Ettevõtte uudised

Vooluringide kaitse ei saa kunagi elektroonika arendamise lõppu

2020-04-29
Vooluringide kaitse on nagu kindlustus; parimal juhul võib seda pidada järelemõtlemiseks ja isegi oma kohale paigaldamisest ei piisa sellest sageli. Kui alainvesteeringud kindlustusse võivad ohustada ettevõtte stabiilset toimimist, võib ebapiisav vooluringide kaitse põhjustada tõsisemaid tagajärgi, näiteks inimkaotusi.

Näitame vooluringide kaitse tähtsust swissair-lennu 111 korral, mis väljus John f. Kennedy rahvusvaheline lennujaam New Yorgis 2. septembril 1998. Lennu juhtis 7-aastane McDonnell Douglas md-11, mis hiljuti täiustas oma lennu ajal kasutatava meelelahutuse (IFE) süsteemi. 52 minutit pärast õhkutõusmist tekkis kokpitis ja meeskond kuulutasid kohe välja hädaolukorra ja üritasid vaheldumisi halifaxi, lennujaama, kuid kokpiti lae tõttu süttis tulekahju kontrolli alt ja kukkus läbi. aastal Nova Scotia rannikust 8 km kaugusel meres, tappes kõik 215 reisijat ja 14 meeskonnaliiget.

Krahhi uurimisel leiti, et krahhi peamiseks põhjuseks olid uue IFE ühes lõigus kasutatud materjalid ning materjalid, mis pidid olema tulekindlad, põlesid ja levisid kriitilistesse juhtimisliinidesse. Kuigi seda pole võimatu kindlalt öelda, eeldatakse, et tulekahju põhjustas IFE juhtmete vaheline elektrikaar. Kuigi need juhtmed on varustatud kaitselülititega, ei kaardu nende tõttu maha. See on tõsi 229 surmajuhtumi kohta, mis on põhjustatud ebapiisavast vooluringide kaitsest. Sellised vooluahelad on nüüd varustatud kaarrikke tuvastamise kaitsega, mis kaare tuvastamisel käivitub (välja arvatud tavaliste toimingute, näiteks lüliti vajutamise korral tekkiv kaar).

USB-pd toob rohkem ohtu

Kuigi Šveitsi MD-11 põhjustab pigem elektririke kui elektrooniline rike, on nüüd üha enam vooluahelaid pinge ja voolu kaare tekitamiseks (ja see võib eluohtlikku ohtu põhjustada) tekitamiseks, näiteks USB-toiteallika uuendamine (USB - PD), see toetab kuni 20 v ja 5 a (maksimaalne võimsus 100 w) kõrgepinget ja voolu. Võrreldes 5-tüüpi pinge ja 3A vooluga (15W) USB-tüüpi c-ga, on usb-pd-i versiooniuuendus küll suur edasiminek, kuid suurendab ka ohu võimalust.

Lisaks kõrgepinge ja vooluga seotud ohtudele võib usb-pd põhjustada muid probleeme, kui neid kasutatakse c-tüüpi USB-pistikute ja kaablitega. Selle põhjuseks on asjaolu, et c-tüüpi USB-pistiku kontaktide vahekaugus on ainult 0,5 mm, mis on viiendik a-tüüpi ja b-tüüpi pistikute vahekaugusest, suurendades sellega A-lühise ohtu, mis on tingitud pistiku väikesest moonutamisest sisestamine või eemaldamine. Lisandid, mis kogunevad pistikusse, võivad omada sarnast mõju. Lisaks on c-tüüpi USB-tüüpi USB populaarsus kaasa toonud kaablite olulise arengu, ehkki paljud kaablid ei suuda endiselt 100W võimsust kanda, kuid neid pole tuvastatud. Need märgid ei taga siiski turvalisust; Kui tarbija soovib kasutada määratlemata kaablit, saab selle ka usb-pd-pistikupessa ühendada sama hõlpsalt kui kvalifitseeritud kaablit.

Kaar ei ole ainus oht, kui usb-pd kasutatakse kõrge pinge ja voolu korral. Kuna peamise siini toitepistik on pistiku teistele tihvtidele väga lähedal, võib lühis põhjustada vooluvoolu suurenemise, näiteks 20 V lühise pinge, mis võib põhjustada tõrke. Näiteks võib ühe meetri pikkuse USB-kaabli induktiivsus "võnkuda", põhjustades tipppinge palju kõrgemat kui 20 V lühise pinget (mõnikord kaks korda kõrgem). Mõne rakenduse puhul võib ülepinge mõjutatud alamseadmete rike põhjustada ohutusprobleeme, kuna need seadmed, mida tavaliselt kasutatakse kaablite maksimaalse töövoolu ja pinge juhtimiseks, on kahjustuste suhtes kõige tundlikumad.

