Захист ланцюга ніколи не буде кінцем розвитку електроніки

Захист кола - це як страхування; в кращому випадку це може розглядатися як задумливість, і навіть коли він встановлений на місці, його часто недостатньо. Хоча недоінвестування в страхування може загрожувати стабільній діяльності бізнесу, неналежний захист ланцюга може призвести до більш серйозних наслідків, таких як загибель людей.

Ми проілюструємо важливість захисту ланцюга у випадку польоту 111 швейцара, який відійшов від Іоанна f. Міжнародний аеропорт Кеннеді в Нью-Йорку 2 вересня 1998 року. Польотом керував 7-річний МакДоннелл Дуглас md-11, який нещодавно оновив систему розважальних польотів (IFE). Дим через 52 хвилини після зльоту, кабіна раптово, і екіпаж негайно оголосив стан надзвичайної ситуації та спробував перейти на галіфакс, аеропорт, але через кабель керування електричним стелею кабіни пожежа вибухнула з-під контролю та розбилася. в 8 км моря від узбережжя Нова Скотія, загинуло всіх 215 пасажирів та 14 членів екіпажу.

Розслідування аварії встановило, що матеріали, використані в одному розділі нового IFE, були основною причиною аварії, і що матеріали, які повинні були бути вогнезахисними, спалювались і поширювалися на критичні лінії управління. Хоча сказати точно неможливо, передбачається, що причиною пожежі стала електрична дуга між проводами IFE. Хоча ці дроти оснащені вимикачами, вони не відключаються через дугу. Це справжній випадок 229 смертей, спричинених неадекватним захистом ланцюга. Такі схеми тепер оснащені захистом від виявлення несправностей дуги для відключення при відчутті дуги (не враховуючи дуги, виробленої в результаті звичайних операцій, таких як натискання вимикача).

Usb-pd приносить більше небезпеки

Незважаючи на те, що швейцарський MD-11 викликаний електричним виходом, а не електроннім, але зараз все більше ланцюгів вистачає для створення дуги (і може загрожувати пожежі життя) напруги та струму, наприклад, оновлення живлення USB (USB - PD), він може підтримувати високу напругу та струм до 20 В і 5 А (максимальна потужність 100 Вт). Порівняно з напругою 5 В та струмом 3А (15 Вт) USB типу-c, оновлення usb-pd - це велике поліпшення, але також значно збільшує можливість небезпеки.

На додаток до ризиків, пов’язаних з високою напругою та струмом, usb-pd може спричинити інші проблеми при використанні USB-роз'ємів типу C і кабелів. Це пояснюється тим, що між штифтовим інтервалом роз'єму USB type-c є лише 0,5 мм, одна п'ята частина з'єднувачів типу a і type-b, тим самим збільшуючи ризик виникнення короткого замикання через незначне спотворення з'єднувача під час вставка або видалення. Домішки, що накопичуються всередині роз'єму, можуть мати подібний ефект. Крім того, популярність USB type-c також призвела до значного розвитку кабелів, хоча багато кабелів досі не в змозі перенести потужність 100 Вт, але вони не визначені. Однак ці знаки не гарантують безпеку; Якщо споживач хоче використовувати невказаний кабель, його також можна підключити до розетки usb-pd так само легко, як і кваліфікований кабель.

Дуги не є єдиною небезпекою, коли usb-pd використовується при високих напругах і струмах. Оскільки головний шнур живлення шини дуже близький до інших штифтів роз'єму, коротке замикання може легко піддавати електроніку нижче за течією напруги, наприклад, напругу в короткому замиканні 20 В, що може призвести до несправності. Наприклад, індуктивність однометрового кабелю USB може «коливатися», внаслідок чого пікова напруга буде набагато вище, ніж напруга в короткому замиканні 20 В (іноді вдвічі вище). Для деяких застосувань вихід з ладу обладнання нижче за течією, на яке впливає перенапруга, може спричинити проблеми безпеки, оскільки ті пристрої, які зазвичай використовуються для управління максимальним робочим струмом і напругою кабелів, найбільш уразливі до пошкоджень.

Повний захист ланцюга

Usb-pd може створювати дуги або пошкоджувати компоненти при роботі з найвищим номінальним струмом і напругою, тому не можна сказати, що схема захисту абсолютно марна. У додатках, де часто використовується режим максимальної потужності usb-pd, наприклад, під час зарядки акумуляторної батареї портативного комп'ютера, слід забезпечити повний захист ланцюга.

Діоди придушення перехідних напруг (TVS), встановлені між штифтом та землею розетки USB типу-c, є відносно простими та недорогими схемами захисту. У разі перехідного короткого замикання діод TVS "піджимає" пікову напругу до рівня, який може витримати підключена частина. Хоча діоди TVS забезпечують хороший перехідний захист, вони не ідеальні для постійних подій перенапруг. Для вирішення цих проблем потрібна додаткова схема, схожа на захист від перенапруги, в парі з n-канальним MOSFET. Під час події безперервного перенапруги захист спрацьовує nMOSFET для відключення навантаження від входу, запобігаючи тим самим перевантаження підключеного пристрою нижче за течією. Але діоди, охоронці та нмосфети TVS все ще не витримують усіх ситуацій перенапруги; Інколи трапляються короткі замикання навколо USB-кабелів. У цьому випадку індуктивність розетки дуже низька, завдяки чому напруга піднімається швидше, ніж швидкість відгуку пристрою захисту та nMOSFET, тому для продовження часу підвищення напруги можна використовувати більше затискаючих пристроїв, щоб у пристрої захисту було достатньо час відрізати.

Комплексний захист практично збільшує вартість і складність usb-pd-додатків, але цього можна уникнути, вибравши потрібні компоненти. Зараз виробники починають пропонувати інтегровані пристрої, що інтегрують діоди, захист та затискачі TVS в єдиний пакет (nMOSFET зазвичай зберігається як дискретна мікросхема), економлячи гроші та простір при спрощенні конструкції захисту від usb-pd.

висновок

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. Захист кола - це як страхування; в кращому випадку це може розглядатися як задумливість, і навіть коли він встановлений на місці, його часто недостатньо. Хоча недоінвестування в страхування може загрожувати стабільній діяльності бізнесу, неналежний захист ланцюга може призвести до більш серйозних наслідків, таких як загибель людей.


Ми проілюструємо важливість захисту ланцюга у випадку польоту 111 швейцара, який відійшов від Іоанна f. Міжнародний аеропорт Кеннеді в Нью-Йорку 2 вересня 1998 року. Польотом керував 7-річний МакДоннелл Дуглас md-11, який нещодавно оновив систему розважальних польотів (IFE). Дим через 52 хвилини після зльоту, кабіна раптово, і екіпаж негайно оголосив стан надзвичайної ситуації та спробував перейти на галіфакс, аеропорт, але через кабель керування електричним стелею кабіни пожежа вибухнула з-під контролю та розбилася. в 8 км моря від узбережжя Нова Скотія, загинуло всіх 215 пасажирів та 14 членів екіпажу.

Розслідування аварії встановило, що матеріали, використані в одному розділі нового IFE, були основною причиною аварії, і що матеріали, які повинні були бути вогнезахисними, спалювались і поширювалися на критичні лінії управління. Хоча сказати точно неможливо, передбачається, що причиною пожежі стала електрична дуга між проводами IFE. Хоча ці дроти оснащені вимикачами, вони не відключаються через дугу. Це справжній випадок 229 смертей, спричинених неадекватним захистом ланцюга. Такі схеми тепер оснащені захистом від виявлення несправностей дуги для відключення при відчутті дуги (не враховуючи дуги, виробленої в результаті звичайних операцій, таких як натискання вимикача).

Usb-pd приносить більше небезпеки

Незважаючи на те, що швейцарський MD-11 викликаний електричним виходом, а не електроннім, але зараз все більше ланцюгів вистачає для створення дуги (і може загрожувати пожежі життя) напруги та струму, наприклад, оновлення живлення USB (USB - PD), він може підтримувати високу напругу та струм до 20 В і 5 А (максимальна потужність 100 Вт). Порівняно з напругою 5 В та струмом 3А (15 Вт) USB типу-c, оновлення usb-pd - це велике поліпшення, але також значно збільшує можливість небезпеки.

На додаток до ризиків, пов’язаних з високою напругою та струмом, usb-pd може спричинити інші проблеми при використанні USB-роз'ємів типу C і кабелів. Це пояснюється тим, що між штифтовим інтервалом роз'єму USB type-c є лише 0,5 мм, одна п'ята частина з'єднувачів типу a і type-b, тим самим збільшуючи ризик виникнення короткого замикання через незначне спотворення з'єднувача під час вставка або видалення. Домішки, що накопичуються всередині роз'єму, можуть мати подібний ефект. Крім того, популярність USB type-c також призвела до значного розвитку кабелів, хоча багато кабелів досі не в змозі перенести потужність 100 Вт, але вони не визначені. Однак ці знаки не гарантують безпеку; Якщо споживач хоче використовувати невказаний кабель, його також можна підключити до розетки usb-pd так само легко, як і кваліфікований кабель.

Дуги не є єдиною небезпекою, коли usb-pd використовується при високих напругах і струмах. Оскільки головний шнур живлення шини дуже близький до інших штифтів роз'єму, коротке замикання може легко піддавати електроніку нижче за течією напруги, наприклад, напругу в короткому замиканні 20 В, що може призвести до несправності. Наприклад, індуктивність однометрового кабелю USB може «коливатися», внаслідок чого пікова напруга буде набагато вище, ніж напруга в короткому замиканні 20 В (іноді вдвічі вище). Для деяких застосувань вихід з ладу обладнання нижче за течією, на яке впливає перенапруга, може спричинити проблеми безпеки, оскільки ті пристрої, які зазвичай використовуються для управління максимальним робочим струмом і напругою кабелів, найбільш уразливі до пошкоджень.

Повний захист ланцюга

Usb-pd може створювати дуги або пошкоджувати компоненти при роботі з найвищим номінальним струмом і напругою, тому не можна сказати, що схема захисту абсолютно марна. У додатках, де часто використовується режим максимальної потужності usb-pd, наприклад, під час зарядки акумуляторної батареї портативного комп'ютера, слід забезпечити повний захист ланцюга.

Діоди придушення перехідних напруг (TVS), встановлені між штифтом та землею розетки USB типу-c, є відносно простими та недорогими схемами захисту. У разі перехідного короткого замикання діод TVS "піджимає" пікову напругу до рівня, який може витримати підключена частина. Хоча діоди TVS забезпечують хороший перехідний захист, вони не ідеальні для постійних подій перенапруг. Для вирішення цих проблем потрібна додаткова схема, схожа на захист від перенапруги, в парі з n-канальним MOSFET. Під час події безперервного перенапруги захист спрацьовує nMOSFET для відключення навантаження від входу, запобігаючи тим самим перевантаження підключеного пристрою нижче за течією. Але діоди, охоронці та нмосфети TVS все ще не витримують усіх ситуацій перенапруги; Інколи трапляються короткі замикання навколо USB-кабелів. У цьому випадку індуктивність розетки дуже низька, завдяки чому напруга піднімається швидше, ніж швидкість відгуку пристрою захисту та nMOSFET, тому для продовження часу підвищення напруги можна використовувати більше затискаючих пристроїв, щоб у пристрої захисту було достатньо час відрізати.

Комплексний захист практично збільшує вартість і складність usb-pd-додатків, але цього можна уникнути, вибравши потрібні компоненти. Зараз виробники починають пропонувати інтегровані пристрої, що інтегрують діоди, захист та затискачі TVS в єдиний пакет (nMOSFET зазвичай зберігається як дискретна мікросхема), економлячи гроші та простір при спрощенні конструкції захисту від usb-pd.