PCBA エンジニアは回路を保護するためにどのような方法をよく使用しますか?

保護装置回路や機器を停電やその他の損傷から保護するために使用されます。ここでは、いくつかの一般的なタイプの保護デバイスとその説明を示します。

1. ダイオード

ダイオードは、電流の流れの方向を制御するために使用される電子デバイスです。回路では、逆電流の流入を防止したり、他のデバイスを過電圧から保護したりするために、ダイオードがよく使用されます。

電圧レギュレータ ダイオードは、電圧レギュレータまたはツェナー ダイオードとも呼ばれ、安定した電圧出力を提供するために使用される特別に設計されたダイオードです。

電圧調整ダイオードの特性は、その逆降伏電圧 (ツェナー電圧) です。逆電圧がその特定の降伏電圧を超えると、電圧レギュレータ ダイオードは逆降伏状態になり、電流が流れます。通常のダイオードと比較して、電圧レギュレータ ダイオードは、逆降伏領域で安定した電圧を維持するように慎重に設計されています。

電圧レギュレータ ダイオードの動作原理は、電圧降伏効果に基づいています。電圧が逆降伏電圧を下回ると、ダイオードはその両端に安定した電圧を維持し、逆電流が流れることを可能にします。この特性により、電圧レギュレータ ダイオードは回路に安定した基準電圧を提供したり、入力電圧を特定の値に安定させたりすることができます。

ツェナー ダイオードは、次のアプリケーションで一般的に使用されます。

1. 電圧レギュレーション: ツェナー ダイオードは、入力電圧を特定の出力電圧で安定させる回路の電圧レギュレータとして使用できます。これは、安定した電圧を必要とする電子デバイスや回路にとって非常に重要です。

2. 基準電圧: ツェナー ダイオードは回路内の基準電圧源として使用できます。適切なツェナー ダイオードを選択することにより、他の信号の校正と比較のために固定基準電圧を提供できます。

3. 電圧調整: ツェナー ダイオードは、回路内の電圧調整機能にも使用できます。ツェナー ダイオードの電流を制御することにより、回路内の電圧値を調整して、目的の電圧調整機能を実現できます。

ツェナー ダイオードの選択は、必要な安定した電圧と動作電流によって異なります。それらは異なる降伏電圧と電力特性を持っているため、ツェナー ダイオードを選択する際には、特定のアプリケーションと要件に基づいて評価する必要があります。

ツェナー ダイオードは、安定した電圧出力を提供できる特別に設計されたダイオードです。これらは、電圧調整、基準電圧、電圧調整などの機能のために電子回路で広く使用されています。

2. 金属酸化物バリスタ (MOV)

MOV は過電圧保護に使用されるデバイスです。これはセラミックマトリックスに均一に分散された金属酸化物粒子で構成されており、電圧が定格値を超えると導電性になり、それによって過電圧のエネルギーを吸収し、回路内の他のデバイスを保護します。

MOVの特徴は非線形抵抗特性です。通常の動作電圧範囲内では、MOV は高抵抗状態を示し、回路にはほとんど影響を与えません。ただし、電圧が突然増加して定格電圧を超えると、MOV はすぐに低抵抗状態に変化して過電圧のエネルギーを吸収し、それをグランドまたは他の低インピーダンス パスに導きます。

MOVの動作原理はバリスタ効果に基づいています。電圧が定格電圧を超えると、酸化物粒子間の電界強度が大きくなり、酸化物粒子間の抵抗が減少します。これにより、MOV は非常に大きな電流容量を提供し、他の回路や機器を過電圧による損傷から効果的に保護することができます。

金属酸化物バリスタは、一般的に次の用途に使用されます。

1. 過電圧保護: MOV は主に、電圧がデバイスまたは回路が耐えられる定格値を超えないようにする過電圧保護に使用されます。過電圧状態が発生すると、MOV は迅速に応答してオンになり、過電圧をグランドまたは他の低インピーダンス パスに誘導して、他の敏感なコンポーネントを保護します。

2. サージ保護: MOV は、電力サージ (電圧の突然変異) から機器を保護するために、電力線や通信線で一般的に使用されます。過渡電圧ピークを吸収して抑制し、機器の潜在的な損傷を防ぎます。

3. サージ保護: MOV は、落雷、電力サージ、その他の電磁干渉によって引き起こされる電子機器や回路への損傷を防ぐためのサージ保護装置にも広く使用されています。サージエネルギーを吸収および分散することができ、機器を過渡過電圧から保護します。

