এসএমডি থার্মিস্টরগুলি ইলেকট্রনিক্সের জন্য অতি-বর্তমান সুরক্ষা প্রদান করতে পারে?

এসএমডি থার্মিস্টরের মাধ্যমে পুনঃস্থাপনযোগ্য অতি-বর্তমান সুরক্ষা

এসএমডি থার্মিস্টরের স্ব-পুনঃস্থাপনযোগ্য ক্রিয়াবিধি: ক্ষুদ্রাকৃতির পিটিসি প্রভাব

ছোট আকারের স্ব-পুনরায় সেট করা যায় এমন অতিরিক্ত বর্তমান সুরক্ষা প্রদানের পাশাপাশি, এসএমডি থার্মিস্টরগুলি ধনাত্মক তাপমাত্রা সহগ (পিটিসি) প্রভাব ব্যবহার করে। একটি থার্মিস্টরে, অতিরিক্ত বর্তমান একটি পিটিসি ঘটনা ট্রিগার করে, যার ফলে প্রতিরোধের মান কয়েক মিলিসেকেন্ডের মধ্যে হাজার গুণ বৃদ্ধি পায় (জুল তাপনের কারণে)। এটি শুধুমাত্র বর্তমান পথে থাকা উপাদান(গুলি)কে স্থায়ীভাবে সুরক্ষা দেয় না, বরং বর্তমান পথের সাথে শ্রেণিবদ্ধভাবে সংযুক্ত পিটিসিকেও পুনরায় সেট করে। এই স্ব-পুনরায় সেট করা বৈশিষ্ট্যটি একটি সাধারণ ফিউজের থেকে ভিন্ন। পিটিসিগুলি সাধারণত সংক্ষিপ্ত বিদ্যুৎ চাপ/ত্রুটির অবস্থার সময় সারা সিস্টেমের অব্যাহত কার্যকারিতাকে সহায়তা করে, যা অধিকাংশ ইঞ্জিনিয়ার পছন্দ করেন। সার্কিটের অস্থায়ী ওভারলোড এই ডিভাইসগুলির একটি বৈশিষ্ট্য—এটি কোনো ত্রুটি নয়। পিটিসিগুলি এখন ০২০১ প্যাকেজের জন্য উপযুক্ত আকারে নামিয়ে আনা হয়েছে। এর অর্থ হলো, এই ডিভাইসগুলি পিসিবি (প্রিন্টেড সার্কিট বোর্ড) এর এক বর্গ মিলিমিটারেরও কম এলাকা দখল করে।

এসএমডি থার্মিস্টরগুলি সলিড-স্টেট উপাদান দিয়ে তৈরি করা হয়, যা এদের আঘাত ও কম্পনের বিরুদ্ধে সুবিধা প্রদান করে। এই ধরনের উপাদানগুলি অটোমোটিভ ও শিল্প সিস্টেমের জন্য আদর্শ, কারণ এগুলি অনেক কম্পনের মধ্য দিয়ে যেতে হয়। ফিউজগুলি ১০ কেএ এর চেয়েও বেশি বিপুল পরিমাণ বিদ্যুৎ প্রবাহ নিয়ন্ত্রণের জন্য ব্যবহৃত হয়, কিন্তু দীর্ঘমেয়াদী খরচ বিবেচনা করলে এসএমডি থার্মিস্টরগুলিই সর্বোত্তম। পাওয়ার সাপ্লাই ইউনিট ও মোটর কন্ট্রোলের মতো পুনরাবৃত্তিমূলক ত্রুটিপূর্ণ পরিস্থিতিতে এসএমডি থার্মিস্টরগুলি রক্ষণাবেক্ষণ খরচে প্রায় ৬০% সাশ্রয় করতে সক্ষম। কার্যক্রমের সময়, উপাদানগুলি (সিরামিক বা পলিমার-ভিত্তিক) -৪০°সে থেকে +১২৫°সে তাপমাত্রা পরিসরে সুস্পষ্ট ট্রিপ পয়েন্ট প্রদান করে, যার সর্বোচ্চ ভিন্নতা ৭%।

অতি-বিদ্যুৎ প্রবাহ সুরক্ষা ডিজাইনের জন্য এসএমডি থার্মিস্টর নির্বাচনের প্রধান মাপদণ্ড

