회로 보호는 전자 개발의 끝이 아닙니다

회로 보호는 보험과 같습니다. 기껏해야 나중에 생각할 수 있으며 제자리에 설치해도 충분하지 않습니다. 보험에 대한 투자가 부족하면 비즈니스의 안정적인 운영을 위협 할 수 있지만 부적절한 회로 보호는 인명 손실과 같은 더 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.

우리는 John f에서 출발 한 swissair 비행 111의 경우 회로 보호의 중요성을 설명합니다. 1998 년 9 월 2 일 뉴욕 케네디 국제 공항. 비행은 최근 기내 엔터테인먼트 (IFE) 시스템을 업그레이드 한 7 세의 McDonnell Douglas md-11이 운항했습니다. 이륙 후 52 분 후 연기가 나고 갑자기 조종석이 갑자기 비상 대응 상태를 선포하고 공항 인 핼리팩스로 대체하려고했지만 조종실 천장 전기 제어 케이블로 인해 화재로 인해 화재가 발생하여 추락 사고가 발생했습니다 노바 스코티 아 해안에서 8km 떨어진 바다에서 215 명의 승객과 14 명의 승무원을 모두 죽였습니다.

충돌 조사 결과, 새로운 IFE의 한 섹션에 사용 된 재료가 충돌의 주요 원인이며 내화성, 연소되어 중요한 제어 라인으로 확산되는 재료가 발견되었습니다. 확실하게 말할 수는 없지만 IFE 전선 사이의 전기 아크가 화재의 원인이라고 가정합니다. 이 전선에는 회로 차단기가 장착되어 있지만 아크로 인해 트립되지 않습니다. 부적절한 회로 보호로 인해 229 명이 사망 한 경우입니다. 이러한 회로에는 이제 아크가 감지 될 때 트립 할 수있는 아크 오류 감지 보호 기능이 장착되어 있습니다 (스위치 누르기와 같은 정상 작동으로 생성 된 아크는 포함되지 않음).

USB-PD는 더 많은 위험을 가져온다

Swiss MD-11은 전자 고장이 아닌 전기 고장으로 인한 것이지만 이제는 점점 더 많은 회로가 USB 전원 공급 장치 업그레이드와 같은 전압 및 전류의 아크를 발생시키고 생명의 위험을 초래할 수 있습니다. (USB-PD), 최대 20v 및 5a (최대 100w)의 고전압 및 전류를 지원할 수 있습니다. USB type-c의 5V 전압 및 3A 전류 (15W)와 비교할 때 usb-pd의 업그레이드는 크게 개선되었지만 위험 가능성도 크게 증가시킵니다.

usb-pd는 고전압 및 전류와 관련된 위험 외에도 USB type-c 커넥터 및 케이블과 함께 사용할 때 다른 문제를 일으킬 수 있습니다. 이는 USB Type-C 커넥터의 핀 간격이 0.5mm에 불과하기 때문에 Type-a 및 Type-b 커넥터의 5 분의 1에 불과하므로 삽입 또는 제거. 커넥터 내부에 축적 된 불순물은 비슷한 효과를 낼 수 있습니다. 또한 USB type-c의 인기로 인해 많은 케이블이 여전히 100W의 전원을 공급할 수 없지만 식별되지는 않지만 케이블이 크게 개발되었습니다. 그러나 이러한 표시는 보안을 보장하지 않습니다. 소비자가 지정되지 않은 케이블을 사용하려는 경우 자격을 갖춘 케이블처럼 쉽게 USB-pd 소켓에 꽂을 수도 있습니다.

고전압 및 전류에서 usb-pd를 사용할 때 아크가 유일한 위험은 아닙니다. 메인 버스 전원 핀은 커넥터의 다른 핀에 매우 가깝기 때문에 단락은 다운 스트림 전자 장치를 20V 단락 전압과 같은 전원 서지에 쉽게 노출시켜 고장을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 1 미터 길이의 USB 케이블의 인덕턴스는 "진동"할 수있어 피크 전압이 20V 단락 전압보다 훨씬 높을 수 있습니다 (때로는 두 배 높음). 일부 애플리케이션의 경우, 최대 작동 전류 및 케이블 전압을 제어하는 ​​데 일반적으로 사용되는 장치가 손상에 가장 취약하기 때문에 과전압의 영향을받는 다운 스트림 장비의 고장으로 인해 안전 문제가 발생할 수 있습니다.

완전한 회로 보호

USB-PD는 최고 정격 전류 및 전압에서 작동 할 때 아크를 발생 시키거나 구성 요소를 손상시킬 수 있으므로 보호 회로가 완전히 쓸모 없다고 말할 수는 없습니다. 휴대용 컴퓨터 배터리를 충전 할 때와 같이 usb-pd 최대 전력 모드가 자주 사용되는 응용 프로그램에서는 완전한 회로 보호 기능을 제공해야합니다.

USB type-c 소켓의 핀과 접지 사이에 설치된 과도 전압 억제 (TVS) 다이오드는 비교적 간단하고 저렴한 회로 보호입니다. 과도 단락의 경우 TVS 다이오드는 피크 전압을 연결된 부품이 견딜 수있는 수준으로 "핀치"합니다. TVS 다이오드는 우수한 과도 보호 기능을 제공하지만 지속적인 과전압 이벤트에는 적합하지 않습니다. 이러한 문제를 해결하려면 과전압 보호와 유사하고 n 채널 MOSFET과 쌍을 이루는 추가 회로가 필요합니다. 연속 과전압 이벤트 동안 가드는 nMOSFET을 트리거하여 입력에서 부하를 차단하여 연결된 다운 스트림 장치의 과부하를 방지합니다. 그러나 TVS 다이오드, 가드 및 nmosfets는 여전히 모든 과전압 상황을 견딜 수는 없습니다. 때때로 USB 케이블 주변에서 단락이 발생합니다. 이 경우 소켓의 인덕턴스가 매우 낮아서 보호 장치 및 nMOSFET의 응답 속도보다 전압이 빠르게 상승하므로 클램핑 장치를 사용하여 전압 상승 시간을 연장하여 보호 장치가 충분할 수 있습니다 차단 시간.

포괄적 인 보호 기능은 usb-pd 응용 프로그램의 비용과 복잡성을 사실상 증가 시키지만 올바른 구성 요소를 선택하면 피할 수 있습니다. 제조업체는 이제 TVS 다이오드, 보호 및 클램프를 단일 패키지 (통상 개별 칩으로 유지)에 통합하여 비용과 공간을 절약하고 usb-pd 보호 설계를 단순화하는 통합 장치를 제공하기 시작했습니다.

결론

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. 회로 보호는 보험과 같습니다. 기껏해야 나중에 생각할 수 있으며 제자리에 설치해도 충분하지 않습니다. 보험에 대한 투자가 부족하면 비즈니스의 안정적인 운영을 위협 할 수 있지만 부적절한 회로 보호는 인명 손실과 같은 더 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.


우리는 John f에서 출발 한 swissair 비행 111의 경우 회로 보호의 중요성을 설명합니다. 1998 년 9 월 2 일 뉴욕 케네디 국제 공항. 비행은 최근 기내 엔터테인먼트 (IFE) 시스템을 업그레이드 한 7 세의 McDonnell Douglas md-11이 운항했습니다. 이륙 후 52 분 후 연기가 나고 갑자기 조종석이 갑자기 비상 대응 상태를 선포하고 공항 인 핼리팩스로 대체하려고했지만 조종실 천장 전기 제어 케이블로 인해 화재로 인해 화재가 발생하여 추락 사고가 발생했습니다 노바 스코티 아 해안에서 8km 떨어진 바다에서 215 명의 승객과 14 명의 승무원을 모두 죽였습니다.

충돌 조사 결과, 새로운 IFE의 한 섹션에 사용 된 재료가 충돌의 주요 원인이며 내화성, 연소되어 중요한 제어 라인으로 확산되는 재료가 발견되었습니다. 확실하게 말할 수는 없지만 IFE 전선 사이의 전기 아크가 화재의 원인이라고 가정합니다. 이 전선에는 회로 차단기가 장착되어 있지만 아크로 인해 트립되지 않습니다. 부적절한 회로 보호로 인해 229 명이 사망 한 경우입니다. 이러한 회로에는 이제 아크가 감지 될 때 트립 할 수있는 아크 오류 감지 보호 기능이 장착되어 있습니다 (스위치 누르기와 같은 정상 작동으로 생성 된 아크는 포함되지 않음).

