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सर्किट संरक्षण कभी भी इलेक्ट्रॉनिक्स विकास का अंत नहीं होगा

2022-08-01
सर्किट सुरक्षा बीमा की तरह है; अधिक से अधिक, इसे एक बाद के विचार के रूप में देखा जा सकता है, और यहां तक ​​कि जब इसे जगह पर स्थापित किया जाता है, तो यह अक्सर पर्याप्त नहीं होता है। जबकि बीमा में कम निवेश से व्यवसाय के स्थिर संचालन को खतरा हो सकता है, अपर्याप्त सर्किट सुरक्षा से जीवन की हानि जैसे अधिक गंभीर परिणाम हो सकते हैं।

हम स्विसएयर उड़ान 111 के मामले में सर्किट सुरक्षा के महत्व को दर्शाते हैं, जो जॉन एफ से रवाना हुई थी। 2 सितंबर, 1998 को न्यूयॉर्क में कैनेडी अंतर्राष्ट्रीय हवाई अड्डा। उड़ान का संचालन 7-वर्षीय मैकडॉनेल डगलस एमडी-11 द्वारा किया गया था, जिसने हाल ही में अपनी इन-फ़्लाइट मनोरंजन (आईएफई) प्रणाली को उन्नत किया था। उड़ान भरने के 52 मिनट बाद अचानक कॉकपिट से धुआं निकलने लगा और चालक दल ने तुरंत आपातकालीन प्रतिक्रिया की घोषणा की, और हैलिफ़ैक्स, हवाई अड्डे पर वैकल्पिक रूप से जाने की कोशिश की, लेकिन कॉकपिट की छत की विद्युत नियंत्रण केबल के कारण आग नियंत्रण से बाहर हो गई और दुर्घटनाग्रस्त हो गई। नोवा स्कोटिया तट से 8 किमी दूर समुद्र में, सभी 215 यात्रियों और 14 चालक दल के सदस्यों की मौत हो गई।

दुर्घटना जांच में पाया गया कि नए IFE के एक खंड में उपयोग की गई सामग्री दुर्घटना का मुख्य कारण थी, और सामग्री, जो अग्निरोधक मानी जाती थी, जल गई और महत्वपूर्ण नियंत्रण रेखाओं तक फैल गई। हालाँकि यह निश्चित रूप से कहना असंभव है, लेकिन यह माना जाता है कि IFE तारों के बीच विद्युत चाप आग का कारण था। हालाँकि इन तारों में सर्किट ब्रेकर लगे होते हैं, लेकिन वे आर्किंग के कारण ट्रिप नहीं होते हैं। यह अपर्याप्त सर्किट सुरक्षा के कारण हुई 229 मौतों का सच्चा मामला है। ऐसे सर्किट अब आर्क फॉल्ट डिटेक्शन सुरक्षा से लैस हैं ताकि आर्क महसूस होने पर ट्रिप हो जाए (इसमें स्विच दबाने जैसे सामान्य ऑपरेशन से उत्पन्न आर्क शामिल नहीं है)।

यूएसबी-पीडी अधिक खतरा लाता है

हालाँकि स्विस एमडी - 11 इलेक्ट्रॉनिक विफलता के बजाय विद्युत विफलता के कारण होता है, लेकिन अब अधिक से अधिक सर्किट वोल्टेज और करंट के आर्क (और जीवन की आग को खतरे में डाल सकते हैं) उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त हैं, जैसे कि यूएसबी बिजली आपूर्ति का उन्नयन (यूएसबी - पीडी), यह 20 वी और 5 ए (अधिकतम 100 डब्ल्यू की शक्ति) तक उच्च वोल्टेज और करंट का समर्थन कर सकता है। यूएसबी टाइप-सी के 5V वोल्टेज और 3A करंट (15W) की तुलना में, यूएसबी-पीडी का अपग्रेड एक बड़ा सुधार है, लेकिन इससे खतरे की संभावना भी काफी बढ़ जाती है।

