أخبار الشركة

لن تكون حماية الدوائر نهاية تطوير الإلكترونيات

2020-04-29
حماية الدائرة مثل التأمين. في أحسن الأحوال ، يمكن رؤيتها على أنها فكرة ثانوية ، وحتى عند تثبيتها في مكانها ، فغالباً ما تكون غير كافية. في حين أن ضعف الاستثمار في التأمين يمكن أن يهدد التشغيل المستقر للأعمال التجارية ، يمكن أن تؤدي الحماية غير الكافية للدائرة إلى عواقب أكثر خطورة مثل الخسائر في الأرواح.

نوضح أهمية حماية الدائرة الكهربائية في حالة الرحلة السويسرية رقم 111 التي انطلقت من جون إف. مطار كينيدي الدولي في نيويورك في 2 سبتمبر 1998. تم تشغيل الرحلة من قبل ماكدونيل دوغلاس md-11 البالغ من العمر 7 سنوات ، والذي قام مؤخراً بتحديث نظام الترفيه على متن الطائرة (IFE). دخان من 52 دقيقة بعد الإقلاع ، أعلنت قمرة القيادة فجأة وأعلن الطاقم على الفور حالة استجابة طارئة ، وحاولوا تبديل المطار إلى هاليفاكس ، ولكن بسبب سقف التحكم في سقف قمرة القيادة تسبب في احتراق الحريق خارج نطاق السيطرة وتحطم في 8 كم من البحر من ساحل نوفا سكوتيا ، مما أسفر عن مقتل جميع الركاب 215 و 14 من أفراد الطاقم.

وجد التحقيق في التصادم أن المواد المستخدمة في أحد أقسام IFE الجديدة كانت السبب الرئيسي للحادث ، وأن المواد التي كان من المفترض أن تكون مقاومة للحريق ، تم حرقها وانتشارها إلى خطوط التحكم الحرجة. على الرغم من أنه من المستحيل القول بالتأكيد ، فمن المفترض أن القوس الكهربائي بين أسلاك IFE كان سبب الحريق. على الرغم من أن هذه الأسلاك مزودة بقواطع الدائرة ، إلا أنها لا تحلق بسبب الانحناء. هذه حالة حقيقية لـ 229 حالة وفاة بسبب عدم كفاية حماية الدائرة. تم تجهيز هذه الدوائر الآن بوسائل حماية الكشف عن أعطال القوس الكهربائي عندما يتم استشعار القوس (لا يشمل القوس الناتج عن العمليات العادية مثل الضغط على مفتاح).

Usb-pd يجلب المزيد من الخطر

على الرغم من أن MD MD-11 السويسري ناتج عن انقطاع التيار الكهربائي بدلاً من الفشل الإلكتروني ، ولكن الآن أصبحت الدوائر أكثر فأكثر كافية لإنتاج قوس (وقد تعرض نار الحياة) للجهد والتيار ، مثل ترقية مصدر طاقة USB (USB - PD) ، يمكنه دعم ما يصل إلى 20 فولت و 5 أ (أقصى قدرة 100 واط) من الجهد العالي والتيار. مقارنة بالجهد 5 فولت والتيار 3 أمبير (15 واط) لـ USB من النوع c ، فإن ترقية USB-pd تعد تحسنًا كبيرًا ، ولكنها تزيد أيضًا بشكل كبير من إمكانية الخطر.

بالإضافة إلى المخاطر المرتبطة بالجهد العالي والتيار ، يمكن أن يسبب USB-pd مشاكل أخرى عند استخدامه مع موصلات وكابلات USB من النوع c. ويرجع ذلك إلى أن تباعد دبوس موصل USB من النوع c هو 0.5 مم فقط ، وخمس تلك من الموصلات من النوع أ والنوع ب ، مما يزيد من خطر حدوث دائرة قصر بسبب التشوه الطفيف للموصل أثناء الإدراج أو الإزالة. يمكن أن يكون للشوائب التي تتراكم داخل الموصل تأثير مماثل. بالإضافة إلى ذلك ، أدت شعبية USB من النوع c أيضًا إلى التطور الكبير للكابلات ، على الرغم من أن العديد من الكابلات لا تزال غير قادرة على حمل 100 واط من الطاقة ، ولكن لم يتم تحديدها. ومع ذلك ، فإن هذه العلامات لا تضمن الأمن ؛ إذا كان المستهلك يريد استخدام كبل غير محدد ، فيمكن أيضًا توصيله بمقبس USB-pd بنفس سهولة كبل مؤهل.