適切な MOV の選択は、必要な定格電圧、最大電流容量、および応答時間によって異なります。 MOV の定格電圧は、保護する回路の最大動作電圧よりわずかに高くする必要があり、最大電流容量はシステムの要件を満たす必要があります。過電圧に対して迅速に応答できるように、応答時間は十分に速い必要があります。

金属酸化物バリスタは、過電圧エネルギーを吸収し、他の回路や機器を損傷から保護する過電圧保護に使用されるコンポーネントです。過電圧保護、サージ保護、サージ保護などの分野で重要な役割を果たします。

3. 過渡電圧サプレッサー (TVS)

過渡電圧抑制装置 (TVS) は、過渡過電圧を抑制するために使用される電子デバイスです。迅速に応答して過電圧のエネルギーを吸収し、電圧の突然の変化や過渡電圧の発生時に効果的な保護を提供し、電圧が設定されたしきい値を超えることを防ぎます。

TVS デバイスの動作原理は、降伏電圧効果に基づいています。回路内で過渡過電圧が発生すると、TVS デバイスはすぐに低インピーダンス状態に変化し、過電圧のエネルギーをグランドまたは他の低インピーダンス パスに送ります。 TVS デバイスは、過電圧のエネルギーを吸収および分散することで、電圧上昇率を制限し、他の敏感なコンポーネントを保護します。

TVS デバイスは通常、ガス放電管 (ガス放電管、GDT) または炭化ケイ素ダイオード (炭化ケイ素ダイオード、SiC ダイオード) で構成されます。ガス放電管は電圧が高すぎるとガスに基づく放電経路を形成しますが、炭化ケイ素ダイオードは炭化ケイ素材料の特殊な特性を利用して降伏電圧下で導電経路を形成します。

過渡電圧抑制装置は、一般に次の用途で使用されます。

1. サージ保護: TVS デバイスは主に、落雷、電力サージ、電力探索、その他の電磁干渉によって引き起こされる過電圧を防ぐためのサージ保護に使用されます。過渡電圧ピークを吸収して抑制し、回路や機器を損傷から保護します。

2. 通信線の保護: TVS デバイスは、電力探索や電磁干渉から機器を保護するために通信線で広く使用されています。過渡過電圧に迅速に応答して吸収し、通信機器の安定した動作を保護します。

3. 電力線保護: TVS デバイスは、電源サーチやその他の過電圧イベントによる電源装置の損傷を防ぐための電力線保護にも使用されます。過電圧エネルギーを吸収および分散して、電源装置の正常な動作を保護します。

適切な TVS デバイスの選択は、必要な定格電圧、最大電流容量、応答時間によって異なります。 TVS デバイスの定格電圧は、保護される回路の最大動作電圧よりわずかに高く、最大電流容量はシステムの要件を満たす必要があります。過渡過電圧をタイムリーに抑制できるように、応答時間は十分に速い必要があります。

過渡電圧抑制器は、サージ保護、通信線保護、電力線保護の分野で重要な役割を果たします。

4. ヒューズ

ヒューズは、回路やデバイスを過電流による損傷から保護するために使用される一般的な電子部品です。回路を切断することで過剰な電流が流れるのを防ぐ受動的保護デバイスです。

ヒューズは通常、細いワイヤまたは遮断電流の低いワイヤでできています。回路内の電流がヒューズの定格電流を超えると、ヒューズの内部のフィラメントが加熱して溶融し、電流の流れが遮断されます。

ヒューズの主な機能と動作原理は次のとおりです。

1. 定格電流: ヒューズの定格電流は、安全に耐えることができる最大電流値を指します。定格電流を超えるとヒューズが溶断し、電流が流れなくなります。

2. 溶断時間: ヒューズの溶断時間とは、電流が定格電流を超えてから溶断するまでの時間を指します。溶断時間はヒューズの設計と特性によって異なりますが、通常は数ミリ秒から数秒の間です。

3. 遮断容量: 遮断容量とは、ヒューズが安全に遮断できる最大電流またはエネルギーを指します。ヒューズの遮断容量は、障害状態で電流を効果的に遮断できるように、回路の負荷と短絡電流に一致する必要があります。

4. タイプ: ヒューズには、速断型、遅延型、高電圧など、さまざまなタイプがあります。さまざまなタイプのヒューズが、さまざまなアプリケーション シナリオや要件に適しています。

