ارتفاع كل من الجهد و التيار الكهربائي و الحرارة المفاجئ، جميعها مشكلات يمكن أن تعاني منها الدارات الإلكترونية. قد تؤدي هذه الارتفاعات إلى تلف الأجهزة الكهربائية و الإلكترونية. لذلك تم تصميم عناصر و طرق من أجل حماية الدارات الإلكترونية. و ذلك على المدى الطويل. لنتعرف عليها في هذا المقال.
ماذا نقصد بمصطلح حماية الدارات الإلكترونية:
أصبحت الحماية من الجهد الزائد والتيار الزائد أمرًا حيويًا بشكل متزايد في جميع أنواع المعدات الإلكترونية ، لذلك دعونا نلقي نظرة على ما تستلزمه حماية الدارة اليوم:
- (1) كلما أصبح تكامل لوحات الدارات أكثر تقدمًا ، يرتفع سعر اللوحة أيضًا ، مما يستلزم حماية متزايدة.
- (2) يتناقص جهد التشغيل لأجهزة أشباه الموصلات ، والهدف من حماية الدارة هو تقليل فقد الطاقة وتقليل توليد الحرارة وإطالة عمر الخدمة.
- (3) المعدات الموجودة في السيارة: نظرًا لأن بيئة الاستخدام أقسى من تلك المستخدمة في العناصر الإلكترونية الشائعة ، فإن ظروف القيادة في السيارة تتغير ، مما يؤدي إلى ذروة جهد لحظي كبير عند بدء تشغيل السيارة. نتيجة لذلك ، يتم استخدام مكونات الحماية من الجهد الزائد بشكل شائع في محولات الطاقة لدعم سلع هذه الأجهزة الإلكترونية.
- (4) الحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ مطلوبة لمعدات الاتصالات ومواقع الاتصالات. يصبح استخدام مكونات الحماية من الجهد الزائد والتيار الزائد في هذا الجهاز أمرًا بالغ الأهمية. إنها ضرورية لضمان خصوصية المستخدم والتواصل العادي.
- (5) تحدث معظم حالات فشل المنتجات الإلكترونية بسبب الجهد الزائد أو تشوهات الدارة في دائرة المعدات الإلكترونية. أصبحت حماية الدارات الإلكترونية أمرًا بالغ الأهمية مع ارتفاع توقعاتنا لجودة المعدات الإلكترونية.
أجهزة حماية الدارات الإلكترونية من الصواعق:
هنالك ثلاثة طرق فعالة:
أنبوب تصريف الغاز الخزفي من أجهزة حماية الدارات الإلكترونية:
هو أكثر أجهزة الحماية من الصواعق استخدامًا لأنه أكثر أجهزة الحماية من الصواعق استخدامًا سواء كان ذلك للحماية من الصواعق لمصدر طاقة التيار المستمر أو الحماية من الصواعق للإشارات المختلفة. يمكن أن يوفر الأنبوب حماية كافية. إن التدفق الهائل ، والسعة البينية الصغيرة ، ومقاومة العزل القوية ، ومجموعة واسعة من الفولتية المحتملة للانهيار هي أبرز ميزاتها.
التفريغ باستخدام أشباه الموصلات:
و هنا نستخدم الثايرستور وهو جهاز حماية من الجهد الزائد. يتم تشغيل توصيل الجهاز وتفريغه بواسطة تيار انهيار تقاطع PN ، ويمكن أن يتدفق تيار تصاعدي ضخم أو تيار نبضي. يتم تعريف حماية الجهد الزائد من خلال نطاق جهد الانهيار. يمكن توصيله مباشرة بكلا طرفي الدارة المحمية عند استخدامه. التوصيل الدقيق ، والاستجابة السريعة (مستوى وقت الاستجابة)، والتماثل ثنائي الاتجاه ، والاعتمادية العالية كلها ميزات لهذا الجهاز.
المقاومة الزجاجية:
في مطلع القرن العشرين ، تم تقديم أنبوب التفريغ الزجاجي (المعروف أيضًا باسم أنبوب التفريغ القوي أو أنبوب الحماية من الصواعق) كتقنية جديدة للحماية من الصواعق. مقاومة عزل عالية (108) ، سعة صغيرة بشكل استثنائي (0.8pF) ، تيار تفريغ كبير (حتى 3 كيلو أمبير) ، تناظر ثنائي الاتجاه ، استجابة سريعة (عدم تباطؤ انهيار التأثير) ، أداء ثابت وموثوق ، الجهد المنخفض بعد التشغيل. علاوة على ذلك ، تتميز بجهد عطل كبير للتيار المستمر (يصل إلى 5000 فولت) ، وحجم صغير ، وعمر طويل. يحتوي جهد انهيار التيار المستمر على تشتت كبير (20٪) ، وهو عيب.