الأقواس ليست الخطر الوحيد عند استخدام USB-pd في الفولتية العالية والتيارات. نظرًا لأن دبوس طاقة الناقل الرئيسي قريب جدًا من الدبابيس الأخرى للموصل ، يمكن أن تعرض الدائرة القصيرة بسهولة الإلكترونيات النهائية لارتفاع الطاقة مثل جهد الدائرة القصيرة 20 فولت الذي يمكن أن يتسبب في حدوث خطأ. على سبيل المثال ، يمكن أن "يتأرجح" محاثة كبل USB بطول متر واحد ، مما يتسبب في أن يكون جهد الذروة أعلى بكثير من جهد الدائرة القصيرة 20 فولت (أحيانًا مرتفع مرتين). بالنسبة لبعض التطبيقات ، قد يتسبب فشل معدات المصب المتأثر بالجهد الزائد في حدوث مشكلات تتعلق بالسلامة ، حيث إن تلك الأجهزة التي يتم استخدامها بشكل شائع للتحكم في أقصى تيار تشغيل وفولطية للكابلات هي الأكثر عرضة للتلف.

حماية كاملة للدائرة

يمكن لـ USB-pd إنتاج أقواس أو مكونات ضارة عند التشغيل عند التيار والجهد الأعلى تصنيفًا ، لذلك لا يمكن القول أن دائرة الحماية عديمة الفائدة تمامًا. في التطبيقات التي يتم فيها استخدام وضع الطاقة القصوى USB-pd بشكل متكرر ، على سبيل المثال عند شحن بطارية كمبيوتر محمول ، يجب توفير حماية كاملة للدائرة.

إن الثنائيات الكابحة العابرة للجهد (TVS) المثبتة بين دبوس وأرض مقبس USB من النوع c بسيطة نسبيًا وغير مكلفة لحماية الدوائر. في حالة وجود دائرة كهربائية قصيرة عابرة ، فإن الصمام الثنائي TVS "يقرص" ذروة الجهد إلى مستوى يمكن أن يتحمله الجزء المتصل. بينما توفر الثنائيات TVS حماية جيدة عابرة ، فهي ليست مثالية لأحداث الجهد الزائد المستمر. لحل هذه المشاكل ، يلزم وجود دائرة إضافية ، مماثلة لحماية الجهد الزائد ، مقترنة بـ MOSFET قناة n. أثناء حدث الجهد الزائد المستمر ، يقوم الحارس بتشغيل nMOSFET لفصل الحمل عن الإدخال ، وبالتالي منع الحمل الزائد للجهاز المتصل. لكن الثنائيات TVS والحراس و nmosfets لا تزال لا تستطيع تحمل جميع حالات الجهد الزائد. في بعض الأحيان ، تحدث دوائر قصيرة حول كبلات USB. في هذه الحالة ، يكون تحريض المقبس منخفضًا جدًا ، مما يجعل الجهد يرتفع أسرع من سرعة استجابة جهاز الحماية و nMOSFET ، لذلك يمكن استخدام المزيد من أجهزة التثبيت لتمديد وقت ارتفاع الجهد ، بحيث يكون لدى جهاز الحماية ما يكفي حان الوقت لقطع.

تزيد الحماية الشاملة فعليًا من تكلفة وتعقيد تطبيقات USB-pd ، ولكن يمكن تجنب ذلك عن طريق اختيار المكونات المناسبة. بدأ المصنعون الآن في تقديم أجهزة متكاملة تدمج صمامات ثنائية TVS والحماية والمشابك في حزمة واحدة (عادةً ما يتم الاحتفاظ بـ nMOSFET كرقاقة منفصلة) ، مما يوفر المال والمساحة مع تبسيط تصميم حماية USB-pd.

استنتاج

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. حماية الدائرة مثل التأمين. في أحسن الأحوال ، يمكن رؤيتها على أنها فكرة ثانوية ، وحتى عند تثبيتها في مكانها ، فغالباً ما تكون غير كافية. في حين أن ضعف الاستثمار في التأمين يمكن أن يهدد التشغيل المستقر للأعمال التجارية ، يمكن أن تؤدي الحماية غير الكافية للدائرة إلى عواقب أكثر خطورة مثل الخسائر في الأرواح.


نوضح أهمية حماية الدائرة الكهربائية في حالة الرحلة السويسرية رقم 111 التي انطلقت من جون إف. مطار كينيدي الدولي في نيويورك في 2 سبتمبر 1998. تم تشغيل الرحلة من قبل ماكدونيل دوغلاس md-11 البالغ من العمر 7 سنوات ، والذي قام مؤخراً بتحديث نظام الترفيه على متن الطائرة (IFE). دخان من 52 دقيقة بعد الإقلاع ، أعلنت قمرة القيادة فجأة وأعلن الطاقم على الفور حالة استجابة طارئة ، وحاولوا تبديل المطار إلى هاليفاكس ، ولكن بسبب سقف التحكم في سقف قمرة القيادة تسبب في احتراق الحريق خارج نطاق السيطرة وتحطم في 8 كم من البحر من ساحل نوفا سكوتيا ، مما أسفر عن مقتل جميع الركاب 215 و 14 من أفراد الطاقم.

وجد التحقيق في التصادم أن المواد المستخدمة في أحد أقسام IFE الجديدة كانت السبب الرئيسي للحادث ، وأن المواد التي كان من المفترض أن تكون مقاومة للحريق ، تم حرقها وانتشارها إلى خطوط التحكم الحرجة. على الرغم من أنه من المستحيل القول بالتأكيد ، فمن المفترض أن القوس الكهربائي بين أسلاك IFE كان سبب الحريق. على الرغم من أن هذه الأسلاك مزودة بقواطع الدائرة ، إلا أنها لا تحلق بسبب الانحناء. هذه حالة حقيقية لـ 229 حالة وفاة بسبب عدم كفاية حماية الدائرة. تم تجهيز هذه الدوائر الآن بوسائل حماية الكشف عن أعطال القوس الكهربائي عندما يتم استشعار القوس (لا يشمل القوس الناتج عن العمليات العادية مثل الضغط على مفتاح).

Usb-pd يجلب المزيد من الخطر

على الرغم من أن MD MD-11 السويسري ناتج عن انقطاع التيار الكهربائي بدلاً من الفشل الإلكتروني ، ولكن الآن أصبحت الدوائر أكثر فأكثر كافية لإنتاج قوس (وقد تعرض نار الحياة) للجهد والتيار ، مثل ترقية مصدر طاقة USB (USB - PD) ، يمكنه دعم ما يصل إلى 20 فولت و 5 أ (أقصى قدرة 100 واط) من الجهد العالي والتيار. مقارنة بالجهد 5 فولت والتيار 3 أمبير (15 واط) لـ USB من النوع c ، فإن ترقية USB-pd تعد تحسنًا كبيرًا ، ولكنها تزيد أيضًا بشكل كبير من إمكانية الخطر.

بالإضافة إلى المخاطر المرتبطة بالجهد العالي والتيار ، يمكن أن يسبب USB-pd مشاكل أخرى عند استخدامه مع موصلات وكابلات USB من النوع c. ويرجع ذلك إلى أن تباعد دبوس موصل USB من النوع c هو 0.5 مم فقط ، وخمس تلك من الموصلات من النوع أ والنوع ب ، مما يزيد من خطر حدوث دائرة قصر بسبب التشوه الطفيف للموصل أثناء الإدراج أو الإزالة. يمكن أن يكون للشوائب التي تتراكم داخل الموصل تأثير مماثل. بالإضافة إلى ذلك ، أدت شعبية USB من النوع c أيضًا إلى التطور الكبير للكابلات ، على الرغم من أن العديد من الكابلات لا تزال غير قادرة على حمل 100 واط من الطاقة ، ولكن لم يتم تحديدها. ومع ذلك ، فإن هذه العلامات لا تضمن الأمن ؛ إذا كان المستهلك يريد استخدام كبل غير محدد ، فيمكن أيضًا توصيله بمقبس USB-pd بنفس سهولة كبل مؤهل.

