В съвременните индустриални и автомобилни електронни системи технологията за защита на веригата играе решаваща роля. Тъй като интеграцията и сложността на устройствата продължават да се увеличават, проблеми като свръхток, пренапрежение, електростатичен разряд (ESD) и електромагнитни смущения (EMI) стават все по-забележими. Правилният избор на компоненти за защита на веригата може ефективно да удължи живота на устройствата и да гарантира стабилността и надеждността на системата.

В1. Какво е защита на веригата?

В2. Специални изисквания за промишлени и автомобилни приложения

В3. Компоненти за защита на обща верига и техните приложения

В4. Съображения за проектиране на защита на веригата в практически приложения

В5. Бъдещи тенденции: интелигентни и интегрирани решения

В6. Извод

Какво е защита на веригата?

Защитата на веригата се отнася до мерките, предприети за защита на електронните устройства или енергийните системи от необратими повреди, причинени от необичайно напрежение, свръхток, късо съединение, пренапрежения и др. С прости думи, защитата на веригата действа като "предпазител" на електронните устройства. Чрез различни компоненти или решения той насочва и абсорбира аномалии на веригата, за да предотврати повреда на критични компоненти. Компонентите за защита на общата верига включват, но не се ограничават до:

Метален оксиден варистор (MOV)

Абсорбира пренапреженията на напрежението, за да предотврати повреда на чувствителните компоненти.

Диод за потискане на преходното напрежение (TVS)

Бързо реагира на скокове на напрежението, предпазвайки веригата от преходни пренапрежения.

Газоразрядна тръба (GDT)

Известен с високата си толерантност към пренапрежение, често използван в комуникационни устройства и индустриална защита на захранването.

Полимерен предпазител с положителен температурен коефициент (PPTC)

Прекъсва веригата по време на свръхток и автоматично се възстановява след отстраняване на повредата.

Специални изисквания за промишлени и автомобилни приложения

В индустриална среда оборудването трябва да издържа на тежки условия като високи температури, влажност, прах и вибрации. Следователно защитните компоненти трябва да имат характеристики като устойчивост на висока температура, толеранс към високо напрежение и дълъг живот. В автомобилните приложения електронните компоненти трябва да отговарят на стандартите AEC-Q и трябва да са устойчиви на удари, вибрации и широки температурни диапазони (обикновено от -40°C до 125°C).

Компоненти за защита на общата верига и техните приложения

Ето няколко често срещани компонента за защита на веригата:

Варистор с метален оксид (MOV)

MOV обикновено се използват за защита от пренапрежение в електронни вериги. Когато възникне пренапрежение, MOV ограничава напрежението до определено ниво чрез своите нелинейни характеристики, предотвратявайки повреда на други компоненти. MOV се използват особено широко в променливотокови вериги.

Фигура 3-1: Метален оксиден варистор, 385V

Стъклена изпускателна тръба

Стъклената газоразрядна тръба съчетава предимствата на керамичните газоразрядни тръби, като същевременно отговаря на по-високите изисквания за DC пробивно напрежение. Има ниско напрежение на проводимост и висок ток на разреждане, което го прави подходящ за тежки мълниезащитни среди. Той се използва широко в автомобилното и комуникационното оборудване.

Преходни диоди за потискане на напрежението (TVS диоди)

TVS диодите играят жизненоважна роля в защитата на веригата, особено в защитата на чувствителните компоненти. Скоростта им на реакция е изключително бърза (в пикосекундния диапазон), което им позволява бързо да отрежат пренапрежението. В резултат на това те често се използват за защита на I/O портове в критични приложения за предаване на данни.

Керамична газоразрядна тръба

Керамичните газоразрядни тръби са един от най-често използваните видове устройства за защита от пренапрежение. Те играят важна роля в захранването с постоянен ток и защитата от пренапрежение на сигнала. Тяхната структура се отличава с голям токоприемливост, малък капацитет между етапите и високо изолационно съпротивление, което може бързо да предпази веригата от повреда в случай на мълния или други пренапрежения.

Фигура 3-4: Керамична газоразрядна тръба

Полимерен предпазител с положителен температурен коефициент (PPTC)

PPTC предпазителите използват полимерни материали, които бързо увеличават съпротивлението при възникване на свръхток, като по този начин защитават веригата. След като свръхтокът бъде изчистен, предпазителят се връща в първоначалното си състояние на ниско съпротивление, избягвайки необходимостта от честа смяна на предпазителите.

Съображения за проектиране на защита на веригата в практически приложения

Изберете правилния тип компонент:

Изберете компоненти с подходяща скорост на реакция и възможност за обработка на енергия въз основа на специфични сценарии на приложение и нужди от защита.

Помислете за факторите на околната среда:

В промишлена и автомобилна среда помислете за въздействието на външни условия като температура, влажност и механичен удар върху работата на компонентите.

Отговаряйте на индустриалните стандарти:

Автомобилните компоненти трябва да отговарят на стандартите AEC-Q100 или AEC-Q200, докато индустриалните компоненти трябва да преминат съответните сертификати за висока надеждност.

Дизайн на защитната верига:

Използвайте комбинация от множество защитни компоненти, за да образувате многослойна защитна верига, повишавайки цялостната надеждност на системата.

Бъдещи тенденции: интелигентни и интегрирани решения

С бързото развитие на Индустрия 4.0 и автомобилната електроника, технологията за защита на веригата продължава да се развива. От една страна, се появиха интелигентни защитни компоненти, интегриращи диагностични функции за наблюдение на състоянието на веригата в реално време и предоставяне на обратна връзка. От друга страна, силно интегрираните решения за защита набират скорост. Решенията с един чип, които интегрират множество защитни функции, намаляват сложността на проектирането на схемите и спестяват място на печатните платки. Освен това устойчивият дизайн се превръща в тенденция, с фокус върху повишаването на издръжливостта и енергийната ефективност на защитните компоненти, за да се намали честотата на смяна и да се поддържа зелен електронен дизайн.

Заключение

Технологията за защита на веригата е крайъгълният камък за осигуряване на стабилна работа на индустриалните и автомобилните системи. Чрез внимателен подбор на подходящи защитни компоненти и проектиране на ефективни защитни вериги, безопасността и надеждността на системите могат да бъдат значително подобрени. Тъй като приложните среди стават все по-сложни, бъдещите технологии за защита на вериги ще продължат да се развиват към по-голяма интелигентност и интеграция, осигурявайки силна поддръжка за по-широк спектър от области на приложение.