حماية الدارات الإلكترونية من ارتفاع الجهد Overvoltage:
سنقدم أيضاً ثلاث أجهزة فعالة :
أولاً المكثف Varistor: تعد من أكثر أجهزة تحديد الجهد استخدامًا. عندما ينشأ جهد زائد بين قطبي المكثف ، فإن الميزات غير الخطية للمتغير تسمح له بربط الجهد إلى قيمة جهد ثابتة نسبيًا ، مما يضمن حماية الدارة. يتميز المكثف بوقت استجابة سريعة ns، يمكن أن تفي الحماية من الجهد الزائد المستخدمة في الدوائر الإلكترونية بالمعايير من حيث وقت الاستجابة.
ثانياً:مكثف الرقاقة chip varistor: تستخدم بشكل أساسي لحماية المكونات والدوائر من التفريغ الكهروستاتيكي المتولد في إمدادات الطاقة والتحكم وخطوط الإشارة.
ثالثاً:الصمام الثنائي TVS: كثيرا ما تستخدم ثنائيات TVS ، أو الثنائيات الكابتة العابرة ، في الحماية الثانوية لأشباه الموصلات والمعدات الحساسة. يتم استخدامه بشكل أساسي كحماية ثانوية بعد أنبوب تصريف الغاز الخزفي ، بينما يستخدمه بعض المستخدمين كحماية أساسية للمنتج.
الحماية من التيار الزائد:
Self-recovery fuse: هو عنصر حماية إلكتروني من التيار الزائد يتم تصنيعه باستخدام تقنية محددة تتضمن إضافة مواد جسيمية موصلة وكبريت بوليمر عضوي جزيئي عالي تحت ضغط عالٍ ودرجة حرارة عالية وتفاعل الفلكنة. (PPTC: عبارة عن ترمستور بوليمر ذو معامل درجة حرارة موجب يستخدم لحماية التيار الزائد ويمكن استخدامه بدلاً من الصمامات الحالية.
عندما تكون الدارة في حالة تشغيل جيدة ، تكون المقاومة منخفضة جدًا (انخفاض الجهد صغير جدًا). عندما ترتفع درجة حرارة الدارة بسبب زيادة التيار ، ترتفع قيمة المقاومة بشكل كبير بعدة أوامر من حيث الحجم ، مما يؤدي إلى خفض تيار الدارة إلى ما دون المستوى الآمن.
مكونات كهروستاتيكية تؤمن حماية الدارات الإلكترونية:
- صمام التفريغ الكهروستاتيكي ESD: يعتبر مكونًا مضادًا للكهرباء الساكنة يحمي منافذ الإدخال / الإخراج في تطبيقات نقل البيانات عالية السرعة من الجهد الزائد. تستخدم الثنائيات الكهروستاتيكية ، أو الثنائيات ESD ، لحماية الدارات الحساسة في المعدات الإلكترونية من ESD (التفريغ الكهروستاتيكي).
- الحماية بالحث أي بالوصلة الكهرومغناطيسية: إذا كان هناك تيار يمر عبر الوصلة في بداية الدارة ، وعندما يكون كل شيء لا يزال غير مستقر ، فسيتم تشكيل تيار مستحث في الاتجاه المعاكس للتيار (قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي). ، بعد تشغيل الدارة لفترة من الوقت ، كل شيء مستقر ، والتيار لم يتغير ، والحث الكهرومغناطيسي لن يولد تيارًا.
- الخرزات المغناطيسية: تتمتع الخرزات المغناطيسية بمقاومة عالية ونفاذية ، والتي تساوي المقاومة المتسلسلة واتصال الحث ، على الرغم من أن قيم المقاومة والحث تتغير مع التردد. تتمتع بخصائص ترشيح عالية التردد أقوى من المحرِّضات النموذجية ، ولأنها مقاومة عند الترددات العالية ، يمكنها الحفاظ على مقاومة عالية عبر نطاق تردد واسع ، مما يعزز تأثيرات ترشيح FM. إنها ميزة موجودة في رقائق Ethernet.
اقرأ المزيد عنا:
