我們以1998年9月2日從紐約肯尼迪國際機場起飛的瑞士航空111航班為例來看下電路保護的重要性。執飛此航班的是機齡已有7年的麥克唐納·道格拉斯MD-11客機，在執飛此次航班前不久升級了飛行娛樂（IFE）係統。起飛52分fen鍾zhong後hou，駕jia駛shi艙cang突tu然ran冒mao出chu濃nong煙yan
，機ji組zu人ren員yuan隨sui即ji作zuo出chu反fan應ying宣xuan布bu進jin入ru緊jin急ji狀zhuang態tai

，並bing試shi圖tu備bei降jiang到dao哈ha利li法fa克ke斯si機ji場chang，但dan由you於yu駕jia駛shi艙cang天tian花hua板ban著zhe火huo燒shao毀hui了le電dian氣qi控kong製zhi電dian纜lan導dao致zhi飛fei機ji失shi控kong，在zai距ju離li新xin斯si科ke舍she省sheng海hai岸an8公裏的海域墜毀
，215名乘客和14名機組人員全部遇難。

 

事故調查發現
，這套新IFE某mou個ge部bu分fen使shi用yong的de材cai料liao是shi引yin發fa此ci次ci墜zhui機ji的de主zhu要yao原yuan因yin，這zhe些xie本ben應ying防fang火huo的de材cai料liao卻que燃ran燒shao了le起qi來lai，並bing蔓man延yan至zhi關guan鍵jian控kong製zhi線xian路lu。雖sui然ran無wu法fa完wan全quan斷duan定ding，但dan據ju推tui斷duanIFE電dian線xian間jian的de電dian弧hu是shi引yin起qi這zhe場chang大da火huo的de罪zui魁kui禍huo首shou。盡jin管guan這zhe些xie電dian線xian都dou裝zhuang有you斷duan路lu器qi，但dan斷duan路lu器qi不bu會hui因yin為wei出chu現xian電dian弧hu而er跳tiao閘zha。這zhe就jiu是shi一yi起qi因yin電dian路lu保bao護hu不bu足zu導dao致zhi229人死亡的真實案例。現在，這類電路都配備了電弧故障檢測保護裝置，以便在感應到電弧時跳閘（不包括按下開關等正常操作所產生的電弧）。

 

USB-PD帶來更多危險

 

雖然瑞士航空MD-11是由電氣故障而不是電子故障導致的，但現在越來越多的電路中都存在足以產生電弧（以及可能危及生命的火災）的電壓和電流

，比如升級版的USB電源供電（USB-PD）
，它可以支持最高20V和5A（最大功率為100W）的高電壓和電流。相較於USB Type-C的5V電壓和3A電流（15W），USB-PD的升級是一大進步，但也大大增加了發生危險的可能性。

 

除了與高電壓和電流相關的風險外，USB-PD在與USB Type-C連接器和電纜一起使用時，也會發生其他問題。這是因為USB Type-C連接器的引腳間距隻有0.5mm，是Type-A和Type-Blianjieqidewufenzhiyi

，yincizengjialecharuhuoyichuqijianlianjieqiqingweiniuqudaozhiduanludefengxian。zailianjieqineibuduijidezazhiyekenengchanshengleisidexiaoguo。ciwai
，USB Type-C的普及也帶動了電纜的大幅發展
，雖然有許多電纜還無法承載100W的功率，但卻沒有標識出來。然而這些標識並不能確保安全
；如果消費者要使用未經指定的電纜

，也可以像合格的電纜一樣輕鬆地插入USB-PD插座中。

 

在較高電壓和電流下使用USB-PD時
，電弧並不是唯一的危險。由於主母線電源引腳與連接器的其他引腳非常近，短路會讓下遊電子器件輕鬆暴露於20V短路電壓等可以引起故障的電湧中。例如
，一米長的USB電纜的電感可以產生“振蕩”

，導致峰值電壓遠高於20V短路電壓（有時甚至是兩倍）。對dui於yu某mou些xie應ying用yong來lai說shuo，受shou到dao過guo壓ya影ying響xiang的de下xia遊you設she備bei故gu障zhang可ke能neng會hui帶dai來lai安an全quan問wen題ti，因yin為wei那na些xie通tong常chang用yong於yu控kong製zhi電dian纜lan最zui大da工gong作zuo電dian流liu和he電dian壓ya的de設she備bei最zui容rong易yi受shou到dao損sun壞huai。

 

全麵的電路保護

 

當USB-PD以最高額定電流和電壓運行時
，可能會產生電弧或損壞元器件，因此，也不能說保護電路完全沒有用。在經常使用USB-PD最高功率模式的應用中
，例如在為便攜式計算機電池充電時，必須提供全麵的電路保護。

 

安裝在USB Type-C插座引腳和接地之間的瞬態電壓抑製（TVS）二極管是相對簡單廉價的電路保護。在瞬態短路的情況下，TVS二極管將峰值電壓“鉗位”到連接部件可以承受的級別。雖然TVS二極管能夠提供很好的瞬態保護，但在用於持續過電壓事件時效果卻不是很理想。為了解決這些問題
，需要一個與N溝道MOSFET配對的類似於過電壓保護的附加電路。在持續的過電壓事件期間，保護裝置會觸發nMOSFET以斷開負載與輸入的連接，從而避免連接的下遊裝置發生過載。但是TVS二極管
、保護裝置和nMOSFET仍然不能抵禦所有的過電壓情況
；偶爾會發生繞過USB電纜的短路事件。在這種情況下，插座電感非常低，使得電壓上升的速度快於保護裝置和nMOSFET的反應速度，因此可以使用更多的鉗位裝置
，延長電壓上升時間
，讓保護裝置有足夠的時間切斷。

 

綜合保護無形中增加了USB-PD應用的成本和複雜性，但可以通過選擇合適的組件避免出現這種情況。製造商現開始提供集成式設備，將TVS二極管、保護和鉗位設備集成到單個封裝中（nMOSFET通常保持為分立芯片）

，能夠在簡化USB-PD保護設計的同時
，節省資金和空間。

 

結論

 

電dian路lu保bao護hu永yong遠yuan不bu會hui是shi電dian子zi產chan品pin開kai發fa的de末mo端duan。但dan解jie決jue方fang案an開kai發fa工gong程cheng師shi需xu要yao具ju備bei一yi定ding的de知zhi識shi，才cai能neng采cai取qu適shi當dang的de保bao護hu措cuo施shi防fang止zhi材cai料liao損sun壞huai，並bing避bi免mian人ren員yuan受shou到dao傷shang害hai甚shen至zhi死si亡wang。

 

作者簡介

 

Steven Keeping獲得了英國布萊頓大學（榮譽）工學學士學位，之前他在Eurotherm和BOC公司工作長達七年，之後他加入“電子產品雜誌”任職，開始了長達13年的高級編輯和出版工作，涉及到電子生產、測試以及設計等，為英國和澳大利亞的Trinity Mirror、CMP和RBI等公司發表過文章，發表過的文章有“電子學新發現”、“澳大利亞電子工程學發展”等。在2006年Steven Keeping成為了一名電子方麵的自由記者
，目前他定居在澳大利亞悉尼。

 

出處：貿澤電子公眾號

 

微信號：mouserelectronics

 

 

推薦閱讀：