Kogu vooluringi kaitse

Usb-pd võib tekitada kaare või kahjustada komponente, kui nad töötavad suurimal nimivoolul ja -pingel, seega ei saa öelda, et kaitselülitus oleks täiesti kasutu. Rakendustes, kus usb-pd maksimaalse energiatarbega režiimi kasutatakse sageli, näiteks kaasaskantava arvuti aku laadimisel, tuleb tagada täielik vooluahela kaitse.

C-tüüpi USB-pistikupesa pistiku ja maapinna vahele paigaldatud mööduvad pingesummutusdioodid (TVS) on suhteliselt lihtsad ja odavalt kaitsvad. Mööduva lühise korral "pigistab" TVS-diood piigi pinget tasemele, mida ühendatud osa talub. Kuigi TVS-dioodid tagavad hea mööduva kaitse, pole need ideaalsed pideva ülepinge korral. Nende probleemide lahendamiseks on vaja n-kanaliga MOSFETiga ühendatud täiendavat vooluahelat, mis on sarnane ülepingekaitsega. Pideva ülepingejuhtumi ajal käivitab valvur nMOSFETi, et koormus sisendist lahti ühendada, vältides sellega ühendatud allavoolu seadme ülekoormamist. Kuid TVS-dioodid, piirded ja nmosfetid ei talu endiselt kõiki ülepingeolukordi; Mõnikord tekivad USB-kaablite ümber lühised. Sel juhul on pistikupesa induktiivsus väga madal, mistõttu pinge tõuseb kiiremini kui kaitseseadme ja nMOSFETi reageerimise kiirus, seega saab pinge tõusuaja pikendamiseks kasutada rohkem klambriseadmeid, nii et kaitseseadmel oleks piisavalt aeg ära lõigata.

Põhjalik kaitse suurendab praktiliselt usb-pd-rakenduste kulusid ja keerukust, kuid seda saab vältida, valides sobivad komponendid. Tootjad hakkavad nüüd pakkuma integreeritud seadmeid, mis integreerivad TVS-dioodid, kaitse ja klambrid ühte paketti (nMOSFET hoitakse tavaliselt diskreetse kiibina), säästes nii raha kui ka ruumi, lihtsustades samal ajal usb-pd kaitse kujundamist.

järeldus

Circuit protection will never be the end of electronics development. However, solution development engineers need to have the knowledge to take appropriate protective measures to prevent material damage and prevent people from injury or even death. Vooluringide kaitse on nagu kindlustus; parimal juhul võib seda pidada järelemõtlemiseks ja isegi oma kohale paigaldamisest ei piisa sellest sageli. Kui alainvesteeringud kindlustusse võivad ohustada ettevõtte stabiilset toimimist, võib ebapiisav vooluringide kaitse põhjustada tõsisemaid tagajärgi, näiteks inimkaotusi.


Näitame vooluringide kaitse tähtsust swissair-lennu 111 korral, mis väljus John f. Kennedy rahvusvaheline lennujaam New Yorgis 2. septembril 1998. Lennu juhtis 7-aastane McDonnell Douglas md-11, mis hiljuti täiustas oma lennu ajal kasutatava meelelahutuse (IFE) süsteemi. 52 minutit pärast õhkutõusmist tekkis kokpitis ja meeskond kuulutasid kohe välja hädaolukorra ja üritasid vaheldumisi halifaxi, lennujaama, kuid kokpiti lae tõttu süttis tulekahju kontrolli alt ja kukkus läbi. aastal Nova Scotia rannikust 8 km kaugusel meres, tappes kõik 215 reisijat ja 14 meeskonnaliiget.

Krahhi uurimisel leiti, et krahhi peamiseks põhjuseks olid uue IFE ühes lõigus kasutatud materjalid ning materjalid, mis pidid olema tulekindlad, põlesid ja levisid kriitilistesse juhtimisliinidesse. Kuigi seda pole võimatu kindlalt öelda, eeldatakse, et tulekahju põhjustas IFE juhtmete vaheline elektrikaar. Kuigi need juhtmed on varustatud kaitselülititega, ei kaardu nende tõttu maha. See on tõsi 229 surmajuhtumi kohta, mis on põhjustatud ebapiisavast vooluringide kaitsest. Sellised vooluahelad on nüüd varustatud kaarrikke tuvastamise kaitsega, mis kaare tuvastamisel käivitub (välja arvatud tavaliste toimingute, näiteks lüliti vajutamise korral tekkiv kaar).

