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IFEmougebufenshiyongdecailiaoshiyinfacicizhuijidezhuyaoyuanyin，zhexiebenyingfanghuodecailiaoqueranshaoleqilai，bingmanyanzhiguanjiankongzhixianlu。suiranwufawanquanduanding，danjutuiduanIFE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(zhi)229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

 

 

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