حفاظت از مدار هرگز به پایان نمی رسد توسعه الکترونیک

حفاظت از مدار مانند بیمه است. در بهترین حالت ، می توان آن را بعنوان یک پس از اثر تلقی کرد ، و حتی در محل نصب می شود ، اما اغلب کافی نیست. در حالی که کمبود سرمایه در بیمه می تواند عملکرد پایدار یک تجارت را تهدید کند ، محافظت ناکافی از مدار می تواند منجر به عواقب جدی تر مانند از بین رفتن زندگی شود.

ما اهمیت حفاظت از مدار را در مورد پرواز swissair 111 ، که از جان f خارج شد ، نشان می دهیم. فرودگاه بین المللی کندی در نیویورک در تاریخ 2 سپتامبر 1998. این پرواز توسط 7 ساله مک دونل داگلاس md-11 که اخیراً سیستم سرگرمی در پرواز (IFE) خود را ارتقا داده بود ، انجام شد. دود از 52 دقیقه پس از برخاستن ، کابین خلبان ناگهان و خدمه بلافاصله وضعیت اضطراری را اعلام کردند و سعی کردند تا متناوب با حلیفاکس ، فرودگاه باشند ، اما به دلیل کابل کنترل برقی سقف کابین خلبان ، باعث آتش سوزی خارج از کنترل و سقوط شد. در 8 کیلومتری دریا از ساحل نوا اسکاتیا ، 215 مسافر و 14 عضو خدمه کشته شدند.

تحقیقات تصادف نشان داد که مواد به کار رفته در یک بخش از IFE جدید عامل اصلی سقوط بوده و این مواد که قرار بود ضد آتش باشند ، سوخته و به خطوط کنترل بحرانی منتقل می شوند. هرچند که با اطمینان نمی توان گفت ، فرض بر این است که قوس الکتریکی بین سیم های IFE علت آتش سوزی بوده است. اگرچه این سیم ها به مدارهای مدار تعلق دارند ، اما به دلیل قوس الکتریکی قدم نمی زنند. این یک مورد واقعی از 229 مرگ و میر ناشی از محافظت ناکافی در مدار است. این مدارها اکنون به محافظت در برابر تشخیص قوس قوس مجهز شده اند تا هنگام حرکت قوس (از جمله قوس تولید شده توسط عملیات عادی مانند فشار دادن سوئیچ ، تولید قوس) برای سفر کنند.

Usb-pd خطر بیشتری را به همراه دارد

اگرچه MD - 11 سوئیسی به دلیل خرابی الکتریکی و نه خرابی الکترونیکی ایجاد می شود ، اما اکنون مدارهای بیشتر و بیشتری برای تولید قوس کافی هستند (و ممکن است آتش حیات را به خطر بیندازند) ولتاژ و جریان ، مانند بروزرسانی منبع تغذیه USB (USB - PD) ، می تواند تا 20 ولت و 5 a (حداکثر توان 100 وات) ولتاژ و جریان بالا را پشتیبانی کند. در مقایسه با ولتاژ 5 ولت و جریان 3A (15W) USB Type-c ، بروزرسانی usb-pd یک پیشرفت بزرگ است ، اما همچنین احتمال خطر را بسیار افزایش می دهد.

علاوه بر خطرات مرتبط با ولتاژ و جریان زیاد ، usb-pd هنگام استفاده از کانکتورها و کابل های USB-Type نوع C می تواند مشکلات دیگری ایجاد کند. دلیل این امر این است که فاصله پین ​​اتصال کانکتور USB-c فقط 0.5 میلی متر است ، یک پنجم اتصالات نوع-a و نوع-b است ، بنابراین خطر یک اتصال کوتاه به دلیل تحریف جزئی اتصال در حین افزایش درج یا حذف. ناخالصی هایی که در داخل کانکتور ایجاد می شوند می توانند جلوه ای مشابه داشته باشند. علاوه بر این ، محبوبیت USB Type-c باعث توسعه چشمگیر کابل ها نیز شده است ، اگرچه بسیاری از کابل ها هنوز قادر به حمل 100 وات قدرت نیستند ، اما مشخص نشده اند. با این حال ، این علائم امنیت را تضمین نمی کنند. اگر مصرف کننده بخواهد از یک کابل نامشخص استفاده کند ، می تواند به راحتی به عنوان یک کابل واجد شرایط به یک سوکت usb-pd وصل شود.