الأقواس ليست الخطر الوحيد عند استخدام USB-pd في الفولتية العالية والتيارات. نظرًا لأن دبوس طاقة الناقل الرئيسي قريب جدًا من الدبابيس الأخرى للموصل ، يمكن أن تعرض الدائرة القصيرة بسهولة الإلكترونيات النهائية لارتفاع الطاقة مثل جهد الدائرة القصيرة 20 فولت الذي يمكن أن يتسبب في حدوث خطأ. على سبيل المثال ، يمكن أن "يتأرجح" محاثة كبل USB بطول متر واحد ، مما يتسبب في أن يكون جهد الذروة أعلى بكثير من جهد الدائرة القصيرة 20 فولت (أحيانًا مرتفع مرتين). بالنسبة لبعض التطبيقات ، قد يتسبب فشل معدات المصب المتأثر بالجهد الزائد في حدوث مشكلات تتعلق بالسلامة ، حيث إن تلك الأجهزة التي يتم استخدامها بشكل شائع للتحكم في أقصى تيار تشغيل وفولطية للكابلات هي الأكثر عرضة للتلف.

حماية كاملة للدائرة

يمكن لـ USB-pd إنتاج أقواس أو مكونات ضارة عند التشغيل عند التيار والجهد الأعلى تصنيفًا ، لذلك لا يمكن القول أن دائرة الحماية عديمة الفائدة تمامًا. في التطبيقات التي يتم فيها استخدام وضع الطاقة القصوى USB-pd بشكل متكرر ، على سبيل المثال عند شحن بطارية كمبيوتر محمول ، يجب توفير حماية كاملة للدائرة.

إن الثنائيات الكابحة العابرة للجهد (TVS) المثبتة بين دبوس وأرض مقبس USB من النوع c بسيطة نسبيًا وغير مكلفة لحماية الدوائر. في حالة وجود دائرة كهربائية قصيرة عابرة ، فإن الصمام الثنائي TVS "يقرص" ذروة الجهد إلى مستوى يمكن أن يتحمله الجزء المتصل. بينما توفر الثنائيات TVS حماية جيدة عابرة ، فهي ليست مثالية لأحداث الجهد الزائد المستمر. لحل هذه المشاكل ، يلزم وجود دائرة إضافية ، مماثلة لحماية الجهد الزائد ، مقترنة بـ MOSFET قناة n. أثناء حدث الجهد الزائد المستمر ، يقوم الحارس بتشغيل nMOSFET لفصل الحمل عن الإدخال ، وبالتالي منع الحمل الزائد للجهاز المتصل. لكن الثنائيات TVS والحراس و nmosfets لا تزال لا تستطيع تحمل جميع حالات الجهد الزائد. في بعض الأحيان ، تحدث دوائر قصيرة حول كبلات USB. في هذه الحالة ، يكون تحريض المقبس منخفضًا جدًا ، مما يجعل الجهد يرتفع أسرع من سرعة استجابة جهاز الحماية و nMOSFET ، لذلك يمكن استخدام المزيد من أجهزة التثبيت لتمديد وقت ارتفاع الجهد ، بحيث يكون لدى جهاز الحماية ما يكفي حان الوقت لقطع.

تزيد الحماية الشاملة فعليًا من تكلفة وتعقيد تطبيقات USB-pd ، ولكن يمكن تجنب ذلك عن طريق اختيار المكونات المناسبة. بدأ المصنعون الآن في تقديم أجهزة متكاملة تدمج صمامات ثنائية TVS والحماية والمشابك في حزمة واحدة (عادةً ما يتم الاحتفاظ بـ nMOSFET كرقاقة منفصلة) ، مما يوفر المال والمساحة مع تبسيط تصميم حماية USB-pd.

We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept