ในระบบอิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรมและยานยนต์สมัยใหม่เทคโนโลยีการป้องกันวงจรมีบทบาทสําคัญ เนื่องจากการรวมและความซับซ้อนของอุปกรณ์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องปัญหาต่างๆเช่นกระแสไฟเกินแรงดันไฟฟ้าเกินการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) จึงมีความโดดเด่นมากขึ้น การเลือกส่วนประกอบป้องกันวงจรอย่างเหมาะสมสามารถยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรับประกันความเสถียรและความน่าเชื่อถือของระบบ
ค 1. การป้องกันวงจรคืออะไร?
ค 2. ข้อกําหนดพิเศษสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและยานยนต์
ค 3. ส่วนประกอบป้องกันวงจรทั่วไปและการใช้งาน
ค 4. ข้อควรพิจารณาในการออกแบบสําหรับการป้องกันวงจรในการใช้งานจริง
ค 5. เทรนด์ในอนาคต: โซลูชั่นที่ชาญฉลาดและแบบบูรณาการ
ค 6. บทสรุป
การป้องกันวงจรคืออะไร?
การป้องกันวงจรหมายถึงมาตรการที่ดําเนินการเพื่อปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือระบบไฟฟ้าจากความเสียหายที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ที่เกิดจากปริมาตรผิดปกติ tage, กระแสไฟเกิน, ไฟฟ้าลัดวงจร, ไฟกระชาก ฯลฯ พูดง่ายๆ ก็คือ การป้องกันวงจรทําหน้าที่เป็น "ตัวป้องกันความปลอดภัย" ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ผ่านส่วนประกอบหรือโซลูชันต่างๆ จะนําทางและดูดซับความผิดปกติของวงจรเพื่อป้องกันความเสียหายต่อส่วนประกอบที่สําคัญ ส่วนประกอบการป้องกันวงจรทั่วไปรวมถึงแต่ไม่จํากัดเพียง:
วาริสเตอร์ออกไซด์โลหะ (MOV)
ดูดซับไฟกระชากแรงดันไฟเกินเพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนเสียหาย
ไดโอดป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว (TVS)
ตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าอย่างรวดเร็วปกป้องวงจรจากไฟกระชากชั่วคราว
ท่อปล่อยแก๊ส (GDT)
เป็นที่รู้จักในด้านความทนทานต่อไฟกระชากสูงซึ่งมักใช้ในอุปกรณ์สื่อสารและการป้องกันพลังงานอุตสาหกรรม
ฟิวส์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกของพอลิเมอร์ (PPTC)
ตัดวงจรระหว่างกระแสเกินและกู้คืนโดยอัตโนมัติหลังจากล้างข้อผิดพลาด
ข้อกําหนดพิเศษสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและยานยนต์
ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมอุปกรณ์ต้องทนต่อสภาวะที่รุนแรงเช่นอุณหภูมิสูงความชื้นฝุ่นและการสั่นสะเทือน ดังนั้นส่วนประกอบการป้องกันจึงต้องมีคุณสมบัติเช่นทนต่ออุณหภูมิสูงความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าสูงและอายุการใช้งานที่ยาวนาน ในการใช้งานยานยนต์ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต้องเป็นไปตามมาตรฐาน AEC-Q และต้องทนต่อแรงกระแทก การสั่นสะเทือน และช่วงอุณหภูมิกว้าง (โดยทั่วไปตั้งแต่ -40°C ถึง 125°C)
ส่วนประกอบป้องกันวงจรทั่วไปและการใช้งาน
ต่อไปนี้คือส่วนประกอบการป้องกันวงจรทั่วไปหลายประการ:
เมทัลออกไซด์วาริสเตอร์ (MOV)
โดยทั่วไปจะใช้ MOV สําหรับการป้องกันแรงดันไฟเกินในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อเกิดแรงดันไฟเกิน MOV จะจํากัดแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในระดับเฉพาะผ่านลักษณะที่ไม่เชิงเส้นเพื่อป้องกันความเสียหายต่อส่วนประกอบอื่น ๆ MOV ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
รูปที่ 3-1: วาริสเตอร์โลหะออกไซด์ 385V
ท่อระบายแก้ว
ท่อปล่อยแก้วรวมข้อดีของท่อปล่อยก๊าซเซรามิกในขณะที่ตรงตามข้อกําหนดแรงดันไฟฟ้าพังทลาย DC ที่สูงขึ้น มีแรงดันไฟฟ้านําไฟฟ้าต่ําและกระแสไฟสูง จึงเหมาะสําหรับสภาพแวดล้อมป้องกันฟ้าผ่าที่รุนแรง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยานยนต์และอุปกรณ์สื่อสาร
ไดโอดป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว (ไดโอด TVS)
ไดโอด TVS มีบทบาทสําคัญในการป้องกันวงจร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการปกป้องส่วนประกอบที่มีความละเอียดอ่อน ความเร็วในการตอบสนองนั้นเร็วมาก (ในช่วงพิโควินาที) ทําให้สามารถตัดแรงดันไฟเกินได้อย่างรวดเร็ว ด้วยเหตุนี้ จึงมักใช้สําหรับการป้องกันพอร์ต I/O ในแอปพลิเคชันการส่งข้อมูลที่สําคัญ
ท่อปล่อยก๊าซเซรามิก
ท่อปล่อยก๊าซเซรามิกเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ใช้กันมากที่สุด มีบทบาทสําคัญในการจ่ายไฟ DC และการป้องกันไฟกระชากสัญญาณ โครงสร้างของพวกเขามีความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ความจุขนาดเล็กระหว่างขั้นตอนและความต้านทานฉนวนสูงซึ่งสามารถป้องกันวงจรจากความเสียหายได้อย่างรวดเร็วในกรณีที่เกิดฟ้าผ่าหรือไฟกระชากอื่น ๆ
รูปที่ 3-4: ท่อปล่อยก๊าซเซรามิก
ฟิวส์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกของโพลีเมอร์ (PPTC)
ฟิวส์ PPTC ใช้วัสดุโพลีเมอร์ที่เพิ่มความต้านทานอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดกระแสเกิน จึงช่วยปกป้องวงจร เมื่อล้างกระแสเกินแล้ว ฟิวส์จะกลับสู่สถานะความต้านทานต่ําเริ่มต้น โดยไม่จําเป็นต้องเปลี่ยนฟิวส์บ่อยครั้ง
ข้อควรพิจารณาในการออกแบบสําหรับการป้องกันวงจรในการใช้งานจริง
เลือกประเภทส่วนประกอบที่เหมาะสม:
เลือกส่วนประกอบที่มีความเร็วในการตอบสนองที่เหมาะสมและความสามารถในการจัดการพลังงานตามสถานการณ์การใช้งานเฉพาะและความต้องการด้านการป้องกัน
พิจารณาปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม:
ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมและยานยนต์ ให้พิจารณาผลกระทบของสภาวะภายนอก เช่น อุณหภูมิ ความชื้น และการกระแทกทางกลต่อประสิทธิภาพของส่วนประกอบ
ตรงตามมาตรฐานอุตสาหกรรม:
ส่วนประกอบยานยนต์ต้องเป็นไปตามมาตรฐาน AEC-Q100 หรือ AEC-Q200 ในขณะที่ส่วนประกอบอุตสาหกรรมต้องผ่านการรับรองความน่าเชื่อถือสูงที่เกี่ยวข้อง
การออกแบบโซ่ป้องกัน:
ใช้ส่วนประกอบการป้องกันหลายตัวร่วมกันเพื่อสร้างห่วงโซ่การป้องกันแบบเลเยอร์ ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือโดยรวมของระบบ
แนวโน้มในอนาคต: โซลูชั่นที่ชาญฉลาดและบูรณาการ
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรม 4.0 และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์เทคโนโลยีการป้องกันวงจรยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ในแง่หนึ่งส่วนประกอบการป้องกันอัจฉริยะได้เกิดขึ้นโดยรวมฟังก์ชันการวินิจฉัยเพื่อตรวจสอบสถานะวงจรแบบเรียลไทม์และให้ข้อเสนอแนะ ในทางกลับกันโซลูชันการป้องกันแบบบูรณาการสูงกําลังได้รับความสนใจ โซลูชันชิปเดี่ยวที่รวมฟังก์ชันการป้องกันหลายอย่างช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบวงจรและประหยัดพื้นที่ PCB นอกจากนี้ การออกแบบที่ยั่งยืนกําลังกลายเป็นเทรนด์ โดยมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มความทนทานและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของส่วนประกอบป้องกัน เพื่อลดความถี่ในการเปลี่ยนและสนับสนุนการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
สรุป
เทคโนโลยีป้องกันวงจรเป็นรากฐานที่สําคัญในการสร้างความมั่นใจในการทํางานที่มั่นคงของระบบอุตสาหกรรมและยานยนต์ ด้วยการเลือกส่วนประกอบการป้องกันที่เหมาะสมอย่างรอบคอบและการออกแบบวงจรป้องกันที่มีประสิทธิภาพความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสําคัญ เนื่องจากสภาพแวดล้อมการใช้งานมีความซับซ้อนมากขึ้นเทคโนโลยีการป้องกันวงจรในอนาคตจะยังคงพัฒนาไปสู่ความฉลาดและการบูรณาการที่มากขึ้นโดยให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งสําหรับสาขาการใช้งานที่หลากหลายขึ้น
