Az áramkörvédelem soha nem lesz az elektronika fejlesztésének vége

Az áramkörvédelem olyan, mint a biztosítás; a legjobb esetben utógondolatnak tekinthető, és még akkor is, ha a helyére telepítik, ez nem elég. Míg a biztosításba fektetett alulbefektetések veszélyeztethetik egy vállalkozás stabil működését, az áramkörök nem megfelelő védelme súlyosabb következményekkel járhat, mint például életvesztés.

Bemutatjuk a körvédelem fontosságát a svájci 111-es repülés esetén, amely John f. A Kennedy nemzetközi repülőtér New York-ban, 1998. szeptember 2-án. A járatot a 7 éves McDonnell Douglas md-11 üzemeltette, amely a közelmúltban korszerűsítette repülés közbeni szórakoztató (IFE) rendszerét. A felszállás után 52 perc múlva füstöt kapott, a pilótafülke hirtelen és a legénység azonnal kiváltotta a vészhelyzet állapotát, és megpróbálta váltakozni a halifaxmal, a repülőtérrel, de a pilótafülke mennyezetének elektromos vezérlőkábele miatt a tűz éghetetlenné vált és összeomlott. a tenger 8 kilométerre a Nova Scotia partjától, megölve mind a 215 utast és 14 személyzetet.

A balesetvizsgálat megállapította, hogy a baleset fő oka az új IFE egyik szakaszában használt anyagok, és hogy az anyagoknak, amelyeknek állítólag tűzállónak kellett lenniük, megégették őket és eljutottak a kritikus vezérlővezetékekbe. Bár lehetetlen biztosan megmondani, feltételezzük, hogy a tűz oka az IFE vezetékek közötti elektromos ív. Bár ezek a vezetékek megszakítókkal vannak felszerelve, ív miatt nem esnek ki. Ez a 229 halálos eset valódi esete az áramkör nem megfelelő védelme miatt. Az ilyen áramkörök most már ívhiba-érzékelő védelemmel vannak ellátva, hogy egy ív érzékelésekor elinduljanak (nem számítva a normál műveletek, például egy kapcsoló megnyomása által létrehozott ívet).

Az USB-pd több veszélyt jelent

Bár a svájci MD-11-et inkább az elektromos meghibásodás okozza, mint az elektronikus meghibásodás, de egyre több áramkör elegendő ahhoz, hogy feszültséget és áramot ív előidézzen (és veszélyeztetheti az élet tüzet), például az USB tápegység frissítése (USB - PD), akár 20 V és 5 a (maximális teljesítmény 100 w) nagyfeszültséget és áramot képes támogatni. A c-típusú USB 5V feszültségéhez és 3A áramához (15W) képest az usb-pd frissítése nagy előrelépés, ugyanakkor nagyban növeli a veszélyek esélyét.

A nagyfeszültséggel és árammal kapcsolatos kockázatokon túl az usb-pd más problémákat is okozhat, ha c-típusú USB-csatlakozókkal és kábelekkel használják. Ennek oka az, hogy az c-típusú USB-csatlakozó tűtávolsága csak 0,5 mm, az a és b típusú csatlakozók egyötöde, ezáltal növelve a rövidzárlat kockázatát, mert a csatlakozó kissé torzul beillesztés vagy eltávolítás. A csatlakozó belsejében felhalmozódó szennyeződések hasonló hatással lehetnek. Ezenkívül a c típusú USB népszerűsége a kábelek jelentős fejlődéséhez vezetett, bár sok kábel még mindig nem képes 100W teljesítményt szállítani, ám ezeket nem azonosítják. Ezek a jelek azonban nem garantálják a biztonságot; Ha a fogyasztó meg nem határozott kábelt akar használni, akkor azt ugyanolyan könnyen csatlakoztathatja usb-pd aljzathoz, mint egy képes kábel.

Az ívek nem az egyetlen veszély, ha az usb-pd készüléket nagy feszültség és áram mellett használják. Mivel a fő busz tápcsapja nagyon közel van a csatlakozó többi érintkezőjéhez, a rövidzárlat könnyen ki tudja terelni az áramlásirányban levő elektronikát olyan áramfeszültségnek, mint például egy 20 V-os rövidzárlati feszültség, amely hibát okozhat. Például egy méter hosszú USB-kábel induktanciája "oszcillálhat", így a csúcsfeszültség jóval magasabb, mint a 20 V-os rövidzárlati feszültség (néha kétszer olyan magas). Bizonyos alkalmazások esetében a túlfeszültség által érintett, a hálózati áramforrás meghibásodása biztonsági problémákat okozhat, mivel azok a készülékek, amelyeket általában használnak a kábelek maximális üzemi áramának és feszültségének vezérlésére, a leginkább veszélyeztetettek.