ভোল্টেজ রেটিং, আইহোল্ড এবং পিসিবি ডিজাইনে পরিবেশগত তাপমাত্রা

এসএমডি থার্মিস্টর নির্বাচনের সময় তিনটি গুরুত্বপূর্ণ দিক বিবেচনা করা আবশ্যক: ভোল্টেজ রেটিং, হোল্ড কারেন্ট (Ihold), এবং পরিবেশগত তাপমাত্রা। ডাই-ইলেকট্রিক ভাঙনের ঝুঁকি দূর করার জন্য থার্মিস্টর থেকে প্রত্যাশিত সার্কিটের সর্বোচ্চ ভোল্টেজ মানের চেয়ে ভোল্টেজ রেটিং বেশি হওয়া আবশ্যক। ইউএসবি-সি পিডি পোর্ট এবং শিল্প নিয়ন্ত্রণ প্যানেলের মতো উচ্চ-ক্ষমতা অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, যেখানে ভোল্টেজ স্পাইক ঘটে, এটি বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। এসএমডি-এর জন্য হোল্ড কারেন্ট সাধারণত ৩০ মিলিঅ্যাম্পিয়ার থেকে ১৪ অ্যাম্পিয়ার পর্যন্ত হয়, যেখানে ধনাত্মক তাপমাত্রা সহগ (পিটিসি) রেজিস্ট্যান্স বৃদ্ধি করে এবং হোল্ড মানের উপরে কারেন্ট প্রবাহিত হওয়ার কারণ হয়। এছাড়াও, থার্মিস্টরের কার্যকরী প্যারামিটার এবং রেটেড তাপমাত্রা গুরুত্বপূর্ণ। ২৫ ডিগ্রি সেলসিয়াসে কাজ করার জন্য রেটেড ডিভাইসগুলি তাপীয় ডি-রেটিংয়ের কারণে প্রায়শই ৪০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে ট্রিপ এবং রিসেট শুরু করে। ডিজাইন ইঞ্জিনিয়ারদের পাশ্ববর্তী উপাদানগুলি থেকে উৎপন্ন তাপ বিবেচনা করতে হবে।

প্রসেসর এবং পাওয়ার ম্যানেজমেন্ট আইসি-গুলির কাছাকাছি অবস্থানের ফলে লোকাল বোর্ড তাপমাত্রা ১৫ থেকে ২০ ডিগ্রি সেলসিয়াস বৃদ্ধি পায়, যা কার্যকর হোল্ড কারেন্টকে প্রায় ৩৩ শতাংশ পর্যন্ত হ্রাস করতে পারে। এই সংখ্যাগুলির ভুল অনুমানের ফলে অপারেশনাল চলাচল বিঘ্নিত করে এমন অকাল শাটডাউন ঘটে, অথবা ত্রুটির পরিস্থিতিতে বিপজ্জনকভাবে বিলম্বিত প্রতিক্রিয়া ঘটে।

এসএমডি প্যাকেজ আকার সমতুল্য করা: ০২০১ বনাম ১২০৬, তাপীয় আচরণ এবং বিসর্জিত শক্তি

ইলেকট্রনিক সার্কিট ডিজাইন করার সময়, আকার কম্পোনেন্টের ওভারকারেন্ট প্রোটেকশন আচরণের উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। ০২০১ এবং ০৪০২ প্যাকেজগুলি বোর্ডের বাস্তব স্থান (বোর্ড রিয়েল এস্টেট) সর্বাধিক কার্যকরভাবে ব্যবহার করতে সক্ষম, বিশেষ করে পরিধেয় (ওয়্যারেবল) এবং IoT ডিভাইসের ক্ষেত্রে। তবে, এদের ছোট আকারের কারণে এই কম্পোনেন্টগুলি দ্রুত উত্তপ্ত হয় এবং মাত্র কয়েক মিলিসেকেন্ডের মধ্যে ওভারকারেন্ট প্রোটেকশন সার্কিটগুলি সক্রিয় করে। অন্যদিকে, ০৮০৫ এবং ১২০৬ প্যাকেজগুলি প্রতি মুহূর্তে ৫ অ্যাম্পিয়ার পর্যন্ত উচ্চ পরিমাণ চলমান কারেন্ট সহ্য করতে পারে। তাই এগুলি কঠিন পরিবেশে, যেমন অটোমোটিভ এন্টারটেইনমেন্ট সিস্টেমে, যেখানে নির্ভরযোগ্যতা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, সেখানে ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত। এর প্রতিকূল দিক হলো যে, বড় আকারের প্যাকেজগুলির তাপীয় ভর বেশি হওয়ায় এদের তাপীয় প্রতিক্রিয়া সময় ১৫% থেকে ৪০% ধীরগতির হয়, ফলে প্রকৌশলীদের জন্য একটি ডিজাইন চ্যালেঞ্জ তৈরি হয়— যেখানে তাদের সিদ্ধান্ত নিতে হয় যে, চূড়ান্ত পণ্যের নির্দিষ্ট কাজের জন্য বোর্ড রিয়েল এস্টেট নাকি তাপীয় প্রতিক্রিয়া সময় বেশি গুরুত্বপূর্ণ।