قوسها تنها خطری نیستند که از usb-pd در ولتاژ و جریان زیاد استفاده شود. از آنجا که پین ​​برق اصلی اتوبوس به سایر پین های کانکتور بسیار نزدیک است ، یک اتصال کوتاه می تواند به راحتی وسایل الکترونیکی پایین دست را در معرض فشار برق مانند ولتاژ اتصال کوتاه 20 ولت قرار دهد که می تواند عیب ایجاد کند. به عنوان مثال ، القایی کابل USB به طول یک متر می تواند "نوسان کند" ، باعث می شود ولتاژ اوج بسیار بالاتر از ولتاژ اتصال کوتاه 20 ولت (گاهی اوقات دو برابر بیشتر) باشد. برای برخی از برنامه ها ، خرابی تجهیزات پایین دست که تحت تأثیر ولتاژ جریان دارد ممکن است باعث ایجاد مشکلات ایمنی شود ، زیرا دستگاه هایی که معمولاً برای کنترل حداکثر جریان و ولتاژ کابل ها مورد استفاده قرار می گیرند ، در معرض آسیب بیشتر هستند.

محافظت کامل در مدار

Usb-pd هنگام کار با بالاترین جریان و ولتاژ دارای قوس ها یا اجزای آسیب می تواند تولید کند ، بنابراین نمی توان گفت که مدار حفاظت کاملاً بی فایده است. در برنامه هایی که اغلب از حداکثر توان usb-pd استفاده می شود ، به عنوان مثال هنگام شارژ باتری کامپیوتر قابل حمل ، باید از مدار کامل محافظت شود.

دیودهای سرکوب ولتاژ گذرا (TVS) که بین پین و زمین یک سوکت USB-Type USB نصب شده اند ، حفاظت نسبتاً ساده و ارزان قیمت هستند. در مورد اتصال کوتاه گذرا ، دیود TVS ولتاژ اوج را به "سطح" فشار می دهد تا قطعه متصل شده از آن مقاومت کند. در حالی که دیودهای TVS از محافظت زودگذر خوبی برخوردار هستند ، اما برای وقایع مداوم ولتاژ ایده آل نیستند. برای حل این مشکلات ، یک مدار اضافی ، شبیه به حفاظت از ولتاژ ، جفت شده با MOSFET N-channel لازم است. در حین وقوع جریان ولتاژ مداوم ، محافظ باعث می شود nMOSFET بار را از ورودی جدا کند و از این طریق از اضافه بار دستگاه پایین دست متصل جلوگیری می کند. اما دیودها ، نگهبانان و nmosfets های TVS هنوز هم نمی توانند در مقابل همه شرایط ولتاژ مقاومت کنند. گاهی اوقات ، مدارهای کوتاه در اطراف کابل های USB رخ می دهد. در این حالت ، القاء سوکت بسیار کم است و باعث می شود ولتاژ سریعتر از سرعت پاسخگویی دستگاه محافظتی و nMOSFET افزایش یابد ، بنابراین می توان از دستگاه های بست بیشتری برای افزایش زمان افزایش ولتاژ استفاده کرد ، به طوری که دستگاه محافظت کافی دارد زمان قطع شدن

حفاظت جامع ، عملاً باعث افزایش هزینه و پیچیدگی برنامه های usb-pd می شود ، اما با انتخاب اجزای مناسب می توان از این امر جلوگیری کرد. هم اکنون تولید کنندگان در حال ارائه دستگاه های یکپارچه هستند که دیودهای TVS ، محافظت و بست ها را در یک بسته واحد ادغام می کنند (معمولاً nMOSFET به عنوان یک تراشه گسسته نگه داشته می شود) ، ضمن صرفه جویی در طراحی و محافظت در برابر USB ، در هزینه و فضای صرفه جویی می کنند.