उच्च वोल्टेज और करंट से जुड़े जोखिमों के अलावा, यूएसबी टाइप-सी कनेक्टर और केबल के साथ उपयोग करने पर यूएसबी-पीडी अन्य समस्याएं पैदा कर सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यूएसबी टाइप-सी कनेक्टर की पिन स्पेसिंग केवल 0.5 मिमी है, जो टाइप-ए और टाइप-बी कनेक्टर का पांचवां हिस्सा है, इस प्रकार कनेक्टर की थोड़ी सी विकृति के कारण ए शॉर्ट सर्किट का खतरा बढ़ जाता है। डालना या हटाना. कनेक्टर के अंदर बनने वाली अशुद्धियाँ समान प्रभाव डाल सकती हैं। इसके अलावा, यूएसबी टाइप-सी की लोकप्रियता ने केबलों के महत्वपूर्ण विकास को भी जन्म दिया है, हालांकि कई केबल अभी भी 100W बिजली ले जाने में असमर्थ हैं, लेकिन उनकी पहचान नहीं की गई है। हालाँकि, ये संकेत सुरक्षा की गारंटी नहीं देते हैं; यदि उपभोक्ता एक अनिर्दिष्ट केबल का उपयोग करना चाहता है, तो इसे एक योग्य केबल की तरह आसानी से यूएसबी-पीडी सॉकेट में भी प्लग किया जा सकता है।

जब यूएसबी-पीडी का उपयोग उच्च वोल्टेज और धाराओं पर किया जाता है तो आर्क ही एकमात्र खतरा नहीं है। क्योंकि मुख्य बस पावर पिन कनेक्टर के अन्य पिनों के बहुत करीब है, एक शॉर्ट सर्किट आसानी से डाउनस्ट्रीम इलेक्ट्रॉनिक्स को 20V शॉर्ट सर्किट वोल्टेज जैसे पावर सर्ज के संपर्क में ला सकता है जो गलती का कारण बन सकता है। उदाहरण के लिए, एक मीटर लंबी यूएसबी केबल का इंडक्शन "दोलन" कर सकता है, जिससे पीक वोल्टेज 20V शॉर्ट-सर्किट वोल्टेज (कभी-कभी दोगुना अधिक) से बहुत अधिक हो जाता है। कुछ अनुप्रयोगों के लिए, ओवरवॉल्टेज से प्रभावित डाउनस्ट्रीम उपकरणों की विफलता सुरक्षा समस्याओं का कारण बन सकती है, क्योंकि वे उपकरण जो आमतौर पर केबलों के अधिकतम ऑपरेटिंग करंट और वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, क्षति के लिए सबसे अधिक संवेदनशील होते हैं।

पूर्ण सर्किट सुरक्षा

उच्चतम रेटेड करंट और वोल्टेज पर चलने पर यूएसबी-पीडी चाप उत्पन्न कर सकता है या घटकों को नुकसान पहुंचा सकता है, इसलिए यह नहीं कहा जा सकता है कि सुरक्षा सर्किट पूरी तरह से बेकार है। ऐसे अनुप्रयोगों में जहां यूएसबी-पीडी अधिकतम पावर मोड का अक्सर उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए पोर्टेबल कंप्यूटर बैटरी चार्ज करते समय, पूर्ण सर्किट सुरक्षा प्रदान की जानी चाहिए।

यूएसबी टाइप-सी सॉकेट के पिन और ग्राउंड के बीच स्थापित क्षणिक वोल्टेज दमन (टीवीएस) डायोड अपेक्षाकृत सरल और सस्ती सर्किट सुरक्षा हैं। क्षणिक शॉर्ट सर्किट के मामले में, टीवीएस डायोड पीक वोल्टेज को उस स्तर तक "चुटकी" देता है जिसे जुड़ा हिस्सा झेल सकता है। जबकि टीवीएस डायोड अच्छी क्षणिक सुरक्षा प्रदान करते हैं, वे निरंतर ओवरवॉल्टेज घटनाओं के लिए आदर्श नहीं हैं। इन समस्याओं को हल करने के लिए, एन-चैनल MOSFET के साथ जोड़े गए ओवरवॉल्टेज सुरक्षा के समान एक अतिरिक्त सर्किट की आवश्यकता होती है। निरंतर ओवरवॉल्टेज घटना के दौरान, गार्ड इनपुट से लोड को डिस्कनेक्ट करने के लिए nMOSFET को ट्रिगर करता है, जिससे कनेक्टेड डाउनस्ट्रीम डिवाइस की ओवरलोडिंग को रोका जा सकता है। लेकिन टीवीएस डायोड, गार्ड और एनमॉस्फेट अभी भी सभी ओवरवॉल्टेज स्थितियों का सामना नहीं कर सकते हैं; कभी-कभी, यूएसबी केबल के आसपास शॉर्ट सर्किट हो जाता है। इस मामले में, सॉकेट का इंडक्शन बहुत कम है, जिससे वोल्टेज सुरक्षा उपकरण और nMOSFET की प्रतिक्रिया गति की तुलना में तेजी से बढ़ता है, इसलिए वोल्टेज वृद्धि समय को बढ़ाने के लिए अधिक क्लैंपिंग उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है, ताकि सुरक्षा उपकरण के पास पर्याप्त हो काटने का समय.

व्यापक सुरक्षा वस्तुतः यूएसबी-पीडी अनुप्रयोगों की लागत और जटिलता को बढ़ाती है, लेकिन सही घटकों का चयन करके इससे बचा जा सकता है। निर्माता अब एकीकृत उपकरणों की पेशकश शुरू कर रहे हैं जो टीवीएस डायोड, सुरक्षा और क्लैंप को एक ही पैकेज में एकीकृत करते हैं (एनएमओएसएफईटी को आमतौर पर एक अलग चिप के रूप में रखा जाता है), यूएसबी-पीडी सुरक्षा डिजाइन को सरल बनाते हुए पैसे और जगह की बचत होती है।

निष्कर्ष

सर्किट सुरक्षा कभी भी इलेक्ट्रॉनिक्स विकास का अंत नहीं होगी। हालाँकि, समाधान विकास इंजीनियरों को भौतिक क्षति को रोकने और लोगों को चोट या यहाँ तक कि मृत्यु से बचाने के लिए उचित सुरक्षात्मक उपाय करने का ज्ञान होना आवश्यक है। सर्किट सुरक्षा बीमा की तरह है; अधिक से अधिक, इसे एक बाद के विचार के रूप में देखा जा सकता है, और यहां तक ​​कि जब इसे जगह पर स्थापित किया जाता है, तो यह अक्सर पर्याप्त नहीं होता है। जबकि बीमा में कम निवेश से व्यवसाय के स्थिर संचालन को खतरा हो सकता है, अपर्याप्त सर्किट सुरक्षा से जीवन की हानि जैसे अधिक गंभीर परिणाम हो सकते हैं।


हम स्विसएयर उड़ान 111 के मामले में सर्किट सुरक्षा के महत्व को दर्शाते हैं, जो जॉन एफ से रवाना हुई थी। 2 सितंबर, 1998 को न्यूयॉर्क में कैनेडी अंतर्राष्ट्रीय हवाई अड्डा। उड़ान का संचालन 7-वर्षीय मैकडॉनेल डगलस एमडी-11 द्वारा किया गया था, जिसने हाल ही में अपनी इन-फ़्लाइट मनोरंजन (आईएफई) प्रणाली को उन्नत किया था। उड़ान भरने के 52 मिनट बाद अचानक कॉकपिट से धुआं निकलने लगा और चालक दल ने तुरंत आपातकालीन प्रतिक्रिया की घोषणा की, और हैलिफ़ैक्स, हवाई अड्डे पर वैकल्पिक रूप से जाने की कोशिश की, लेकिन कॉकपिट की छत की विद्युत नियंत्रण केबल के कारण आग नियंत्रण से बाहर हो गई और दुर्घटनाग्रस्त हो गई। नोवा स्कोटिया तट से 8 किमी दूर समुद्र में, सभी 215 यात्रियों और 14 चालक दल के सदस्यों की मौत हो गई।