USB-PD는 더 많은 위험을 가져온다

Swiss MD-11은 전자 고장이 아닌 전기 고장으로 인한 것이지만 이제는 점점 더 많은 회로가 USB 전원 공급 장치 업그레이드와 같은 전압 및 전류의 아크를 발생시키고 생명의 위험을 초래할 수 있습니다. (USB-PD), 최대 20v 및 5a (최대 100w)의 고전압 및 전류를 지원할 수 있습니다. USB type-c의 5V 전압 및 3A 전류 (15W)와 비교할 때 usb-pd의 업그레이드는 크게 개선되었지만 위험 가능성도 크게 증가시킵니다.

usb-pd는 고전압 및 전류와 관련된 위험 외에도 USB type-c 커넥터 및 케이블과 함께 사용할 때 다른 문제를 일으킬 수 있습니다. 이는 USB Type-C 커넥터의 핀 간격이 0.5mm에 불과하기 때문에 Type-a 및 Type-b 커넥터의 5 분의 1에 불과하므로 삽입 또는 제거. 커넥터 내부에 축적 된 불순물은 비슷한 효과를 낼 수 있습니다. 또한 USB type-c의 인기로 인해 많은 케이블이 여전히 100W의 전원을 공급할 수 없지만 식별되지는 않지만 케이블이 크게 개발되었습니다. 그러나 이러한 표시는 보안을 보장하지 않습니다. 소비자가 지정되지 않은 케이블을 사용하려는 경우 자격을 갖춘 케이블처럼 쉽게 USB-pd 소켓에 꽂을 수도 있습니다.

고전압 및 전류에서 usb-pd를 사용할 때 아크가 유일한 위험은 아닙니다. 메인 버스 전원 핀은 커넥터의 다른 핀에 매우 가깝기 때문에 단락은 다운 스트림 전자 장치를 20V 단락 전압과 같은 전원 서지에 쉽게 노출시켜 고장을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 1 미터 길이의 USB 케이블의 인덕턴스는 "진동"할 수있어 피크 전압이 20V 단락 전압보다 훨씬 높을 수 있습니다 (때로는 두 배 높음). 일부 애플리케이션의 경우, 최대 작동 전류 및 케이블 전압을 제어하는 ​​데 일반적으로 사용되는 장치가 손상에 가장 취약하기 때문에 과전압의 영향을받는 다운 스트림 장비의 고장으로 인해 안전 문제가 발생할 수 있습니다.

완전한 회로 보호

USB-PD는 최고 정격 전류 및 전압에서 작동 할 때 아크를 발생 시키거나 구성 요소를 손상시킬 수 있으므로 보호 회로가 완전히 쓸모 없다고 말할 수는 없습니다. 휴대용 컴퓨터 배터리를 충전 할 때와 같이 usb-pd 최대 전력 모드가 자주 사용되는 응용 프로그램에서는 완전한 회로 보호 기능을 제공해야합니다.

USB type-c 소켓의 핀과 접지 사이에 설치된 과도 전압 억제 (TVS) 다이오드는 비교적 간단하고 저렴한 회로 보호입니다. 과도 단락의 경우 TVS 다이오드는 피크 전압을 연결된 부품이 견딜 수있는 수준으로 "핀치"합니다. TVS 다이오드는 우수한 과도 보호 기능을 제공하지만 지속적인 과전압 이벤트에는 적합하지 않습니다. 이러한 문제를 해결하려면 과전압 보호와 유사하고 n 채널 MOSFET과 쌍을 이루는 추가 회로가 필요합니다. 연속 과전압 이벤트 동안 가드는 nMOSFET을 트리거하여 입력에서 부하를 차단하여 연결된 다운 스트림 장치의 과부하를 방지합니다. 그러나 TVS 다이오드, 가드 및 nmosfets는 여전히 모든 과전압 상황을 견딜 수는 없습니다. 때때로 USB 케이블 주변에서 단락이 발생합니다. 이 경우 소켓의 인덕턴스가 매우 낮아서 보호 장치 및 nMOSFET의 응답 속도보다 전압이 빠르게 상승하므로 클램핑 장치를 사용하여 전압 상승 시간을 연장하여 보호 장치가 충분할 수 있습니다 차단 시간.

포괄적 인 보호 기능은 usb-pd 응용 프로그램의 비용과 복잡성을 사실상 증가 시키지만 올바른 구성 요소를 선택하면 피할 수 있습니다. 제조업체는 이제 TVS 다이오드, 보호 및 클램프를 단일 패키지 (통상 개별 칩으로 유지)에 통합하여 비용과 공간을 절약하고 usb-pd 보호 설계를 단순화하는 통합 장치를 제공하기 시작했습니다.