Metode apa yang sering digunakan para insinyur PCBA untuk melindungi sirkuit?

Perangkat perlindungandigunakan untuk melindungi sirkuit dan peralatan dari kegagalan daya atau kerusakan lainnya. Berikut beberapa jenis perangkat proteksi yang umum dan penjelasannya:

1. Dioda

Dioda adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mengontrol arah aliran arus. Dalam rangkaian, dioda sering digunakan untuk mencegah arus balik mengalir masuk atau untuk melindungi perangkat lain dari tegangan lebih.

Dioda pengatur tegangan, juga dikenal sebagai pengatur tegangan atau dioda Zener, adalah dioda yang dirancang khusus untuk menghasilkan keluaran tegangan yang stabil.

Ciri-ciri dioda pengatur tegangan adalah tegangan tembus baliknya (tegangan Zener). Ketika tegangan balik melebihi tegangan tembus spesifiknya, dioda pengatur tegangan memasuki keadaan rusak terbalik dan menghantarkan arus. Dibandingkan dengan dioda biasa, dioda pengatur tegangan dirancang dengan cermat untuk menjaga tegangan stabil di wilayah kerusakan terbalik.

Prinsip kerja dioda pengatur tegangan didasarkan pada efek tembus tegangan. Ketika tegangan berada di bawah tegangan tembus baliknya, dioda mempertahankan tegangan stabil di kedua ujungnya, memungkinkan arus balik mengalir. Karakteristik ini memungkinkan dioda pengatur tegangan memberikan tegangan referensi yang stabil dalam suatu rangkaian atau menstabilkan tegangan masukan pada nilai tertentu.

Dioda zener umumnya digunakan dalam aplikasi berikut:

1. Pengaturan tegangan: Dioda zener dapat digunakan sebagai pengatur tegangan pada rangkaian untuk menstabilkan tegangan masukan pada tegangan keluaran tertentu. Hal ini sangat penting untuk perangkat dan rangkaian elektronik yang membutuhkan tegangan stabil.

2. Tegangan referensi: Dioda zener dapat digunakan sebagai sumber tegangan referensi dalam rangkaian. Dengan memilih dioda Zener yang sesuai, tegangan referensi tetap dapat diberikan untuk kalibrasi dan perbandingan sinyal lainnya.

3. Pengaturan tegangan: Dioda zener juga dapat digunakan untuk fungsi pengaturan tegangan pada rangkaian. Dengan mengontrol aliran arus dioda Zener, nilai tegangan pada rangkaian dapat diatur untuk mencapai fungsi pengaturan tegangan yang diinginkan.

Pemilihan dioda Zener tergantung pada tegangan stabil dan arus operasi yang diperlukan. Mereka memiliki tegangan tembus dan karakteristik daya yang berbeda, sehingga perlu dievaluasi berdasarkan aplikasi dan persyaratan spesifik saat memilih dioda Zener.

Dioda zener adalah dioda yang dirancang khusus yang dapat memberikan keluaran tegangan stabil. Mereka banyak digunakan di sirkuit elektronik untuk fungsi seperti pengaturan tegangan, tegangan referensi, dan pengaturan tegangan.

2. Varistor Oksida Logam (MOV)

MOV adalah perangkat yang digunakan untuk proteksi tegangan lebih. Ini terdiri dari partikel oksida logam yang didistribusikan secara merata dalam matriks keramik, yang dapat menjadi konduktif ketika tegangan melebihi nilai pengenalnya, sehingga menyerap energi tegangan lebih dan melindungi perangkat lain di sirkuit.

Karakteristik MOV adalah karakteristik resistensi nonliniernya. Dalam rentang tegangan operasi normal, MOV menunjukkan keadaan resistansi tinggi dan hampir tidak berpengaruh pada rangkaian. Namun, ketika tegangan tiba-tiba meningkat melebihi tegangan pengenalnya, MOV dengan cepat berubah ke keadaan resistansi rendah untuk menyerap energi tegangan lebih dan mengarahkannya ke ground atau jalur impedansi rendah lainnya.

Prinsip kerja MOV didasarkan pada efek varistor. Ketika tegangan melebihi tegangan pengenalnya, maka kuat medan listrik antar partikel oksida menjadi lebih besar, sehingga hambatan antar partikel berkurang. Hal ini memungkinkan MOV menyediakan kapasitas arus yang sangat tinggi dan secara efektif melindungi sirkuit dan peralatan lain dari kerusakan tegangan lebih.

Varistor oksida logam biasanya digunakan dalam aplikasi berikut:

1. Perlindungan tegangan lebih: MOV terutama digunakan untuk perlindungan tegangan lebih untuk mencegah tegangan melebihi nilai pengenal yang dapat ditahan oleh perangkat atau sirkuit. Ketika kondisi tegangan berlebih terjadi, MOV merespons dengan cepat dan menyala, mengarahkan tegangan berlebih ke ground atau jalur impedansi rendah lainnya untuk melindungi komponen sensitif lainnya.

2. Perlindungan lonjakan arus: MOV biasanya digunakan pada saluran listrik dan jalur komunikasi untuk melindungi peralatan dari lonjakan listrik (mutasi tegangan). Mereka mampu menyerap dan menekan puncak tegangan transien, mencegah peralatan dari potensi kerusakan.

3. Perlindungan lonjakan arus: MOV juga banyak digunakan dalam pelindung lonjakan arus untuk mencegah kerusakan pada peralatan dan sirkuit elektronik yang disebabkan oleh sambaran petir, lonjakan listrik, dan interferensi elektromagnetik lainnya. Mereka mampu menyerap dan menyebarkan energi lonjakan, melindungi peralatan dari tegangan lebih sementara.

Pemilihan MOV yang sesuai bergantung pada tegangan pengenal yang diperlukan, kapasitas arus maksimum, dan waktu respons. Tegangan pengenal MOV harus sedikit lebih tinggi dari tegangan operasi maksimum rangkaian yang akan dilindungi, sedangkan kapasitas arus maksimum harus memenuhi persyaratan sistem. Waktu respons harus cukup cepat untuk memastikan respons cepat terhadap tegangan lebih.

Varistor oksida logam adalah komponen yang digunakan untuk proteksi tegangan lebih yang menyerap energi tegangan lebih dan melindungi sirkuit dan peralatan lain dari kerusakan. Mereka memainkan peran penting dalam berbagai bidang seperti perlindungan tegangan lebih, perlindungan lonjakan arus, dan perlindungan lonjakan arus.

3. Penekan Tegangan Transien (TVS)

Transient Tegangan Suppressor (TVS) adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk menekan tegangan lebih transien. Ini dapat merespon dengan cepat dan menyerap energi tegangan lebih, dan dapat memberikan perlindungan yang efektif ketika tegangan berubah secara tiba-tiba atau terjadi tegangan transien, mencegah tegangan melebihi ambang batas yang ditetapkan.

Prinsip kerja perangkat TVS didasarkan pada efek tegangan tembus. Ketika tegangan lebih transien terjadi di sirkuit, perangkat TVS akan dengan cepat berubah ke keadaan impedansi rendah, mengarahkan energi tegangan lebih ke ground atau jalur impedansi rendah lainnya. Dengan menyerap dan menyebarkan energi tegangan lebih, perangkat TVS dapat membatasi laju kenaikan tegangan dan melindungi komponen sensitif lainnya.

Perangkat TVS biasanya terdiri dari tabung pelepasan gas (Gas Discharge Tube, GDT) atau dioda silikon karbida (Silicon Carbide Diode, SiC Diode). Tabung pelepasan gas membentuk jalur pelepasan berdasarkan gas ketika tegangannya terlalu tinggi, sedangkan dioda silikon karbida menggunakan sifat khusus bahan silikon karbida untuk membentuk jalur konduktif di bawah tegangan tembus.

Penekan tegangan transien biasanya digunakan dalam aplikasi berikut:

1. Perlindungan lonjakan arus: Perangkat TVS terutama digunakan untuk perlindungan lonjakan arus guna mencegah tegangan lebih yang disebabkan oleh sambaran petir, lonjakan listrik, pencarian listrik, dan interferensi elektromagnetik lainnya. Mereka dapat menyerap dan menekan puncak tegangan transien untuk melindungi sirkuit dan peralatan dari kerusakan.

2. Perlindungan jalur komunikasi: Perangkat TVS banyak digunakan di jalur komunikasi untuk melindungi peralatan dari pencarian listrik dan interferensi elektromagnetik. Mereka dapat dengan cepat merespons dan menyerap tegangan lebih sementara untuk melindungi kestabilan pengoperasian peralatan komunikasi.

3. Perlindungan saluran listrik: Perangkat TVS juga digunakan untuk perlindungan saluran listrik guna mencegah pencarian listrik dan kejadian tegangan lebih lainnya yang merusak peralatan catu daya. Mereka dapat menyerap dan menyebarkan energi tegangan lebih untuk melindungi pengoperasian normal peralatan catu daya.

Pemilihan perangkat TVS yang sesuai bergantung pada voltase pengenal yang diperlukan, kapasitas arus maksimum, dan waktu respons. Tegangan pengenal perangkat TVS harus sedikit lebih tinggi dari tegangan operasi maksimum rangkaian yang akan dilindungi, dan kapasitas arus maksimum harus memenuhi persyaratan sistem. Waktu respons harus cukup cepat untuk memastikan pemadaman tegangan lebih transien secara tepat waktu.

Penekan tegangan transien memainkan peran penting dalam bidang proteksi lonjakan arus, proteksi jalur komunikasi, dan proteksi saluran listrik.

4. Sekring

Sekering adalah komponen elektronik umum yang digunakan untuk melindungi sirkuit dan perangkat dari kerusakan akibat arus lebih. Ini adalah perangkat perlindungan pasif yang mencegah aliran arus berlebih dengan memutus rangkaian.

Sekering biasanya terbuat dari kawat tipis atau kawat dengan arus putus yang rendah. Ketika arus dalam rangkaian melebihi arus pengenal sekering, filamen di dalam sekering akan memanas dan meleleh, memutus aliran arus.

Fitur utama dan prinsip kerja sekering adalah sebagai berikut:

1. Nilai Arus: Nilai arus sekering mengacu pada nilai arus maksimum yang dapat ditahan dengan aman. Ketika arus melebihi arus pengenal, sekring akan meleleh untuk menghentikan aliran arus.

2. Waktu Tiup: Waktu tiupan sekring mengacu pada waktu mulai dari saat arus melebihi arus pengenal hingga saat putus. Waktu tiupan bergantung pada desain dan karakteristik sekring, biasanya antara beberapa milidetik hingga beberapa detik.

3. Kapasitas Pemutusan: Kapasitas pemutusan mengacu pada arus atau energi maksimum yang dapat diputus dengan aman oleh sekering. Kapasitas pemutusan sekering harus sesuai dengan beban rangkaian dan arus hubung singkat untuk memastikan bahwa arus dapat diputus secara efektif dalam kondisi gangguan.

4. Jenis: Ada banyak jenis sekering, termasuk kerja cepat, penundaan waktu, tegangan tinggi, dll. Berbagai jenis sekering cocok untuk skenario dan persyaratan aplikasi yang berbeda.

Fungsi utama sekring adalah untuk memberikan proteksi beban lebih pada suatu rangkaian. Ketika arus dalam suatu rangkaian meningkat secara tidak normal, yang dapat menyebabkan kegagalan rangkaian atau kerusakan peralatan, sekring akan cepat putus dan memutus aliran arus, sehingga melindungi rangkaian dan peralatan dari kerusakan.

Saat memilih sekering yang sesuai, faktor-faktor seperti arus pengenal rangkaian, arus hubung singkat, tegangan pengenal, dan kondisi lingkungan perlu dipertimbangkan. Memilih sekring yang tepat dapat menjamin keamanan dan keandalan sirkuit serta memberikan perlindungan beban berlebih yang efektif.

5. Termistor Koefisien Suhu Negatif (NTC Thermistor)

Termistor koefisien suhu negatif merupakan komponen elektronik yang nilai resistansinya menurun seiring dengan kenaikan suhu.

Termistor NTC biasanya terbuat dari oksida logam atau bahan semikonduktor. Dalam struktur kisi material, pengotor tertentu didoping, yang mengganggu pergerakan elektron dalam kisi. Dengan meningkatnya suhu, energi elektron dalam bahan yang peka terhadap suhu meningkat, dan interaksi antara elektron dan pengotor melemah, mengakibatkan peningkatan kecepatan migrasi dan konduktivitas elektron serta penurunan nilai resistansi.

Karakteristik dan aplikasi termistor NTC antara lain:

1. Sensor suhu: Karena nilai resistansi termistor NTC berbanding terbalik dengan suhu, maka termistor ini banyak digunakan sebagai sensor suhu. Dengan mengukur nilai resistansi, perubahan suhu lingkungan dapat ditentukan.

2. Kompensasi suhu: Termistor NTC dapat digunakan dalam rangkaian kompensasi suhu. Karena karakteristik nilai resistansinya yang berubah seiring suhu, maka dapat dihubungkan secara seri atau paralel dengan komponen lain (seperti termistor dan resistor) untuk mencapai pengoperasian rangkaian yang stabil pada suhu yang berbeda.

3. Kontrol suhu: Termistor NTC dapat memainkan peran penting dalam rangkaian kontrol suhu. Dengan memantau perubahan nilai resistansi, pengoperasian elemen pemanas atau elemen pendingin dapat dikontrol untuk mempertahankan keadaan stabil dalam kisaran suhu tertentu.

4. Perlindungan catu daya: Termistor NTC juga dapat digunakan untuk perlindungan catu daya. Di rangkaian catu daya, mereka dapat digunakan sebagai pelindung arus lebih. Ketika arus melebihi ambang batas tertentu, karena turunnya nilai resistansi, mereka dapat membatasi aliran arus dan melindungi catu daya dan rangkaian lainnya dari kerusakan akibat arus berlebih.

Singkatnya, termistor NTC adalah komponen sensitif termal dengan koefisien suhu negatif, yang nilai resistansinya menurun seiring dengan meningkatnya suhu. Mereka banyak digunakan dalam penginderaan suhu, kompensasi suhu, kontrol suhu, dan perlindungan catu daya.

6. Koefisien Suhu Positif Polimer (PPTC)

Sekering elektronik PPTC juga merupakan perangkat proteksi arus lebih. Mereka memiliki resistansi rendah, tetapi ketika arus melebihi nilai pengenal, efek termal terjadi, menyebabkan resistansi meningkat, sehingga membatasi aliran arus. Mereka biasanya digunakan sebagai sekering yang dapat disetel ulang atau perangkat proteksi arus lebih. Komponen PPTC terbuat dari bahan polimer khusus dan memiliki karakteristik ketahanan koefisien suhu positif.

Resistansi komponen PPTC biasanya rendah pada suhu kamar, sehingga memungkinkan arus mengalir dalam komponen tanpa penurunan tegangan yang signifikan. Namun ketika terjadi kondisi arus berlebih, komponen PPTC menjadi panas karena meningkatnya arus yang melewatinya. Ketika suhu meningkat, ketahanan bahan polimer meningkat secara signifikan.

Karakteristik utama dari komponen PPTC adalah kemampuannya untuk membatasi aliran arus pada kondisi gangguan. Ketika arus melebihi ambang batas pengenal, komponen PPTC memanas dan resistansinya meningkat dengan cepat. Keadaan resistansi tinggi ini bertindak sebagai sekering yang dapat disetel ulang, yang secara efektif membatasi arus untuk melindungi sirkuit dan komponen yang terhubung.

Setelah kondisi gangguan dihilangkan dan arus turun di bawah ambang batas tertentu, komponen PPTC menjadi dingin dan resistansinya kembali ke nilai yang lebih rendah. Karakteristik yang dapat disetel ulang ini membuat komponen PPTC berbeda dari sekering tradisional, dan tidak perlu diganti setelah trip.

Komponen PPTC digunakan di berbagai rangkaian dan sistem elektronik yang memerlukan proteksi arus lebih. Mereka umumnya digunakan dalam pasokan listrik, baterai, motor, peralatan komunikasi, dan elektronik otomotif. Komponen PPTC memiliki keunggulan seperti ukurannya yang kecil, pengoperasian yang dapat direset, dan respons yang cepat terhadap kejadian arus berlebih.

Saat memilih komponen PPTC, parameter penting perlu dipertimbangkan, termasuk tegangan pengenal, arus, dan arus penahan. Tegangan pengenal harus lebih tinggi dari tegangan operasi rangkaian, sedangkan arus pengenal harus sesuai dengan arus maksimum yang diharapkan. Arus penahan menentukan tingkat arus di mana elemen trip dan meningkatkan resistensi.

Elemen PPTC memberikan perlindungan arus berlebih yang andal dan dapat disetel ulang untuk sirkuit elektronik, membantu meningkatkan keselamatan dan keandalan.