نتیجه

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. حفاظت از مدار مانند بیمه است. در بهترین حالت ، می توان آن را بعنوان یک پس از اثر تلقی کرد ، و حتی در محل نصب می شود ، اما اغلب کافی نیست. در حالی که کمبود سرمایه در بیمه می تواند عملکرد پایدار یک تجارت را تهدید کند ، محافظت ناکافی از مدار می تواند منجر به عواقب جدی تر مانند از بین رفتن زندگی شود.


ما اهمیت حفاظت از مدار را در مورد پرواز swissair 111 ، که از جان f خارج شد ، نشان می دهیم. فرودگاه بین المللی کندی در نیویورک در تاریخ 2 سپتامبر 1998. این پرواز توسط 7 ساله مک دونل داگلاس md-11 که اخیراً سیستم سرگرمی در پرواز (IFE) خود را ارتقا داده بود ، انجام شد. دود از 52 دقیقه پس از برخاستن ، کابین خلبان ناگهان و خدمه بلافاصله وضعیت اضطراری را اعلام کردند و سعی کردند تا متناوب با حلیفاکس ، فرودگاه باشند ، اما به دلیل کابل کنترل برقی سقف کابین خلبان ، باعث آتش سوزی خارج از کنترل و سقوط شد. در 8 کیلومتری دریا از ساحل نوا اسکاتیا ، 215 مسافر و 14 عضو خدمه کشته شدند.

تحقیقات تصادف نشان داد که مواد به کار رفته در یک بخش از IFE جدید عامل اصلی سقوط بوده و این مواد که قرار بود ضد آتش باشند ، سوخته و به خطوط کنترل بحرانی منتقل می شوند. هرچند که با اطمینان نمی توان گفت ، فرض بر این است که قوس الکتریکی بین سیم های IFE علت آتش سوزی بوده است. اگرچه این سیم ها به مدارهای مدار تعلق دارند ، اما به دلیل قوس الکتریکی قدم نمی زنند. این یک مورد واقعی از 229 مرگ و میر ناشی از محافظت ناکافی در مدار است. این مدارها اکنون به محافظت در برابر تشخیص قوس قوس مجهز شده اند تا هنگام حرکت قوس (از جمله قوس تولید شده توسط عملیات عادی مانند فشار دادن سوئیچ ، تولید قوس) برای سفر کنند.

Usb-pd خطر بیشتری را به همراه دارد

اگرچه MD - 11 سوئیسی به دلیل خرابی الکتریکی و نه خرابی الکترونیکی ایجاد می شود ، اما اکنون مدارهای بیشتر و بیشتری برای تولید قوس کافی هستند (و ممکن است آتش حیات را به خطر بیندازند) ولتاژ و جریان ، مانند بروزرسانی منبع تغذیه USB (USB - PD) ، می تواند تا 20 ولت و 5 a (حداکثر توان 100 وات) ولتاژ و جریان بالا را پشتیبانی کند. در مقایسه با ولتاژ 5 ولت و جریان 3A (15W) USB Type-c ، بروزرسانی usb-pd یک پیشرفت بزرگ است ، اما همچنین احتمال خطر را بسیار افزایش می دهد.

علاوه بر خطرات مرتبط با ولتاژ و جریان زیاد ، usb-pd هنگام استفاده از کانکتورها و کابل های USB-Type نوع C می تواند مشکلات دیگری ایجاد کند. دلیل این امر این است که فاصله پین ​​اتصال کانکتور USB-c فقط 0.5 میلی متر است ، یک پنجم اتصالات نوع-a و نوع-b است ، بنابراین خطر یک اتصال کوتاه به دلیل تحریف جزئی اتصال در حین افزایش درج یا حذف. ناخالصی هایی که در داخل کانکتور ایجاد می شوند می توانند جلوه ای مشابه داشته باشند. علاوه بر این ، محبوبیت USB Type-c باعث توسعه چشمگیر کابل ها نیز شده است ، اگرچه بسیاری از کابل ها هنوز قادر به حمل 100 وات قدرت نیستند ، اما مشخص نشده اند. با این حال ، این علائم امنیت را تضمین نمی کنند. اگر مصرف کننده بخواهد از یک کابل نامشخص استفاده کند ، می تواند به راحتی به عنوان یک کابل واجد شرایط به یک سوکت usb-pd وصل شود.