Teljes körű védelem

Az Usb-pd íveket vagy alkatrészeket okozhat, ha a legnagyobb névleges áramerősséggel és feszültséggel működik, tehát nem mondhatjuk, hogy a védőáramkör teljesen haszontalan. Azokban az alkalmazásokban, ahol az usb-pd maximális energiafogyasztási módot gyakran használják, például hordozható számítógép akkumulátorának töltésekor, teljes körű védelmet kell biztosítani.

Az átmeneti feszültségcsökkentő (TVS) diódák, amelyek a c típusú USB-aljzat érintkezője és a föld közé vannak beépítve, viszonylag egyszerű és olcsó áramkörvédelem. Átmeneti rövidzárlat esetén a TVS dióda "csipkenti" a csúcsfeszültséget olyan szintre, amelyet a csatlakoztatott rész képes ellenállni. Míg a TVS diódák jó átmeneti védelmet nyújtanak, nem ideálisak a folyamatos túlfeszültség eseményekhez. Ezeknek a problémáknak a megoldásához további, a túlfeszültség-védelemhez hasonló, egy n-csatornás MOSFET-hez párosított áramkörre van szükség. Folyamatos túlfeszültség esetén a védő bekapcsolja az nMOSFET-et, hogy leválasztja a terhelést a bemenetről, és ezzel megakadályozza a csatlakoztatott áramlásirányú készülék túlterhelését. A TVS diódák, védőelemek és az nmosfetek azonban még mindig nem képesek ellenállni minden túlfeszültségnek; Időnként rövidzárlat lép fel az USB-kábelek körül. Ebben az esetben a foglalat induktivitása nagyon alacsony, így a feszültség gyorsabban nő, mint a védőberendezés és az nMOSFET válaszsebessége, tehát több szorítókészülék használható a feszültségnövekedési idő meghosszabbításához, hogy a védőberendezésnek elegendő legyen ideje levágni.

Az átfogó védelem gyakorlatilag növeli az usb-pd alkalmazások költségeit és összetettségét, de ezt a megfelelő összetevők kiválasztásával el lehet kerülni. A gyártók most már olyan integrált eszközöket kínálnak, amelyek a TVS diódákat, védelmeket és bilincseket egyetlen csomagba integrálják (az nMOSFET-et általában különálló chipként tárolják), ezzel pénzt és helyet takarítva meg, miközben egyszerűsíti az usb-pd védelem kialakítását.

következtetés

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. Az áramkörvédelem olyan, mint a biztosítás; a legjobb esetben utógondolatnak tekinthető, és még akkor is, ha a helyére telepítik, ez nem elég. Míg a biztosításba fektetett alulbefektetések veszélyeztethetik egy vállalkozás stabil működését, az áramkörök nem megfelelő védelme súlyosabb következményekkel járhat, mint például életvesztés.


Bemutatjuk a körvédelem fontosságát a svájci 111-es repülés esetén, amely John f. A Kennedy nemzetközi repülőtér New York-ban, 1998. szeptember 2-án. A járatot a 7 éves McDonnell Douglas md-11 üzemeltette, amely a közelmúltban korszerűsítette repülés közbeni szórakoztató (IFE) rendszerét. A felszállás után 52 perc múlva füstöt kapott, a pilótafülke hirtelen és a legénység azonnal kiváltotta a vészhelyzet állapotát, és megpróbálta váltakozni a halifaxmal, a repülőtérrel, de a pilótafülke mennyezetének elektromos vezérlőkábele miatt a tűz éghetetlenné vált és összeomlott. a tenger 8 kilométerre a Nova Scotia partjától, megölve mind a 215 utast és 14 személyzetet.

A balesetvizsgálat megállapította, hogy a baleset fő oka az új IFE egyik szakaszában használt anyagok, és hogy az anyagoknak, amelyeknek állítólag tűzállónak kellett lenniük, megégették őket és eljutottak a kritikus vezérlővezetékekbe. Bár lehetetlen biztosan megmondani, feltételezzük, hogy a tűz oka az IFE vezetékek közötti elektromos ív. Bár ezek a vezetékek megszakítókkal vannak felszerelve, ív miatt nem esnek ki. Ez a 229 halálos eset valódi esete az áramkör nem megfelelő védelme miatt. Az ilyen áramkörök most már ívhiba-érzékelő védelemmel vannak ellátva, hogy egy ív érzékelésekor elinduljanak (nem számítva a normál műveletek, például egy kapcsoló megnyomása által létrehozott ívet).