ヒューズの主な機能は、回路に過負荷保護を提供することです。回路内の電流が異常に増加し、回路の故障や機器の損傷を引き起こす可能性がある場合、ヒューズは速やかに溶断して電流の流れを遮断し、回路や機器の損傷を防ぎます。

適切なヒューズを選択するときは、回路の定格電流、短絡電流、定格電圧、環境条件などの要素を考慮する必要があります。ヒューズを正しく選択すると、回路の安全性と信頼性が確保され、効果的な過負荷保護が提供されます。

5. 負の温度係数サーミスタ（NTCサーミスタ）

負温度係数サーミスタは、温度が上昇すると抵抗値が減少する電子部品です。

NTC サーミスタは通常、金属酸化物または半導体材料で作られています。材料の格子構造には、格子内の電子の動きを妨げる特定の不純物がドープされています。温度が上昇すると、感温材料中の電子のエネルギーが増加し、電子と不純物との相互作用が弱まり、電子の移動速度や伝導率が増加し、抵抗値が低下します。

NTC サーミスタの特性と用途には次のものがあります。

1. 温度センサー：NTCサーミスタの抵抗値は温度に反比例するため、温度センサーとして広く使用されています。抵抗値を測定することで、周囲温度の変化を知ることができます。

2. 温度補償: NTC サーミスタは温度補償回路に使用できます。温度によって抵抗値が変化する特性があるため、他の部品（サーミスタや抵抗器など）と直列または並列に接続することで、異なる温度下でも回路を安定して動作させることができます。

3. 温度制御: NTC サーミスタは温度制御回路で重要な役割を果たします。抵抗値の変化を監視することで、発熱体や冷却体の動作を制御し、特定の温度範囲内で安定した状態を維持できます。

4. 電源保護: NTC サーミスタは電源保護にも使用できます。電源回路では過電流保護装置として使用できます。電流が一定のしきい値を超えると、抵抗値の低下により電流の流れを制限し、電源やその他の回路を過剰な電流による損傷から保護します。

要約すると、NTC サーミスタは負の温度係数を持つ熱に敏感なコンポーネントであり、温度が上昇すると抵抗値が減少します。これらは、温度検知、温度補償、温度制御、電源保護に広く使用されています。

6. ポリマー正温度係数 (PPTC)

PPTC 電子ヒューズも過電流保護デバイスです。抵抗値は低いですが、定格値を超える電流が流れると熱の影響で抵抗値が増加し、電流が制限されます。これらは通常、リセット可能なヒューズまたは過電流保護デバイスとして使用されます。 PPTC コンポーネントは特殊なポリマー材料で作られており、正の温度係数の抵抗特性を持っています。

PPTC コンポーネントの抵抗は通常、室温では低いため、大幅な電圧降下なくコンポーネントに電流が流れます。ただし、過電流状態が発生すると、PPTC コンポーネントを通過する電流が増加するため、PPTC コンポーネントが発熱します。温度が上昇すると、ポリマー材料の抵抗が大幅に増加します。

PPTC コンポーネントの主な特徴は、障害状態で電流の流れを制限する機能です。電流が定格しきい値を超えると、PPTC コンポーネントが加熱し、その抵抗が急速に増加します。この高抵抗状態はリセット可能なヒューズとして機能し、電流を効果的に制限して回路と接続されたコンポーネントを保護します。

障害状態が解消され、電流が特定のしきい値を下回ると、PPTC コンポーネントは冷却され、その抵抗はより低い値に戻ります。このリセット可能な特性により、PPTC コンポーネントは従来のヒューズとは異なり、トリップ後に交換する必要がありません。

PPTC コンポーネントは、過電流保護を必要とするさまざまな電子回路やシステムで使用されています。これらは、電源、バッテリーパック、モーター、通信機器、自動車電子機器で一般的に使用されています。 PPTC コンポーネントには、小型、リセット可能な動作、過電流イベントに対する高速応答などの利点があります。

PPTC コンポーネントを選択するときは、定格電圧、電流、保持電流などの重要なパラメータを考慮する必要があります。定格電圧は回路の動作電圧よりも高くなければなりませんが、定格電流は予想される最大電流と一致する必要があります。保持電流は、素子がトリップして抵抗が増加する電流レベルを指定します。

PPTC エレメントは、電子回路に信頼性が高くリセット可能な過電流保護を提供し、安全性と信頼性の向上に役立ちます。