दुर्घटना जांच में पाया गया कि नए IFE के एक खंड में उपयोग की गई सामग्री दुर्घटना का मुख्य कारण थी, और सामग्री, जो अग्निरोधक मानी जाती थी, जल गई और महत्वपूर्ण नियंत्रण रेखाओं तक फैल गई। हालाँकि यह निश्चित रूप से कहना असंभव है, लेकिन यह माना जाता है कि IFE तारों के बीच विद्युत चाप आग का कारण था। हालाँकि इन तारों में सर्किट ब्रेकर लगे होते हैं, लेकिन वे आर्किंग के कारण ट्रिप नहीं होते हैं। यह अपर्याप्त सर्किट सुरक्षा के कारण हुई 229 मौतों का सच्चा मामला है। ऐसे सर्किट अब आर्क फॉल्ट डिटेक्शन सुरक्षा से लैस हैं ताकि आर्क महसूस होने पर ट्रिप हो जाए (इसमें स्विच दबाने जैसे सामान्य ऑपरेशन से उत्पन्न आर्क शामिल नहीं है)।

यूएसबी-पीडी अधिक खतरा लाता है

हालाँकि स्विस एमडी - 11 इलेक्ट्रॉनिक विफलता के बजाय विद्युत विफलता के कारण होता है, लेकिन अब अधिक से अधिक सर्किट वोल्टेज और करंट के आर्क (और जीवन की आग को खतरे में डाल सकते हैं) उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त हैं, जैसे कि यूएसबी बिजली आपूर्ति का उन्नयन (यूएसबी - पीडी), यह 20 वी और 5 ए (अधिकतम 100 डब्ल्यू की शक्ति) तक उच्च वोल्टेज और करंट का समर्थन कर सकता है। यूएसबी टाइप-सी के 5V वोल्टेज और 3A करंट (15W) की तुलना में, यूएसबी-पीडी का अपग्रेड एक बड़ा सुधार है, लेकिन इससे खतरे की संभावना भी काफी बढ़ जाती है।

उच्च वोल्टेज और करंट से जुड़े जोखिमों के अलावा, यूएसबी टाइप-सी कनेक्टर और केबल के साथ उपयोग करने पर यूएसबी-पीडी अन्य समस्याएं पैदा कर सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यूएसबी टाइप-सी कनेक्टर की पिन स्पेसिंग केवल 0.5 मिमी है, जो टाइप-ए और टाइप-बी कनेक्टर का पांचवां हिस्सा है, इस प्रकार कनेक्टर की थोड़ी सी विकृति के कारण ए शॉर्ट सर्किट का खतरा बढ़ जाता है। डालना या हटाना. कनेक्टर के अंदर बनने वाली अशुद्धियाँ समान प्रभाव डाल सकती हैं। इसके अलावा, यूएसबी टाइप-सी की लोकप्रियता ने केबलों के महत्वपूर्ण विकास को भी जन्म दिया है, हालांकि कई केबल अभी भी 100W बिजली ले जाने में असमर्थ हैं, लेकिन उनकी पहचान नहीं की गई है। हालाँकि, ये संकेत सुरक्षा की गारंटी नहीं देते हैं; यदि उपभोक्ता एक अनिर्दिष्ट केबल का उपयोग करना चाहता है, तो इसे एक योग्य केबल की तरह आसानी से यूएसबी-पीडी सॉकेट में भी प्लग किया जा सकता है।

जब यूएसबी-पीडी का उपयोग उच्च वोल्टेज और धाराओं पर किया जाता है तो आर्क ही एकमात्र खतरा नहीं है। क्योंकि मुख्य बस पावर पिन कनेक्टर के अन्य पिनों के बहुत करीब है, एक शॉर्ट सर्किट आसानी से डाउनस्ट्रीम इलेक्ट्रॉनिक्स को 20V शॉर्ट सर्किट वोल्टेज जैसे पावर सर्ज के संपर्क में ला सकता है जो गलती का कारण बन सकता है। उदाहरण के लिए, एक मीटर लंबी यूएसबी केबल का इंडक्शन "दोलन" कर सकता है, जिससे पीक वोल्टेज 20V शॉर्ट-सर्किट वोल्टेज (कभी-कभी दोगुना अधिक) से बहुत अधिक हो जाता है। कुछ अनुप्रयोगों के लिए, ओवरवॉल्टेज से प्रभावित डाउनस्ट्रीम उपकरणों की विफलता सुरक्षा समस्याओं का कारण बन सकती है, क्योंकि वे उपकरण जो आमतौर पर केबलों के अधिकतम ऑपरेटिंग करंट और वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, क्षति के लिए सबसे अधिक संवेदनशील होते हैं।

पूर्ण सर्किट सुरक्षा

उच्चतम रेटेड करंट और वोल्टेज पर चलने पर यूएसबी-पीडी चाप उत्पन्न कर सकता है या घटकों को नुकसान पहुंचा सकता है, इसलिए यह नहीं कहा जा सकता है कि सुरक्षा सर्किट पूरी तरह से बेकार है। ऐसे अनुप्रयोगों में जहां यूएसबी-पीडी अधिकतम पावर मोड का अक्सर उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए पोर्टेबल कंप्यूटर बैटरी चार्ज करते समय, पूर्ण सर्किट सुरक्षा प्रदान की जानी चाहिए।

यूएसबी टाइप-सी सॉकेट के पिन और ग्राउंड के बीच स्थापित क्षणिक वोल्टेज दमन (टीवीएस) डायोड अपेक्षाकृत सरल और सस्ती सर्किट सुरक्षा हैं। क्षणिक शॉर्ट सर्किट के मामले में, टीवीएस डायोड पीक वोल्टेज को उस स्तर तक "चुटकी" देता है जिसे जुड़ा हिस्सा झेल सकता है। जबकि टीवीएस डायोड अच्छी क्षणिक सुरक्षा प्रदान करते हैं, वे निरंतर ओवरवॉल्टेज घटनाओं के लिए आदर्श नहीं हैं। इन समस्याओं को हल करने के लिए, एन-चैनल MOSFET के साथ जोड़े गए ओवरवॉल्टेज सुरक्षा के समान एक अतिरिक्त सर्किट की आवश्यकता होती है। निरंतर ओवरवॉल्टेज घटना के दौरान, गार्ड इनपुट से लोड को डिस्कनेक्ट करने के लिए nMOSFET को ट्रिगर करता है, जिससे कनेक्टेड डाउनस्ट्रीम डिवाइस की ओवरलोडिंग को रोका जा सकता है। लेकिन टीवीएस डायोड, गार्ड और एनमॉस्फेट अभी भी सभी ओवरवॉल्टेज स्थितियों का सामना नहीं कर सकते हैं; कभी-कभी, यूएसबी केबल के आसपास शॉर्ट सर्किट हो जाता है। इस मामले में, सॉकेट का इंडक्शन बहुत कम है, जिससे वोल्टेज सुरक्षा उपकरण और nMOSFET की प्रतिक्रिया गति की तुलना में तेजी से बढ़ता है, इसलिए वोल्टेज वृद्धि समय को बढ़ाने के लिए अधिक क्लैंपिंग उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है, ताकि सुरक्षा उपकरण के पास पर्याप्त हो काटने का समय.

व्यापक सुरक्षा वस्तुतः यूएसबी-पीडी अनुप्रयोगों की लागत और जटिलता को बढ़ाती है, लेकिन सही घटकों का चयन करके इससे बचा जा सकता है। निर्माता अब एकीकृत उपकरणों की पेशकश शुरू कर रहे हैं जो टीवीएस डायोड, सुरक्षा और क्लैंप को एक ही पैकेज में एकीकृत करते हैं (एनएमओएसएफईटी को आमतौर पर एक अलग चिप के रूप में रखा जाता है), यूएसबी-पीडी सुरक्षा डिजाइन को सरल बनाते हुए पैसे और जगह की बचत होती है।

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