历史上的今天
返回首页

历史上的今天

今天是:2024年12月11日(星期三)

正在发生

2019年12月11日 | 技术文章—​USB供电让电路保护成了强制性配置

2019-12-11 来源:贸泽电子

image.png?imageView2/2/w/550


电路保护就像是保险,充其量可以看作是事后补救措施,即使是安装到位,也往往是不够的。虽然保险投资不足会威胁到企业的稳定运营,但电路保护不到位可能导致人员伤亡等更严重的后果。

我们以1998年9月2日从纽约肯尼迪国际机场起飞的瑞士航空111航班为例来看下电路保护的重要性。执飞此航班的是机龄已有7年的麦克唐纳·道格拉斯MD-11客机,在执飞此次航班前不久升级了飞行娱乐(IFE)系统。起飞52分钟后,驾驶舱突然冒出浓烟,机组人员随即作出反应宣布进入紧急状态,并试图备降到哈利法克斯机场,但由于驾驶舱天花板着火烧毁了电气控制电缆导致飞机失控,在距离新斯科舍省海岸8公里的海域坠毁,215名乘客和14名机组人员全部遇难。

事故调查发现,这套新IFE某个部分使用的材料是引发此次坠机的主要原因,这些本应防火的材料却燃烧了起来,并蔓延至关键控制线路。虽然无法完全断定,但据推断IFE电线间的电弧是引起这场大火的罪魁祸首。尽管这些电线都装有断路器,但断路器不会因为出现电弧而跳闸。这就是一起因电路保护不足导致229人死亡的真实案例。现在,这类电路都配备了电弧故障检测保护装置,以便在感应到电弧时跳闸(不包括按下开关等正常操作所产生的电弧)。

USB-PD带来更多危险

虽然瑞士航空MD-11是由电气故障而不是电子故障导致的,但现在越来越多的电路中都存在足以产生电弧(以及可能危及生命的火灾)的电压和电流,比如升级版的USB电源供电(USB-PD),它可以支持最高20V和5A(最大功率为100W)的高电压和电流。相较于USB Type-C的5V电压和3A电流(15W),USB-PD的升级是一大进步,但也大大增加了发生危险的可能性。


除了与高电压和电流相关的风险外,USB-PD在与USB Type-C连接器和电缆一起使用时,也会发生其他问题。这是因为USB Type-C连接器的引脚间距只有0.5mm,是Type-A和Type-B连接器的五分之一,因此增加了插入或移除期间连接器轻微扭曲导致短路的风险。在连接器内部堆积的杂质也可能产生类似的效果。此外,USB Type-C的普及也带动了电缆的大幅发展,虽然有许多电缆还无法承载100W的功率,但却没有标识出来。然而这些标识并不能确保安全;如果消费者要使用未经指定的电缆,也可以像合格的电缆一样轻松地插入USB-PD插座中。

在较高电压和电流下使用USB-PD时,电弧并不是唯一的危险。由于主母线电源引脚与连接器的其他引脚非常近,短路会让下游电子器件轻松暴露于20V短路电压等可以引起故障的电涌中。例如,一米长的USB电缆的电感可以产生“振荡”,导致峰值电压远高于20V短路电压(有时甚至是两倍)。对于某些应用来说,受到过压影响的下游设备故障可能会带来安全问题,因为那些通常用于控制电缆最大工作电流和电压的设备最容易受到损坏。

全面的电路保护

当USB-PD以最高额定电流和电压运行时,可能会产生电弧或损坏元器件,因此,也不能说保护电路完全没有用。在经常使用USB-PD最高功率模式的应用中,例如在为便携式计算机电池充电时,必须提供全面的电路保护。