USB-pd toob rohkem ohtu

Kuigi Šveitsi MD-11 põhjustab pigem elektririke kui elektrooniline rike, on nüüd üha enam vooluahelaid pinge ja voolu kaare tekitamiseks (ja see võib eluohtlikku ohtu põhjustada) tekitamiseks, näiteks USB-toiteallika uuendamine (USB - PD), see toetab kuni 20 v ja 5 a (maksimaalne võimsus 100 w) kõrgepinget ja voolu. Võrreldes 5-tüüpi pinge ja 3A vooluga (15W) USB-tüüpi c-ga, on usb-pd-i versiooniuuendus küll suur edasiminek, kuid suurendab ka ohu võimalust.

Lisaks kõrgepinge ja vooluga seotud ohtudele võib usb-pd põhjustada muid probleeme, kui neid kasutatakse c-tüüpi USB-pistikute ja kaablitega. Selle põhjuseks on asjaolu, et c-tüüpi USB-pistiku kontaktide vahekaugus on ainult 0,5 mm, mis on viiendik a-tüüpi ja b-tüüpi pistikute vahekaugusest, suurendades sellega A-lühise ohtu, mis on tingitud pistiku väikesest moonutamisest sisestamine või eemaldamine. Lisandid, mis kogunevad pistikusse, võivad omada sarnast mõju. Lisaks on c-tüüpi USB-tüüpi USB populaarsus kaasa toonud kaablite olulise arengu, ehkki paljud kaablid ei suuda endiselt 100W võimsust kanda, kuid neid pole tuvastatud. Need märgid ei taga siiski turvalisust; Kui tarbija soovib kasutada määratlemata kaablit, saab selle ka usb-pd-pistikupessa ühendada sama hõlpsalt kui kvalifitseeritud kaablit.

Kaar ei ole ainus oht, kui usb-pd kasutatakse kõrge pinge ja voolu korral. Kuna peamise siini toitepistik on pistiku teistele tihvtidele väga lähedal, võib lühis põhjustada vooluvoolu suurenemise, näiteks 20 V lühise pinge, mis võib põhjustada tõrke. Näiteks võib ühe meetri pikkuse USB-kaabli induktiivsus "võnkuda", põhjustades tipppinge palju kõrgemat kui 20 V lühise pinget (mõnikord kaks korda kõrgem). Mõne rakenduse puhul võib ülepinge mõjutatud alamseadmete rike põhjustada ohutusprobleeme, kuna need seadmed, mida tavaliselt kasutatakse kaablite maksimaalse töövoolu ja pinge juhtimiseks, on kahjustuste suhtes kõige tundlikumad.

Kogu vooluringi kaitse

Usb-pd võib tekitada kaare või kahjustada komponente, kui nad töötavad suurimal nimivoolul ja -pingel, seega ei saa öelda, et kaitselülitus oleks täiesti kasutu. Rakendustes, kus usb-pd maksimaalse energiatarbega režiimi kasutatakse sageli, näiteks kaasaskantava arvuti aku laadimisel, tuleb tagada täielik vooluahela kaitse.

C-tüüpi USB-pistikupesa pistiku ja maapinna vahele paigaldatud mööduvad pingesummutusdioodid (TVS) on suhteliselt lihtsad ja odavalt kaitsvad. Mööduva lühise korral "pigistab" TVS-diood piigi pinget tasemele, mida ühendatud osa talub. Kuigi TVS-dioodid tagavad hea mööduva kaitse, pole need ideaalsed pideva ülepinge korral. Nende probleemide lahendamiseks on vaja n-kanaliga MOSFETiga ühendatud täiendavat vooluahelat, mis on sarnane ülepingekaitsega. Pideva ülepingejuhtumi ajal käivitab valvur nMOSFETi, et koormus sisendist lahti ühendada, vältides sellega ühendatud allavoolu seadme ülekoormamist. Kuid TVS-dioodid, piirded ja nmosfetid ei talu endiselt kõiki ülepingeolukordi; Mõnikord tekivad USB-kaablite ümber lühised. Sel juhul on pistikupesa induktiivsus väga madal, mistõttu pinge tõuseb kiiremini kui kaitseseadme ja nMOSFETi reageerimise kiirus, seega saab pinge tõusuaja pikendamiseks kasutada rohkem klambriseadmeid, nii et kaitseseadmel oleks piisavalt aeg ära lõigata.

Põhjalik kaitse suurendab praktiliselt usb-pd-rakenduste kulusid ja keerukust, kuid seda saab vältida, valides sobivad komponendid. Tootjad hakkavad nüüd pakkuma integreeritud seadmeid, mis integreerivad TVS-dioodid, kaitse ja klambrid ühte paketti (nMOSFET hoitakse tavaliselt diskreetse kiibina), säästes nii raha kui ka ruumi, lihtsustades samal ajal usb-pd kaitse kujundamist.