তাপীয় প্রতিক্রিয়া: 0402 ডিভাইসগুলি 1206 ডিভাইসের তুলনায় প্রায় দ্বিগুণ দ্রুত ত্রুটি শনাক্ত করতে সক্ষম, কিন্তু ব্যর্থ হওয়ার আগে এগুলি প্রায় ৬০% কম শক্তি নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।

শক্তি নিয়ন্ত্রণ: 1206 প্যাকেজগুলি সর্বোচ্চ ১.২ ওয়াট শক্তি বিলুপ্ত করতে পারে, অন্যদিকে 0201 শুধুমাত্র ০.২৫ ওয়াট শক্তি বিলুপ্ত করতে পারে, যা মোটর-ড্রাইভ এবং উচ্চ-বর্তমান শক্তি রেল অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।

পিসিবি লেআউট সীমাবদ্ধতা: 0201 ডিভাইসগুলি কখনও কখনও ঘন সারিবদ্ধ ডিজাইনে প্রয়োজন হয়, কিন্তু সংলগ্ন উপাদানগুলি থেকে ক্রস-হিটিং এড়ানোর জন্য তাপীয় রিলিফ এবং বিচ্ছিন্নতা প্রয়োজন।

সেরামিক এবং পলিমার SMD থার্মিস্টরগুলিতে গুরুত্বপূর্ণ কার্যকারিতা পার্থক্য।

উপাদান-নির্ভর আচরণ: TCR, ট্রিপ সময়, হোল্ড/ট্রিগার কারেন্ট অনুপাত।

সিরামিক এবং পলিমার এসএমডি থার্মিস্টরের মধ্যে কার্যকারিতার পার্থক্যগুলি মূলত তাদের ভিন্ন উপাদানের কারণে হয়। উদাহরণস্বরূপ, সিরামিকগুলি প্রায়শই ডোপড বেরিয়াম টাইটানেট দিয়ে তৈরি করা হয়, যা উৎকৃষ্ট তাপীয় পরিবাহিতা এবং স্থিতিশীলতা প্রদান করে। এই ধরনের উপাদান প্রায় ±৪% প্রতি °C এর মতো স্থির টিসিআর (TCR) মান প্রদান করে এবং এটি প্রায় ১.৫ থেকে ১ এর মতো হোল্ড-টু-ট্রিগার কারেন্ট অনুপাত প্রদর্শন করে। এটি ভোল্টেজ ওঠানামার প্রতি সংবেদনশীল সার্কিটগুলিতে ভুল ট্রিপিংয়ের সম্ভাবনা কমিয়ে দেয়। বিপরীতভাবে, পলিমার থার্মিস্টরগুলি কার্বন-লোডেড পলিমার ম্যাট্রিক্স ব্যবহার করার কারণে ভিন্নভাবে আচরণ করে।

এগুলি অনেক দ্রুত প্রতিক্রিয়া জানাতে পারে, কখনও কখনও প্রায় অর্ধ সেকেন্ডের মধ্যে, কিন্তু এদের টিসিআর (TCR) ড্রিফট হল ±১৫% প্রতি ডিগ্রি। সুতরাং, যখন তাপমাত্রা পরিবর্তন অস্থির হয়, তখন এই ইউনিটগুলি অপ্রতিক্রিয়াশীল হয়ে যেতে পারে। এই পদ্ধতিগুলির মূল পার্থক্যগুলি নিম্নরূপ…

ট্রিপ গতিবিদ্যা: সিরামিকগুলি তাপমাত্রা পরিবর্তনের প্রতি আরও রৈখিক এবং ধীরে ধীরে প্রতিক্রিয়া জানায়, অন্যদিকে পলিমারগুলি ওভারকারেন্টের প্রতি আরও তাৎক্ষণিকভাবে প্রতিক্রিয়া জানায়

হোল্ড/ট্রিগার অনুপাত: সিরামিকগুলির আরও টাইট অনুপাত (১.৫:১) থাকে, যা নির্ভুলতা বজায় রাখতে সহায়তা করে; পলিমারগুলির সাধারণত ২:১ অনুপাত থাকে, যা ভুল ট্রিগারের সম্ভাবনা বাড়ায়

দীর্ঘমেয়াদী বিশ্বস্ততা: ১০,০০০ চক্রের পর, সিরামিকগুলির জীবনকাল জুড়ে TCR-এর বিচ্যুতি < ±৫% থাকে, অন্যদিকে পলিমারগুলির ±২০% পর্যন্ত বিচ্যুতি হতে পারে, ফলে মিশন-ক্রিটিক্যাল বা দীর্ঘ জীবনচক্রের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে এগুলি অবিশ্বস্ত হয়ে ওঠে

যেসব PCB-তে নির্ভুলতা অত্যাবশ্যক—বিশেষ করে যেগুলি অ্যানালগ সেন্সর বা কম-শব্দ এমপ্লিফায়ার চালিত করতে ব্যবহৃত হয়—সেখানে সামঞ্জস্য বজায় রাখার জন্য সিরামিক SMD থার্মিস্টরগুলি স্পষ্ট পছন্দ, অন্যদিকে যখন গতি এবং বহুবার রিসেট নির্ভুলতার চেয়ে অধিক পছন্দের হয়, তখন পলিমার ভিত্তিক সমতুল্যগুলি আদর্শ।

আজকের ইলেকট্রনিক্সে SMD থার্মিস্টরগুলির ব্যবহারিক প্রয়োগ

পলিমার দ্বারা তৈরি SMD থার্মিস্টর ব্যবহার করে USB-C PD-এর সুরক্ষা

০৪০২ প্যাকেজিংয়ে (প্রায় ১ মিমি × ০.৫ মিমি) সংকুচিত, পুনরায় সেট করা যায় এমন পলিমার এসএমডি থার্মিস্টরগুলি ইউএসবি-সি পাওয়ার ডেলিভারি পোর্টগুলির জন্য অতি-বর্তমান সুরক্ষা প্রদান করে। শর্ট সার্কিট বা পাওয়ার স্পাইকের ঘটনায়, এই থার্মিস্টরগুলি ক্ষতিকারক বর্তমানকে নিরাপদ সীমায় সীমাবদ্ধ করতে ঐতিহ্যবাহী ফিউজগুলির তুলনায় প্রায় দশ গুণ দ্রুত প্রতিক্রিয়া জানায়। এদের ছোট আকারের কারণে এসএমডি থার্মিস্টরগুলির তাপীয় ভর খুবই কম, যার ফলে বিভিন্ন তাপীয় পরিবেশেও এদের ট্রিপ থ্রেশহোল্ড স্থির থাকে (+/- ৭.০০%)। ঐতিহ্যবাহী ফিউজগুলির বিপরীতে, এসএমডি থার্মিস্টরগুলি শীতলীকরণ সময়কাল শেষ হলে স্বয়ংক্রিয়ভাবে পুনরায় সেট হয়, যা এদের রক্ষণাবেক্ষণ-মুক্ত করে। ২০২২ সালের ইউএসবি-সি পিডি অনুগততা প্রতিবেদনে এই ডিভাইসগুলির ১০০,০০০-এর বেশি কার্যকরী চক্র সম্পর্কে তথ্য রয়েছে, যা পূর্ণ ১০০ ওয়াট লোডে ভর্তি ভর্তি ভোক্তা ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির বিশ্বস্ততা প্রমাণিত করে।

থার্মিস্টর এসএমডি (SMD) – সিরামিক দিয়ে তৈরি। এসএমডি সিরামিক থার্মিস্টরগুলি অতি-বর্তমান থেকে সুরক্ষা প্রদানকারী ডিভাইস, যা অটোমোটিভ এবং শিল্পমূলক ইন্টারনেট অফ থিংস (IoT) এর মতো উচ্চ কম্পনযুক্ত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অত্যন্ত বিশ্বস্ত। কারণ এই ধরনের অ্যাপ্লিকেশনে উপাদানগুলির উপর চাপ ইলেকট্রোমেকানিক্যাল সমাধানগুলির জন্য ক্ষতিকর। নিম্নলিখিত বাস্তবায়নগুলি বিশ্বস্ত হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে:

- মাউন্টিং অখণ্ডতা: রিফ্লো সোল্ডারিং পদ্ধতিতে সোজা পিসিবি-তে সোল্ডার করা হলে এমনকি ৫G এর মতো সবচেয়ে কঠিন কম্পন লোডের অধীনেও কম্পোনেন্টটি আলগা হয় না।