Az USB-pd több veszélyt jelent

Bár a svájci MD-11-et inkább az elektromos meghibásodás okozza, mint az elektronikus meghibásodás, de egyre több áramkör elegendő ahhoz, hogy feszültséget és áramot ív előidézzen (és veszélyeztetheti az élet tüzet), például az USB tápegység frissítése (USB - PD), akár 20 V és 5 a (maximális teljesítmény 100 w) nagyfeszültséget és áramot képes támogatni. A c-típusú USB 5V feszültségéhez és 3A áramához (15W) képest az usb-pd frissítése nagy előrelépés, ugyanakkor nagyban növeli a veszélyek esélyét.

A nagyfeszültséggel és árammal kapcsolatos kockázatokon túl az usb-pd más problémákat is okozhat, ha c-típusú USB-csatlakozókkal és kábelekkel használják. Ennek oka az, hogy az c-típusú USB-csatlakozó tűtávolsága csak 0,5 mm, az a és b típusú csatlakozók egyötöde, ezáltal növelve a rövidzárlat kockázatát, mert a csatlakozó kissé torzul beillesztés vagy eltávolítás. A csatlakozó belsejében felhalmozódó szennyeződések hasonló hatással lehetnek. Ezenkívül a c típusú USB népszerűsége a kábelek jelentős fejlődéséhez vezetett, bár sok kábel még mindig nem képes 100W teljesítményt szállítani, ám ezeket nem azonosítják. Ezek a jelek azonban nem garantálják a biztonságot; Ha a fogyasztó meg nem határozott kábelt akar használni, akkor azt ugyanolyan könnyen csatlakoztathatja usb-pd aljzathoz, mint egy képes kábel.

Az ívek nem az egyetlen veszély, ha az usb-pd készüléket nagy feszültség és áram mellett használják. Mivel a fő busz tápcsapja nagyon közel van a csatlakozó többi érintkezőjéhez, a rövidzárlat könnyen ki tudja terelni az áramlásirányban levő elektronikát olyan áramfeszültségnek, mint például egy 20 V-os rövidzárlati feszültség, amely hibát okozhat. Például egy méter hosszú USB-kábel induktanciája "oszcillálhat", így a csúcsfeszültség jóval magasabb, mint a 20 V-os rövidzárlati feszültség (néha kétszer olyan magas). Bizonyos alkalmazások esetében a túlfeszültség által érintett, a hálózati áramforrás meghibásodása biztonsági problémákat okozhat, mivel azok a készülékek, amelyeket általában használnak a kábelek maximális üzemi áramának és feszültségének vezérlésére, a leginkább veszélyeztetettek.

Teljes körű védelem

Az Usb-pd íveket vagy alkatrészeket okozhat, ha a legnagyobb névleges áramerősséggel és feszültséggel működik, tehát nem mondhatjuk, hogy a védőáramkör teljesen haszontalan. Azokban az alkalmazásokban, ahol az usb-pd maximális energiafogyasztási módot gyakran használják, például hordozható számítógép akkumulátorának töltésekor, teljes körű védelmet kell biztosítani.

Az átmeneti feszültségcsökkentő (TVS) diódák, amelyek a c típusú USB-aljzat érintkezője és a föld közé vannak beépítve, viszonylag egyszerű és olcsó áramkörvédelem. Átmeneti rövidzárlat esetén a TVS dióda "csipkenti" a csúcsfeszültséget olyan szintre, amelyet a csatlakoztatott rész képes ellenállni. Míg a TVS diódák jó átmeneti védelmet nyújtanak, nem ideálisak a folyamatos túlfeszültség eseményekhez. Ezeknek a problémáknak a megoldásához további, a túlfeszültség-védelemhez hasonló, egy n-csatornás MOSFET-hez párosított áramkörre van szükség. Folyamatos túlfeszültség esetén a védő bekapcsolja az nMOSFET-et, hogy leválasztja a terhelést a bemenetről, és ezzel megakadályozza a csatlakoztatott áramlásirányú készülék túlterhelését. A TVS diódák, védőelemek és az nmosfetek azonban még mindig nem képesek ellenállni minden túlfeszültségnek; Időnként rövidzárlat lép fel az USB-kábelek körül. Ebben az esetben a foglalat induktivitása nagyon alacsony, így a feszültség gyorsabban nő, mint a védőberendezés és az nMOSFET válaszsebessége, tehát több szorítókészülék használható a feszültségnövekedési idő meghosszabbításához, hogy a védőberendezésnek elegendő legyen ideje levágni.

Az átfogó védelem gyakorlatilag növeli az usb-pd alkalmazások költségeit és összetettségét, de ezt a megfelelő összetevők kiválasztásával el lehet kerülni. A gyártók most már olyan integrált eszközöket kínálnak, amelyek a TVS diódákat, védelmeket és bilincseket egyetlen csomagba integrálják (az nMOSFET-et általában különálló chipként tárolják), ezzel pénzt és helyet takarítva meg, miközben egyszerűsíti az usb-pd védelem kialakítását.