قوسها تنها خطری نیستند که از usb-pd در ولتاژ و جریان زیاد استفاده شود. از آنجا که پین ​​برق اصلی اتوبوس به سایر پین های کانکتور بسیار نزدیک است ، یک اتصال کوتاه می تواند به راحتی وسایل الکترونیکی پایین دست را در معرض فشار برق مانند ولتاژ اتصال کوتاه 20 ولت قرار دهد که می تواند عیب ایجاد کند. به عنوان مثال ، القایی کابل USB به طول یک متر می تواند "نوسان کند" ، باعث می شود ولتاژ اوج بسیار بالاتر از ولتاژ اتصال کوتاه 20 ولت (گاهی اوقات دو برابر بیشتر) باشد. برای برخی از برنامه ها ، خرابی تجهیزات پایین دست که تحت تأثیر ولتاژ جریان دارد ممکن است باعث ایجاد مشکلات ایمنی شود ، زیرا دستگاه هایی که معمولاً برای کنترل حداکثر جریان و ولتاژ کابل ها مورد استفاده قرار می گیرند ، در معرض آسیب بیشتر هستند.

محافظت کامل در مدار

Usb-pd هنگام کار با بالاترین جریان و ولتاژ دارای قوس ها یا اجزای آسیب می تواند تولید کند ، بنابراین نمی توان گفت که مدار حفاظت کاملاً بی فایده است. در برنامه هایی که اغلب از حداکثر توان usb-pd استفاده می شود ، به عنوان مثال هنگام شارژ باتری کامپیوتر قابل حمل ، باید از مدار کامل محافظت شود.

دیودهای سرکوب ولتاژ گذرا (TVS) که بین پین و زمین یک سوکت USB-Type USB نصب شده اند ، حفاظت نسبتاً ساده و ارزان قیمت هستند. در مورد اتصال کوتاه گذرا ، دیود TVS ولتاژ اوج را به "سطح" فشار می دهد تا قطعه متصل شده از آن مقاومت کند. در حالی که دیودهای TVS از محافظت زودگذر خوبی برخوردار هستند ، اما برای وقایع مداوم ولتاژ ایده آل نیستند. برای حل این مشکلات ، یک مدار اضافی ، شبیه به حفاظت از ولتاژ ، جفت شده با MOSFET N-channel لازم است. در حین وقوع جریان ولتاژ مداوم ، محافظ باعث می شود nMOSFET بار را از ورودی جدا کند و از این طریق از اضافه بار دستگاه پایین دست متصل جلوگیری می کند. اما دیودها ، نگهبانان و nmosfets های TVS هنوز هم نمی توانند در مقابل همه شرایط ولتاژ مقاومت کنند. گاهی اوقات ، مدارهای کوتاه در اطراف کابل های USB رخ می دهد. در این حالت ، القاء سوکت بسیار کم است و باعث می شود ولتاژ سریعتر از سرعت پاسخگویی دستگاه محافظتی و nMOSFET افزایش یابد ، بنابراین می توان از دستگاه های بست بیشتری برای افزایش زمان افزایش ولتاژ استفاده کرد ، به طوری که دستگاه محافظت کافی دارد زمان قطع شدن

حفاظت جامع ، عملاً باعث افزایش هزینه و پیچیدگی برنامه های usb-pd می شود ، اما با انتخاب اجزای مناسب می توان از این امر جلوگیری کرد. هم اکنون تولید کنندگان در حال ارائه دستگاه های یکپارچه هستند که دیودهای TVS ، محافظت و بست ها را در یک بسته واحد ادغام می کنند (معمولاً nMOSFET به عنوان یک تراشه گسسته نگه داشته می شود) ، ضمن صرفه جویی در طراحی و محافظت در برابر USB ، در هزینه و فضای صرفه جویی می کنند.