Devre koruması asla elektronik geliştirmenin sonu olmayacak

Devre koruması sigorta gibidir; en iyi ihtimalle, sonradan düşünülen bir şey olarak görülebilir ve yerinde kurulduğunda bile, genellikle yeterli değildir. Sigortaya yetersiz yatırım yapmak bir işletmenin istikrarlı çalışmasını tehdit edebilirken, yetersiz devre koruması can kaybı gibi daha ciddi sonuçlara yol açabilir.

John f'den ayrılan swissair uçuşu 111 durumunda devre korumasının önemini gösteriyoruz. Kennedy, 2 Eylül 1998'de New York'taki uluslararası havaalanı. Kalkıştan 52 dakika sonra duman, kokpit aniden ve mürettebat derhal acil durum durumu ilan etti ve havalimanının halifax'ına geçmeye çalıştı, ancak kokpit tavanı elektrik kontrol kablosu nedeniyle yangının kontrolden çıkmasına ve çökmesine neden oldu nova scotia sahilinden denize 8 km mesafede, 215 yolcu ve 14 mürettebatın tümünü öldürdü.

Çarpışma soruşturması, yeni IFE'nin bir bölümünde kullanılan malzemelerin kazanın ana nedeni olduğunu ve yanmaz olması beklenen malzemelerin yandığını ve kritik kontrol hatlarına yayıldığını buldu. Kesin olarak söylemek mümkün olmasa da, IFE telleri arasındaki elektrik arkının yangının nedeni olduğu varsayılmaktadır. Bu kablolar devre kesicilerle donatılmış olmasına rağmen, ark nedeniyle açma yapmazlar. Bu, yetersiz devre korumasından kaynaklanan 229 ölüm için gerçek bir durumdur. Bu tür devreler artık bir ark algılandığında tetiklemek için ark arızası algılama korumaları ile donatılmıştır (bir anahtara basılması gibi normal işlemlerle üretilen ark dahil değildir).

USB-PD daha fazla tehlike getiriyor

İsviçre MD-11'in elektronik arızadan ziyade elektrik arızasından kaynaklansa da, şimdi USB güç kaynağının yükseltilmesi gibi voltaj ve akımın arkını (ve hayatın ateşini tehlikeye atabilecek) üretmek için daha fazla devre yeterlidir. (USB - PD), 20 v ve 5 a'ya kadar (maksimum 100 w) yüksek voltaj ve akım destekleyebilir. USB tip-c'nin 5V voltajı ve 3A akımı (15W) ile karşılaştırıldığında, usb-pd'nin yükseltilmesi büyük bir gelişmedir, ancak aynı zamanda tehlike olasılığını da büyük ölçüde artırır.

Yüksek voltaj ve akımla ilişkili risklere ek olarak, usb-pd, USB c tipi konektörler ve kablolarla kullanıldığında başka sorunlara da neden olabilir. Bunun nedeni, USB c tipi konektörün pim aralığının yalnızca 0,5 mm, a ve b tipi konektörlerin beşte biri olması ve böylece ekleme veya çıkarma. Konektör içinde biriken kirlilikler de benzer bir etkiye sahip olabilir. Buna ek olarak, USB c tipi popülaritesi de kabloların önemli ölçüde gelişmesine neden olmuştur, ancak birçok kablo hala 100W güç taşıyamaz, ancak tanımlanmamıştır. Ancak, bu işaretler güvenliği garanti etmez; Tüketici belirtilmemiş bir kablo kullanmak istiyorsa, aynı zamanda bir usb-pd soketine nitelikli bir kablo kadar kolay takılabilir.

Usb-pd yüksek voltajlarda ve akımlarda kullanıldığında arklar tek tehlike değildir. Ana veri yolu güç pimi konektörün diğer pimlerine çok yakın olduğundan, kısa devre, aşağı yönde elektronik aksamı, arızaya neden olabilecek 20V kısa devre voltajı gibi bir güç dalgalanmasına kolayca maruz bırakabilir. Örneğin, bir metre uzunluğundaki bir USB kablosunun endüktansı "salınabilir" ve tepe voltajının 20V kısa devre voltajından (bazen iki kat daha yüksek) daha yüksek olmasına neden olabilir. Bazı uygulamalar için, aşırı voltajdan etkilenen aşağı akım ekipmanının arızalanması, maksimum çalışma akımını ve kablo voltajını kontrol etmek için yaygın olarak kullanılan cihazlar hasara karşı en savunmasız olduğu için güvenlik sorunlarına neden olabilir.

Tam devre koruması

Usb-pd, en yüksek nominal akım ve voltajda çalışırken yaylar veya hasar bileşenleri oluşturabilir, bu nedenle koruma devresinin tamamen işe yaramaz olduğu söylenemez. Usb-pd maksimum güç modunun sıklıkla kullanıldığı uygulamalarda, örneğin taşınabilir bir bilgisayar pilini şarj ederken, tam devre koruması sağlanmalıdır.

Bir USB c tipi soketin pimi ile toprak arasına takılan geçici voltaj bastırma (TVS) diyotları nispeten basit ve ucuz bir devre korumasıdır. Geçici bir kısa devre durumunda, TVS diyot tepe voltajını bağlı parçanın dayanabileceği bir seviyeye "sıkıştırır". TVS diyotları iyi geçici koruma sağlarken, sürekli aşırı gerilim olayları için ideal değildir. Bu sorunları çözmek için n-kanallı bir MOSFET ile eşleştirilmiş aşırı gerilim korumasına benzer bir ek devre gereklidir. Sürekli bir aşırı gerilim olayı sırasında koruma, yükü girişten ayırmak için nMOSFET'i tetikler, böylece bağlı olan aşağı akış cihazının aşırı yüklenmesini önler. Ancak TVS diyotları, korumaları ve nmosfetler hala tüm aşırı gerilim durumlarına dayanamaz; Bazen, USB kablolarının çevresinde kısa devreler meydana gelir. Bu durumda, soketin endüktansı çok düşüktür, voltajı koruma cihazının ve nMOSFET'in tepki hızından daha hızlı yükseltir, böylece voltaj artış süresini uzatmak için daha fazla kelepçe cihazı kullanılabilir, böylece koruma cihazı yeterli olur kesme zamanı.

Kapsamlı koruma, usb-pd uygulamalarının maliyetini ve karmaşıklığını sanal olarak arttırır, ancak doğru bileşenleri seçerek bu önlenebilir. Üreticiler artık USB-pd koruma tasarımını basitleştirirken para ve yerden tasarruf ederek TVS diyotları, koruma ve kelepçeleri tek bir pakete entegre eden entegre cihazlar sunmaya başlıyor (nMOSFET genellikle ayrı bir çip olarak tutulur).

Sonuç

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. Devre koruması sigorta gibidir; en iyi ihtimalle, sonradan düşünülen bir şey olarak görülebilir ve yerinde kurulduğunda bile, genellikle yeterli değildir. Sigortaya yetersiz yatırım yapmak bir işletmenin istikrarlı çalışmasını tehdit edebilirken, yetersiz devre koruması can kaybı gibi daha ciddi sonuçlara yol açabilir.


John f'den ayrılan swissair uçuşu 111 durumunda devre korumasının önemini gösteriyoruz. Kennedy, 2 Eylül 1998'de New York'taki uluslararası havaalanı. Kalkıştan 52 dakika sonra duman, kokpit aniden ve mürettebat derhal acil durum durumu ilan etti ve havalimanının halifax'ına geçmeye çalıştı, ancak kokpit tavanı elektrik kontrol kablosu nedeniyle yangının kontrolden çıkmasına ve çökmesine neden oldu nova scotia sahilinden denize 8 km mesafede, 215 yolcu ve 14 mürettebatın tümünü öldürdü.

Çarpışma soruşturması, yeni IFE'nin bir bölümünde kullanılan malzemelerin kazanın ana nedeni olduğunu ve yanmaz olması beklenen malzemelerin yandığını ve kritik kontrol hatlarına yayıldığını buldu. Kesin olarak söylemek mümkün olmasa da, IFE telleri arasındaki elektrik arkının yangının nedeni olduğu varsayılmaktadır. Bu kablolar devre kesicilerle donatılmış olmasına rağmen, ark nedeniyle açma yapmazlar. Bu, yetersiz devre korumasından kaynaklanan 229 ölüm için gerçek bir durumdur. Bu tür devreler artık bir ark algılandığında tetiklemek için ark arızası algılama korumaları ile donatılmıştır (bir anahtara basılması gibi normal işlemlerle üretilen ark dahil değildir).

USB-PD daha fazla tehlike getiriyor

İsviçre MD-11'in elektronik arızadan ziyade elektrik arızasından kaynaklansa da, şimdi USB güç kaynağının yükseltilmesi gibi voltaj ve akımın arkını (ve hayatın ateşini tehlikeye atabilecek) üretmek için daha fazla devre yeterlidir. (USB - PD), 20 v ve 5 a'ya kadar (maksimum 100 w) yüksek voltaj ve akım destekleyebilir. USB tip-c'nin 5V voltajı ve 3A akımı (15W) ile karşılaştırıldığında, usb-pd'nin yükseltilmesi büyük bir gelişmedir, ancak aynı zamanda tehlike olasılığını da büyük ölçüde artırır.

Yüksek voltaj ve akımla ilişkili risklere ek olarak, usb-pd, USB c tipi konektörler ve kablolarla kullanıldığında başka sorunlara da neden olabilir. Bunun nedeni, USB c tipi konektörün pim aralığının yalnızca 0,5 mm, a ve b tipi konektörlerin beşte biri olması ve böylece ekleme veya çıkarma. Konektör içinde biriken kirlilikler de benzer bir etkiye sahip olabilir. Buna ek olarak, USB c tipi popülaritesi de kabloların önemli ölçüde gelişmesine neden olmuştur, ancak birçok kablo hala 100W güç taşıyamaz, ancak tanımlanmamıştır. Ancak, bu işaretler güvenliği garanti etmez; Tüketici belirtilmemiş bir kablo kullanmak istiyorsa, aynı zamanda bir usb-pd soketine nitelikli bir kablo kadar kolay takılabilir.

Usb-pd yüksek voltajlarda ve akımlarda kullanıldığında arklar tek tehlike değildir. Ana veri yolu güç pimi konektörün diğer pimlerine çok yakın olduğundan, kısa devre, aşağı yönde elektronik aksamı, arızaya neden olabilecek 20V kısa devre voltajı gibi bir güç dalgalanmasına kolayca maruz bırakabilir. Örneğin, bir metre uzunluğundaki bir USB kablosunun endüktansı "salınabilir" ve tepe voltajının 20V kısa devre voltajından (bazen iki kat daha yüksek) daha yüksek olmasına neden olabilir. Bazı uygulamalar için, aşırı voltajdan etkilenen aşağı akım ekipmanının arızalanması, maksimum çalışma akımını ve kablo voltajını kontrol etmek için yaygın olarak kullanılan cihazlar hasara karşı en savunmasız olduğu için güvenlik sorunlarına neden olabilir.

Tam devre koruması

Usb-pd, en yüksek nominal akım ve voltajda çalışırken yaylar veya hasar bileşenleri oluşturabilir, bu nedenle koruma devresinin tamamen işe yaramaz olduğu söylenemez. Usb-pd maksimum güç modunun sıklıkla kullanıldığı uygulamalarda, örneğin taşınabilir bir bilgisayar pilini şarj ederken, tam devre koruması sağlanmalıdır.

Bir USB c tipi soketin pimi ile toprak arasına takılan geçici voltaj bastırma (TVS) diyotları nispeten basit ve ucuz bir devre korumasıdır. Geçici bir kısa devre durumunda, TVS diyot tepe voltajını bağlı parçanın dayanabileceği bir seviyeye "sıkıştırır". TVS diyotları iyi geçici koruma sağlarken, sürekli aşırı gerilim olayları için ideal değildir. Bu sorunları çözmek için n-kanallı bir MOSFET ile eşleştirilmiş aşırı gerilim korumasına benzer bir ek devre gereklidir. Sürekli bir aşırı gerilim olayı sırasında koruma, yükü girişten ayırmak için nMOSFET'i tetikler, böylece bağlı olan aşağı akış cihazının aşırı yüklenmesini önler. Ancak TVS diyotları, korumaları ve nmosfetler hala tüm aşırı gerilim durumlarına dayanamaz; Bazen, USB kablolarının çevresinde kısa devreler meydana gelir. Bu durumda, soketin endüktansı çok düşüktür, voltajı koruma cihazının ve nMOSFET'in tepki hızından daha hızlı yükseltir, böylece voltaj artış süresini uzatmak için daha fazla kelepçe cihazı kullanılabilir, böylece koruma cihazı yeterli olur kesme zamanı.

Kapsamlı koruma, usb-pd uygulamalarının maliyetini ve karmaşıklığını sanal olarak arttırır, ancak doğru bileşenleri seçerek bu önlenebilir. Üreticiler artık USB-pd koruma tasarımını basitleştirirken para ve yerden tasarruf ederek TVS diyotları, koruma ve kelepçeleri tek bir pakete entegre eden entegre cihazlar sunmaya başlıyor (nMOSFET genellikle ayrı bir çip olarak tutulur).