- তাপীয় ডিরেটিং: কম্পোনেন্টটি -৪০°C থেকে +১২৫°C তাপমাত্রা পরিসরে স্থিতিশীলভাবে ব্যবহার করা যায়, যার জন্য পুনরায় ক্যালিব্রেশন বা কম্পেনসেশনের প্রয়োজন হয় না।

- ফেইল-সেফ স্পেসিং: কম্পোনেন্টের উভয় পাশে গরম চলমান আইসি থেকে কমপক্ষে ৩ মিমি দূরত্ব বজায় রাখলে কম্পোনেন্টটি ভুলভাবে ট্রিগার হওয়া রোধ করা যায়।

গাড়িতে ব্যবহৃত SMD সিরামিক থার্মিস্টরগুলি ০৬০৩ এবং ০৮০৫ স্ট্যান্ডার্ড আকারে পাওয়া যায় এবং বোর্ড থেকে খসে পড়া ছাড়াই ৫০ জি-এর বেশি আঘাত সহ্য করতে পারে, যা এগুলিকে ADAS, টেলিম্যাটিক্স, V2X এবং অন্যান্য উচ্চ-বিশ্বস্ততা প্রয়োজনীয় গাড়ি ব্যবহারের জন্য আদর্শ করে তোলে। এগুলি চাপ মুক্তিকরণ যন্ত্রে ব্যবহৃত সুরক্ষামূলক রিড সুইচগুলির তুলনায় ৪ গুণ ভালো কাজ করেছে, যা উৎপাদকদের নতুন থার্মিস্টরে রূপান্তরিত হওয়ার প্রধান কারণ। ২০২৪ সালের লজিস্টিক্স ইলেকট্রনিক্স বিশ্বস্ততা গবেষণায় এই যন্ত্রগুলি পরীক্ষা করা হয়েছিল এবং প্রতিবেদিত হয়েছে যে, ৫০০,০০০ কম্পন চক্রের পরেও এগুলি নির্ভুলভাবে কাজ করেছে। ০.২% ব্যর্থতার হারটিও এই নতুন রূপান্তরকে অন্যান্য উৎপাদকদের দ্বারা এমন কঠোর পরিস্থিতিতে গ্রহণ করার কারণ।

সার্কিটে SMD থার্মিস্টরগুলির ভূমিকা কী?

SMD থার্মিস্টরগুলি PTC (ধনাত্মক তাপমাত্রা সহগ) ব্যবহার করে এবং পুনঃস্থাপনযোগ্য অতি-বর্তমান সুরক্ষা প্রদান করে। অতি-বর্তমান সুরক্ষা ঘটনার পরে এগুলি স্বয়ংক্রিয়ভাবে পুনঃস্থাপিত হতে পারে।

এসএমডি থার্মিস্টরগুলি ফিউজের তুলনায় কীভাবে ভালো?

ফিউজগুলি একবার ব্যবহারযোগ্য ডিভাইস, কিন্তু এসএমডি থার্মিস্টরগুলি বারবার নিজেদের রিসেট করতে পারে। উচ্চ কম্পনযুক্ত অবস্থার বেশিরভাগ ক্ষেত্রেই এগুলি দ্রুততর ও বিশ্বস্ত হওয়ায় এগুলি ভালো।

এসএমডি থার্মিস্টর নির্বাচন করার সময় কোন কোন বিশেষীকরণ বিবেচনা করা উচিত?

সার্কিটে সর্বোত্তম সুরক্ষা ও কার্যকারিতা প্রদানের জন্য এসএমডি থার্মিস্টরের যেসব বিশেষীকরণ সার্কিট ডিজাইনের সাথে মেল খাওয়া উচিত, সেগুলি হল ভোল্টেজ রেটিং, হোল্ড কারেন্ট এবং পরিবেশগত তাপমাত্রা।

এসএমডি থার্মিস্টরগুলি কোথায় সবচেয়ে কার্যকর?

পুনরাবৃত্তিমূলক চক্র ও উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করার ক্ষমতার কারণে এসএমডি থার্মিস্টরগুলি শিল্প ও স্বয়ংচালিত যানবাহন পরিস্থিতিতে, ইন্টারনেট অফ থিংস (IoT) ডিভাইসগুলিতে এবং USB-C পাওয়ার ডেলিভারি পোর্টগুলিতে সবচেয়ে কার্যকর।