontrol edilebilir.

4. Güç kaynağı koruması: NTC termistörleri güç kaynağı koruması için de kullanılabilir. Güç kaynağı devrelerinde aşırı akım koruyucu olarak kullanılabilirler. Akım belirli bir eşiği aştığında direnç değerinin düşmesi nedeniyle akımın akışını sınırlayabilir ve güç kaynağını ve diğer devreleri aşırı akımın neden olacağı hasarlardan koruyabilirler.

Özetle NTC termistörleri, sıcaklık arttıkça direnç değeri düşen, negatif sıcaklık katsayılı, termal olarak duyarlı bileşenlerdir. Sıcaklık algılama, sıcaklık telafisi, sıcaklık kontrolü ve güç kaynağı korumasında yaygın olarak kullanılırlar.

6. Polimerik Pozitif Sıcaklık Katsayısı (PPTC)

PPTC elektronik sigortalar aynı zamanda aşırı akım koruma cihazıdır. Dirençleri düşüktür, ancak akım nominal değeri aştığında, direncin artmasına neden olan ve akımın akışını sınırlayan bir termal etki meydana gelir. Genellikle sıfırlanabilir sigortalar veya aşırı akım koruma cihazları olarak kullanılırlar. PPTC bileşenleri özel polimer malzemelerden yapılmıştır ve pozitif sıcaklık katsayısına sahip bir direnç özelliğine sahiptir.

PPTC bileşenlerinin direnci genellikle oda sıcaklığında düşüktür ve önemli bir voltaj düşüşü olmadan akımın bileşen içinde akmasına izin verir. Ancak aşırı akım durumu oluştuğunda içinden geçen akımın artması nedeniyle PPTC bileşeni ısınır. Sıcaklık arttıkça polimer malzemenin direnci önemli ölçüde artar.

PPTC bileşeninin temel özelliği, arıza koşulları altında akım akışını sınırlama yeteneğidir. Akım nominal eşiği aştığında PPTC bileşeni ısınır ve direnci hızla artar. Bu yüksek direnç durumu, devreyi ve bağlı bileşenleri korumak için akımı etkili bir şekilde sınırlayan, sıfırlanabilir bir sigorta görevi görür.

Arıza durumu ortadan kalktığında ve akım belirli bir eşiğin altına düştüğünde, PPTC bileşeni soğur ve direnci daha düşük bir değere döner. Bu sıfırlanabilir özellik, PPTC bileşenlerini geleneksel sigortalardan farklı kılar ve açma sonrasında değiştirilmelerine gerek yoktur.

PPTC bileşenleri, aşırı akım koruması gerektiren çeşitli elektronik devrelerde ve sistemlerde kullanılır. Güç kaynaklarında, pil paketlerinde, motorlarda, iletişim ekipmanlarında ve otomotiv elektroniğinde yaygın olarak kullanılırlar. PPTC bileşenleri küçük boyut, sıfırlanabilir çalışma ve aşırı akım olaylarına hızlı tepki verme gibi avantajlara sahiptir.

Bir PPTC bileşeni seçerken, nominal voltaj, akım ve tutma akımı dahil önemli parametrelerin dikkate alınması gerekir. Nominal voltaj, devrenin çalışma voltajından yüksek olmalı, akım değeri ise beklenen maksimum akımla eşleşmelidir. Tutma akımı, elemanın açıldığı ve direnci arttırdığı akım seviyesini belirtir.

PPTC elemanları elektronik devreler için güvenilir, sıfırlanabilir aşırı akım koruması sağlayarak güvenliğin ve güvenilirliğin artırılmasına yardımcı olur.