Piirisuojaus ei koskaan lopu elektroniikan kehitykseen

Piirisuojaus on kuin vakuutus; parhaimmillaan sitä voidaan pitää jälkikäteen, ja jopa asennettuna paikalleen, se ei usein riitä. Vaikka liian vähän sijoituksia vakuutuksiin voi vaarantaa yrityksen vakaan toiminnan, riittämätön piirisuojaus voi johtaa vakaviin seurauksiin, kuten ihmishenkien menetykseen.

Havainnollistamme piirisuojauksen merkitystä swissair -lennolla 111, joka lähti John f. Kennedyn kansainvälinen lentokenttä New Yorkissa 2. syyskuuta 1998. Lentoa hoiti 7-vuotias McDonnell Douglas md-11, joka päivitti äskettäin lennon aikana tapahtuvaa viihdejärjestelmää (IFE). Tupakoi 52 minuutin kuluttua lentoonlähdöstä, ohjaamo ja miehistö julistivat välittömästi hätätilanteen ja yrittivät vuorotellen lentokentällä sijaitsevaan halifaxiin, mutta ohjaamon katon takia palo palasi hallitsematta ja kaatui. 8 km: n päässä merestä Nova Scotian rannikolta, tappaen kaikki 215 matkustajaa ja 14 miehistön jäsentä.

Törmäystutkimuksessa havaittiin, että uuden IFE: n yhdessä osassa käytetyt materiaalit olivat törmäyksen pääasiallinen syy ja että materiaalien, joiden piti olla paloturvallisia, palavat ja levisivät kriittisiin ohjauslinjoihin. Vaikka on mahdotonta sanoa varmasti, oletetaan, että IFE-johtimien välinen sähkökaari aiheutti tulipalon. Vaikka nämä johdot on varustettu katkaisimilla, ne eivät kompastu kaarron takia. Tämä on totta 229 kuolemasta, jotka johtuvat riittämättömästä piirisuojauksesta. Tällaiset piirit on nyt varustettu valokaarivikojen havaitsemissuojauksilla laukaisuun, kun valokaari havaitaan (lukuun ottamatta kaaria, joka on tuotettu normaalissa toiminnassa, kuten kytkimen painaminen).

USB-pd tuo lisää vaaraa

Vaikka sveitsiläinen MD-11 johtuu pikemminkin sähköhäiriöistä kuin sähköhäiriöistä, nyt yhä useammat piirit ovat riittäviä tuottamaan jännitteen ja virran valokaari (ja voi vaarantaa hengenvaaran), kuten USB-virtalähteen päivitys (USB - PD), se tukee korkeintaan 20 volttia ja 5 a (enimmäisteho 100 w) korkeaa jännitettä ja virtaa. Verrattuna USB-tyypin c 5V jännitteeseen ja 3A virtaan (15W) usb-pd: n päivitys on suuri parannus, mutta se lisää myös huomattavasti vaaramahdollisuuksia.

Suurjännitteeseen ja virtaan liittyvien riskien lisäksi usb-pd voi aiheuttaa muita ongelmia käytettäessä c-tyypin USB-liittimiä ja kaapeleita. Tämä johtuu siitä, että c-tyypin USB-liittimen nastaväli on vain 0,5 mm, joka on viidesosa tyypin a ja tyypin b liittimien etäisyydestä, mikä lisää oikosulun riskiä johtuen liittimen vähäisestä vääristymästä asettaminen tai poistaminen. Liittimen sisään kerääntyneillä epäpuhtauksilla voi olla samanlainen vaikutus. Lisäksi USB-tyypin c suosio on johtanut kaapeleiden merkittävään kehitykseen, vaikka monet kaapelit eivät edelleenkään pysty kuljettamaan 100 W: n virtaa, mutta niitä ei tunnisteta. Nämä merkit eivät kuitenkaan takaa turvallisuutta; Jos asiakas haluaa käyttää määrittelemätöntä kaapelia, se voidaan kytkeä myös usb-pd-liitäntään yhtä helposti kuin pätevä kaapeli.

Kaaret eivät ole ainoa vaara, kun usb-pd: tä käytetään suurilla jännitteillä ja virroilla. Koska pääväylän virtatappi on hyvin lähellä liittimen muita tappeja, oikosulku voi helposti altistaa loppupään elektroniikan virtapiikille, kuten 20 V: n oikosulkujännitteelle, joka voi aiheuttaa vian. Esimerkiksi yhden metrin pituisen USB-kaapelin induktanssi voi "värähtellä", jolloin huippujännite on paljon suurempi kuin 20 V: n oikosulkujännite (joskus kaksinkertainen). Joissakin sovelluksissa loppupään laitteiden vikaantuminen, johon ylijännite vaikuttaa, voi aiheuttaa turvallisuusongelmia, koska laitteet, joita käytetään yleisesti kaapeleiden suurimman toimintavirran ja jännitteen ohjaamiseen, ovat alttiimpia vaurioille.

Täydellinen piirisuojaus

Usb-pd voi tuottaa kaaria tai vahingoittaa komponentteja suurimmalla nimellisvirralla ja -jännitteellä, joten ei voida sanoa, että suojapiiri on täysin hyödytön. Sovelluksissa, joissa usb-pd-maksimitehoa käytetään usein, esimerkiksi kannettavan tietokoneen akkua ladattaessa, on oltava täysi piirisuojaus.

USB-tyypin c-pistorasian tapin ja maan väliin asennetut ohimenevät jännitteenvaimennusdiodit (TVS) ovat suhteellisen yksinkertaisia ​​ja edullisia piirisuojauksia. Ohimenevän oikosulun tapauksessa TVS-diodi "puristaa" huippujännitteen tasolle, jonka kytketty osa kestää. Vaikka TVS-diodit tarjoavat hyvän ohimenevän suojauksen, ne eivät ole ihanteellisia jatkuville ylijännitetapahtumille. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tarvitaan ylikuormitussuojan kaltainen ylimääräinen piiri, joka on paritettu n-kanavaisen MOSFET: n kanssa. Jatkuvan ylijännitetapahtuman aikana suojus laukaisee nMOSFET-laitteen irrottaaksesi kuorman tulosta, estäen siten kytketyn alavirran laitteen ylikuormituksen. Mutta TVS-diodit, suojukset ja nmosfetit eivät edelleenkään kestä kaikkia ylijännitetilanteita; Toisinaan oikosulku tapahtuu USB-kaapeleiden ympärillä. Tässä tapauksessa pistorasian induktanssi on hyvin pieni, mikä tekee jännitteen noususta nopeampaa kuin suojalaitteen ja nMOSFET: n vastenopeus, joten jännitteen nousuajan pidentämiseen voidaan käyttää lisää kiinnityslaitteita, jotta suojalaitteella on tarpeeksi aika katkaista.

Kattava suojaus käytännössä lisää usb-pd-sovellusten kustannuksia ja monimutkaisuutta, mutta tämä voidaan välttää valitsemalla oikeat komponentit. Valmistajat ovat nyt alkaneet tarjota integroituja laitteita, jotka yhdistävät TVS-diodit, suojan ja kiinnittimet yhdeksi paketiksi (nMOSFET pidetään yleensä erillisenä siruna), mikä säästää rahaa ja tilaa yksinkertaistaen usb-pd-suojauksen suunnittelua.

johtopäätös

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. Piirisuojaus on kuin vakuutus; parhaimmillaan sitä voidaan pitää jälkikäteen, ja jopa asennettuna paikalleen, se ei usein riitä. Vaikka liian vähän sijoituksia vakuutuksiin voi vaarantaa yrityksen vakaan toiminnan, riittämätön piirisuojaus voi johtaa vakaviin seurauksiin, kuten ihmishenkien menetykseen.


Havainnollistamme piirisuojauksen merkitystä swissair -lennolla 111, joka lähti John f. Kennedyn kansainvälinen lentokenttä New Yorkissa 2. syyskuuta 1998. Lentoa hoiti 7-vuotias McDonnell Douglas md-11, joka päivitti äskettäin lennon aikana tapahtuvaa viihdejärjestelmää (IFE). Tupakoi 52 minuutin kuluttua lentoonlähdöstä, ohjaamo ja miehistö julistivat välittömästi hätätilanteen ja yrittivät vuorotellen lentokentällä sijaitsevaan halifaxiin, mutta ohjaamon katon takia palo palasi hallitsematta ja kaatui. 8 km: n päässä merestä Nova Scotian rannikolta, tappaen kaikki 215 matkustajaa ja 14 miehistön jäsentä.

Törmäystutkimuksessa havaittiin, että uuden IFE: n yhdessä osassa käytetyt materiaalit olivat törmäyksen pääasiallinen syy ja että materiaalien, joiden piti olla paloturvallisia, palavat ja levisivät kriittisiin ohjauslinjoihin. Vaikka on mahdotonta sanoa varmasti, oletetaan, että IFE-johtimien välinen sähkökaari aiheutti tulipalon. Vaikka nämä johdot on varustettu katkaisimilla, ne eivät kompastu kaarron takia. Tämä on totta 229 kuolemasta, jotka johtuvat riittämättömästä piirisuojauksesta. Tällaiset piirit on nyt varustettu valokaarivikojen havaitsemissuojauksilla laukaisuun, kun valokaari havaitaan (lukuun ottamatta kaaria, joka on tuotettu normaalissa toiminnassa, kuten kytkimen painaminen).