安装在USB Type-C插座引脚和接地之间的瞬态电压抑制(TVS)二极管是相对简单廉价的电路保护。在瞬态短路的情况下,TVS二极管将峰值电压“钳位”到连接部件可以承受的级别。虽然TVS二极管能够提供很好的瞬态保护,但在用于持续过电压事件时效果却不是很理想。为了解决这些问题,需要一个与N沟道MOSFET配对的类似于过电压保护的附加电路。在持续的过电压事件期间,保护装置会触发nMOSFET以断开负载与输入的连接,从而避免连接的下游装置发生过载。但是TVS二极管、保护装置和nMOSFET仍然不能抵御所有的过电压情况;偶尔会发生绕过USB电缆的短路事件。在这种情况下,插座电感非常低,使得电压上升的速度快于保护装置和nMOSFET的反应速度,因此可以使用更多的钳位装置,延长电压上升时间,让保护装置有足够的时间切断。

综合保护无形中增加了USB-PD应用的成本和复杂性,但可以通过选择合适的组件避免出现这种情况。制造商现开始提供集成式设备,将TVS二极管、保护和钳位设备集成到单个封装中(nMOSFET通常保持为分立芯片),能够在简化USB-PD保护设计的同时,节省资金和空间。

结论

电路保护永远不会是电子产品开发的末端。但解决方案开发工程师需要具备一定的知识,才能采取适当的保护措施防止材料损坏,并避免人员受到伤害甚至死亡。


推荐阅读

史海拾趣

台湾远翔(Feeling Technology)公司的发展小趣事

乔光电子在全球拥有广泛的销售网络,不仅在国内的上海和深圳设有销售公司,还在韩国、印度、新加坡、巴西、意大利等国家设立了销售据点。随着市场的不断拓展和技术的不断创新,乔光电子的销售额从2015年的2200万元增长到2022年的27000万元,实现了跨越式发展。未来,乔光电子计划进一步扩展导热导电胶生产线业务,并可能涉足传感器和安规电容领域。同时,公司还将继续加大研发投入,提升产品性能和质量,为全球客户提供更加优质、可靠的电子产品和服务。

Dynex公司的发展小趣事

乔光电子成立于2009年,起初专注于过压、过流保护元器件的研发、生产和销售。公司凭借对技术的执着追求和对市场的敏锐洞察,迅速在行业内站稳脚跟。在创立初期,乔光电子就建立了先进的EMC实验室,致力于为客户提供顶级性能的过压、过流保护元器件和完整的电路保护解决方案。这一时期,乔光电子在福建和东莞建立了生产基地,为后续的快速发展奠定了坚实基础。

EAO公司的发展小趣事

在电子制造行业日益重视环保和可持续发展的背景下,EAO公司积极响应号召,致力于研发和生产环保型电子产品。公司投入大量资源研发新型环保材料,优化生产工艺,减少生产过程中的废弃物排放。同时,EAO公司还建立了完善的电子垃圾回收体系,对废弃电子产品进行专业处理,确保资源得到合理利用,减少对环境的负面影响。

Eurotechnique公司的发展小趣事

为了进一步扩大市场份额,Eurotechnique开始积极寻求国际合作机会。公司与多家国际知名电子企业建立了紧密的合作关系,共同研发新产品、开拓市场。同时,Eurotechnique还积极参加国际电子展会和论坛,提高公司的知名度和影响力。通过这些努力,Eurotechnique的产品逐渐进入全球多个国家和地区的市场。

Digilent公司的发展小趣事

在全球节能意识日益增强的背景下,DIALIGHT致力于推动绿色照明的发展。公司的LED产品具有高效节能、长寿命和环保等优点,有助于减少能源消耗和环境污染。此外,DIALIGHT还积极参与各种绿色照明项目,为推动可持续发展贡献自己的力量。

DILABS公司的发展小趣事

DILABS公司成立于XX世纪初,由一群热衷于电子技术的工程师创立。在公司初创时期,他们面临了资金短缺、技术瓶颈和市场竞争等多重挑战。然而,他们坚持创新,经过无数次实验,终于在芯片封装技术上取得了突破。这一突破性的技术为DILABS赢得了业界的关注,也为公司的发展奠定了坚实的基础。

问答坊 | AI 解惑

大学时代影响我的人生的10件大事

在大学里我对人生有了新的认识,也想清楚了很多问题.大一时候曾经迷茫,大二也曾经郁闷,\"郁闷\"似乎是现在大学生的口头禅.今天,这些感觉正随着时间慢慢褪去.我觉得这是很正常的.   关于排名第一的那件事情,现在的想法还不系统,而思考也随 ...…

查看全部问答>

一个dsp程序员应该具备的素质

在定点DSP中,能够熟练使用Q格式。能够编写出大量符合TI公司的规范的代码程序,虽然不可把规范看的太死。能够熟练使用C语言,从C51到DSP.到ARM.等。这是个嵌入式编程泛C语言的时代,程序员最好还能够知道一些面向对象的语言,如C++,JAVA,C#.能够吸 ...…

查看全部问答>

双激式变压器开关电源(part1) 开关电源原理与设计(连载26)

1-8.双激式变压器开关电源 所谓双激式变压器开关电源,就是指在一个工作周期之内,变压器的初级线圈分别被直流电压正、反激励两次。与单激式变压器开关电源不同,双激式变压器开关电源一般在整个工作周期之内,都向负载提供功率输出。双激式变压 ...…

查看全部问答>

单片机视频教程【10】LCD1602液晶

$(\'swf_r2D\').innerHTML=AC_FL_RunContent(\'width\', \'550\', \'height\', \'400\', \'allowNetworking\', \'internal\', \'allowScriptAccess\', \'never\', \'src\', encodeURI(\'http://player.youku.com/player.php/sid/30391850/v.swf\'), ...…

查看全部问答>

TCPMP Wince6.0 VS2005 编过了, interface.plg死活加载不上

相关的只做过一个改动 player下main.c下只改了一个宏定义 // don\'t want to use common.dll, but don\'t want to collide with DLL import function either #define tcscpy_s _tcscpy_s 改成了 #define tcscpy_s _mtcscpy_s 原因是_tcscpy_s ...…

查看全部问答>

tc下使用borland图形接口出现 BGI Error:Graphics not initialized(use 'initgraph')

用borland C++做一个工控机上的dos程序, 代码里有:initgraph(&drv,&mode,\"\"); 这句话, 并且我的源文件目录下有EGAVGA.BGI这个文件, 编译通过, 当Run的时候就出现BGI Error:Graphics not initialized(use \'initgraph\') 请问这是怎么回事? ...…

查看全部问答>

请教哪些处理器支持WINCE?

功能:主要用于数据采集和回放。 1.打算做成一块带CPCI或者PCI接口的板卡,插入工控机中。板上有处理器、SATA-PCI或者SATA-localbus转接芯片、A/D、D/A等,采集工作时由处理器控制A/D采集,采集数据经处理器简单处理通过SATA转接芯片写入SATA硬 ...…

查看全部问答>

急求:关于WINCE 5.0的数据库函数问题

大家好:     我做的WINCE 5.0的pocket pc 程序里对数据库建立CeCreateDatabaseEx2(SDK里有EDB版的这个函数),但数据库总建立失败,查看错误是:参数不对。我不知道自己的参数错在哪,请求大家给我指教:       &nb ...…

查看全部问答>

串口通信:为什么总是得不到句柄?

我想用vb.net写的程序来取得串口的句柄,但是getlasterror总是得到12的值,查MSDN,注明为The access code is invalid。请各位高手给予指点程序哪儿有问题还是我createfile的参数值有问题:         Dim hDiskName ...…

查看全部问答>

本土芯片设计企业做电力计量方案,机会在哪?

最近在一个展会上看到深圳一家叫芯海的公司展出了数字电表方案,感觉有点新鲜。电力计量这个市场是蛮大的,不过好像早都被AXX等几家大公司瓜分的差不多了,本土企业还有机会吗?不晓得了解这个行业的人士如何看?…

查看全部问答>