Dispositivi vari per la protezione del circuito

La protezione del circuito è necessaria quando i cambiamenti di alcune condizioni possono portare al danneggiamento dei dispositivi e per assicurare la sicurezza degli utenti. La protezione del circuito può essere un requisito obbligatorio per la vendita di prodotti elettronici, a seconda delle applicazioni. I dispositivi che offrono la protezione del circuito includono: interruttori, fusibili, trasformatori, limitatori di corrente, soppressione di sovracorrente, protezione ESD, cutoff termici e protezione dai cali di tensione. Esistono anche dispositivi che isolano gli alimentatori se la connessione all'alimentazione CC viene accidentalmente invertita.
Gli interruttori sono necessari sugli ingressi di alimentazione della rete elettrica, al fine di isolare un circuito da una fonte di alta tensione. Gli interruttori possono essere manuali o basati sui livelli di corrente, in modo da assicurare che un dispositivo non assorba più energia di quanta la fonte non sia in grado di fornire (il che potrebbe avvenire in condizioni di guasto). Possono anche rilevare condizioni di equilibrio o di dispersione della corrente, grazie al rilevamento della tensione o utilizzando circuiti di trasformatori bilanciati. Tali dispositivi sono utilizzati per rilevare dispersioni verso terra.
I trasformatori di isolamento isolano elettricamente l'alimentatore primario dal secondario fornendo isolamento galvanico. L'isolamento galvanico viene utilizzato per prevenire il flusso di corrente diretto tra i circuiti di avvolgimento dei trasformatori primario e secondario e assicura che la corrente che scorre nel circuito secondario protetto non possa accidentalmente scorrere verso terra attraverso il corpo di una persona. I trasformatori di isolamento hanno classificazione di potenza e di isolamento continue, misurate in kV.
Gli interruttori possono essere dei dispositivi di protezione essenziali. Molti prodotti necessitano che un utente prema fisicamente un pulsante, perché un macchinario funzioni, e che lo stesso utente si assicuri di essere a una distanza di sicurezza quando la macchina è accesa. Gli interruttori di sicurezza sono comuni nei laboratori, dove vengono utilizzati per interrompere rapidamente l'elettricità in caso di emergenza. I fusibili sono disponibili nelle tipologie termico rapido o a intervento lento. I fusibili a intervento lento entrano in funzione volutamente dopo un po' di tempo, al fine di dare modo alla corrente di spunto transiente di normalizzarsi con alcuni dispositivi accesi. Sono disponibili anche i fusibili trip resettabili. I fusibili sono generalmente classificati in base alla corrente necessaria perché il fusibile si rompa.
I termistori NTC sono disponibili per i circuiti che necessitano 'limitazione alla corrente di spunto'. Questo può essere necessario per dispositivi con alta commutazione del carico induttivo o capacitivo ed è un problema comune di avvio o accensione. La resistenza cambia in maniera dinamica con la corrente e la potenza associata alle perdite I2R dei dispositivi viene dissipata sotto forma di calore. Sono generalmente classificati in base al potenziale di tensione massimo in una configurazione di serie, dissipazione massima della potenza e tempi di recupero.
I soppressori di sovracorrente sono dispositivi non lineari caratterizzati da alta impedenza, fino a che non viene raggiunto il limite di rottura della tensione che porta alla transizione verso bassa impedenza. Sono utilizzati per derivare picchi di alta tensione negli alimentatori, provocati da numerose cause esterne, compresi i fulmini. Si tratta generalmente di dispositivi MOV (metal oxide varistor - varistore di ossido di metallo). I protettori ESD a bassa potenza sono utilizzati sulle porte esposte e sensibili dei dispositivi, al fine di sopprimere (attraverso lo shunt della corrente) picchi di alta tensione causati da scariche elettrostatiche. Generalmente hanno tempi di intervento molto rapidi, misurati in picosecondi. I blocchi di corrente basati sulla tecnologia dei diodi zener vengono utilizzati per assicurarsi che i segnali o le linee di potenza non vadano in sovratensione - in che porterebbe a condizioni di chiusura nei dispositivi del semiconduttore che causerebbero danni. È importante prendere in considerazione tale circostanza, nei sistemi che necessitano di hot-swapping o hot-plugging (connessione a caldo). 
I cutout termici sono dispositivi che rilevano la temperatura e interrompono la fornitura, qualora la temperatura risulti eccessiva. In questo modo, prevengono il surriscaldamento dei dispositivi elettronici. Nella progettazione degli alimentatori, è importante prendere in considerazione la protezione del circuito in condizioni di burnout, ovvero di cali di tensione. In condizioni di guasto dell'alimentatore, succede spesso che la fornitura elettrica di rete scenda al di sotto dei livelli minimi di tensione per periodi prolungati. Qualora ciò accada, è possibile che si verifichino dei danni negli alimentatori a commutazione e nelle attrezzature sensibili (ad esempio, i compressori). Sono disponibili dispositivi di controllo per il monitoraggio dei livelli di tensione della fornitura di rete, che si assicurano che la stessa rimanga entro i livelli corretti.
Esistono interruttori speciali basati su MOSFET che possono essere posizionati in serie con gli alimentatori CC, per rilevare inversioni nella tensione di alimentazione e isolare il circuito a valle. Questa funzionalità è importante nella produzione di prototipi e progetti di set dei kit, circostanze nelle quali si commette spesso tale errore. Continua a leggere Meno informazioni