USB-pd tuo lisää vaaraa

Vaikka sveitsiläinen MD-11 johtuu pikemminkin sähköhäiriöistä kuin sähköhäiriöistä, nyt yhä useammat piirit ovat riittäviä tuottamaan jännitteen ja virran valokaari (ja voi vaarantaa hengenvaaran), kuten USB-virtalähteen päivitys (USB - PD), se tukee korkeintaan 20 volttia ja 5 a (enimmäisteho 100 w) korkeaa jännitettä ja virtaa. Verrattuna USB-tyypin c 5V jännitteeseen ja 3A virtaan (15W) usb-pd: n päivitys on suuri parannus, mutta se lisää myös huomattavasti vaaramahdollisuuksia.

Suurjännitteeseen ja virtaan liittyvien riskien lisäksi usb-pd voi aiheuttaa muita ongelmia käytettäessä c-tyypin USB-liittimiä ja kaapeleita. Tämä johtuu siitä, että c-tyypin USB-liittimen nastaväli on vain 0,5 mm, joka on viidesosa tyypin a ja tyypin b liittimien etäisyydestä, mikä lisää oikosulun riskiä johtuen liittimen vähäisestä vääristymästä asettaminen tai poistaminen. Liittimen sisään kerääntyneillä epäpuhtauksilla voi olla samanlainen vaikutus. Lisäksi USB-tyypin c suosio on johtanut kaapeleiden merkittävään kehitykseen, vaikka monet kaapelit eivät edelleenkään pysty kuljettamaan 100 W: n virtaa, mutta niitä ei tunnisteta. Nämä merkit eivät kuitenkaan takaa turvallisuutta; Jos asiakas haluaa käyttää määrittelemätöntä kaapelia, se voidaan kytkeä myös usb-pd-liitäntään yhtä helposti kuin pätevä kaapeli.

Kaaret eivät ole ainoa vaara, kun usb-pd: tä käytetään suurilla jännitteillä ja virroilla. Koska pääväylän virtatappi on hyvin lähellä liittimen muita tappeja, oikosulku voi helposti altistaa loppupään elektroniikan virtapiikille, kuten 20 V: n oikosulkujännitteelle, joka voi aiheuttaa vian. Esimerkiksi yhden metrin pituisen USB-kaapelin induktanssi voi "värähtellä", jolloin huippujännite on paljon suurempi kuin 20 V: n oikosulkujännite (joskus kaksinkertainen). Joissakin sovelluksissa loppupään laitteiden vikaantuminen, johon ylijännite vaikuttaa, voi aiheuttaa turvallisuusongelmia, koska laitteet, joita käytetään yleisesti kaapeleiden suurimman toimintavirran ja jännitteen ohjaamiseen, ovat alttiimpia vaurioille.

Täydellinen piirisuojaus

Usb-pd voi tuottaa kaaria tai vahingoittaa komponentteja suurimmalla nimellisvirralla ja -jännitteellä, joten ei voida sanoa, että suojapiiri on täysin hyödytön. Sovelluksissa, joissa usb-pd-maksimitehoa käytetään usein, esimerkiksi kannettavan tietokoneen akkua ladattaessa, on oltava täysi piirisuojaus.

USB-tyypin c-pistorasian tapin ja maan väliin asennetut ohimenevät jännitteenvaimennusdiodit (TVS) ovat suhteellisen yksinkertaisia ​​ja edullisia piirisuojauksia. Ohimenevän oikosulun tapauksessa TVS-diodi "puristaa" huippujännitteen tasolle, jonka kytketty osa kestää. Vaikka TVS-diodit tarjoavat hyvän ohimenevän suojauksen, ne eivät ole ihanteellisia jatkuville ylijännitetapahtumille. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tarvitaan ylikuormitussuojan kaltainen ylimääräinen piiri, joka on paritettu n-kanavaisen MOSFET: n kanssa. Jatkuvan ylijännitetapahtuman aikana suojus laukaisee nMOSFET-laitteen irrottaaksesi kuorman tulosta, estäen siten kytketyn alavirran laitteen ylikuormituksen. Mutta TVS-diodit, suojukset ja nmosfetit eivät edelleenkään kestä kaikkia ylijännitetilanteita; Toisinaan oikosulku tapahtuu USB-kaapeleiden ympärillä. Tässä tapauksessa pistorasian induktanssi on hyvin pieni, mikä tekee jännitteen noususta nopeampaa kuin suojalaitteen ja nMOSFET: n vastenopeus, joten jännitteen nousuajan pidentämiseen voidaan käyttää lisää kiinnityslaitteita, jotta suojalaitteella on tarpeeksi aika katkaista.

Kattava suojaus käytännössä lisää usb-pd-sovellusten kustannuksia ja monimutkaisuutta, mutta tämä voidaan välttää valitsemalla oikeat komponentit. Valmistajat ovat nyt alkaneet tarjota integroituja laitteita, jotka yhdistävät TVS-diodit, suojan ja kiinnittimet yhdeksi paketiksi (nMOSFET pidetään yleensä erillisenä siruna), mikä säästää rahaa ja tilaa yksinkertaistaen usb-pd-suojauksen suunnittelua.