Использование сложных электронных устройств и датчиков для улучшения и расширения производственных, механических и производственных процессов в промышленных приложениях возможно только в том случае, если все компоненты выживают в суровых условиях. Системы должны выдерживать жаркие, влажные и суровые условия, а также разрушительные электрические и магнитные поля.
Рис. 1. Электронные устройства и датчики для улучшения и расширения производственных, механических и производственных процессов.
Конкретные условия окружающей среды, в которых используется продукт, влияют на его характеристики. Такие характеристики следует указать в первую очередь.
Соображения о высоких температурах и температурах полупроводников
Высокие температуры являются основным фактором ухудшения состояния окружающей среды. Прохладный климат важен для эффективной работы электронного устройства. Микроклимат внутри вытяжки токсичен, температура окружающей среды редко опускается ниже 125 C. Датчики продуктов сгорания и выхлопных газов должны работать в жарких и тяжелых условиях. Высокотемпературная электроника должна составлять цепь управления, которая управляет исполнительными механизмами и датчиками.
При использовании в высокотемпературных средах электроника должна иметь активное или пассивное охлаждение, чтобы детали оставались в пределах их рабочих температур. Это непрактично в большинстве реальных ситуаций. Полупроводниковая невосприимчивость (IC) охватывает диапазон рабочих температур, защиту от сбоев, управление высокими электрическими шумами и электростатические разряды. Прочная конструкция является ключевым фактором для долгосрочной эксплуатации и позволяет получать надежный конечный продукт с хорошей репутацией. Долговечность является обязательным условием промышленной экосистемы, характеризующейся экстремальными условиями эксплуатации с температурой IC от —40 C до + 85 C. Ожидается, что эксплуатация при повышенных температурах сохранится, и в автомобильной промышленности в конечном итоге могут возникнуть рабочие температуры в диапазоне от —40 C до + 125 C.
Тепловые проблемы возникают, когда электронные устройства хранятся в герметичной промышленной среде. Устройства рассеивают тепло, и повышение температуры может повредить устройства, если с ними не обращаться должным образом. В регуляторах напряжения и силовых ИС для предотвращения таких сценариев используются тепловые выключатели. Выбор корпусов со сверхнизким тепловым сопротивлением помогает отводить тепло от устройства. Добавление алюминиевых тепловых трубок или радиаторов к этому корпусу обеспечивает меньшее тепловое сопротивление воздуху. Это снижает рабочую температуру, значительно улучшая ее долгосрочную надежность.
Управление переходами напряжения
Неправильная проводка или случайное короткое замыкание вызывают скачки напряжения на шнурах питания. Эти переходные процессы могут повредить цепи ниже по потоку, если входы останутся незащищенными. Простая и дискретная схема, состоящая из последовательного предохранителя с ограничителем переходного напряжения, диода (TVS), стабилитрона или металлооксидного варистора (MOV), обычно используется для защиты от большинства переходных процессов напряжения.
Более контролируемый подход к управлению перенапряжением и переходными процессами заключается в интеграции схемы реакции и защитного порога в ИС. Внутренние диоды и компараторы спроектированы в различных схемах защиты и контроля, чтобы каждый раз обеспечивать окончательный отклик. Некоторые ИС включают защиту от высокого напряжения для линий передачи данных. Устройство защиты от повреждений активируется при превышении нормального уровня напряжения линии передачи данных для защиты от повреждений. Хорошим примером является семейство мультиплексоров MAX4708. Для получения дополнительной информации о продуктах для подавления переходных напряжений.
Соображения по искробезопасности
Под искробезопасностью понимается разработанный метод взрывозащиты, который экранирует электрическую цепь. Искробезопасные системы ограничивают потребление энергии даже в случае множественных отказов. Эти барьеры предназначены для ограничения энергии, выделяемой в случае отказа компонента или кабеля. Цель — остановить возгорание. Некоторые рекомендации по искробезопасной конструкции описаны ниже.
Используемые батареи должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать ожидаемые условия окружающей среды. Утечка электролита должна быть как можно меньше, что может произойти в условиях сильного короткого замыкания.
Части аккумуляторов энергии, такие как конденсаторы, катушки и ферритовые шарики, могут быть чувствительны к соблюдению характеристик искрового зажигания. Доступная энергия, хранящаяся в них, должна быть ограничена, чтобы не было достаточно энергии для воспламенения взрывоопасной атмосферы. Герметизация используется для защиты цепей от искрового воспламенения.
Рис. 2. MOV, стабилитрон и TVS-диод (ограничитель переходных напряжений)
Комфортные покрытия
Конформные покрытия необходимы для повышения долговечности и надежности электронных компонентов. Продукт обеспечивает повышенную защиту от пыли, ударов, вибрации, химикатов, грязи, истирания, грибка, влаги и механических воздействий. Конформные покрытия включают: однокомпонентные УФ—отверждаемые составы, одно— и двухкомпонентные силиконы, одно— и двухкомпонентные эпоксидные смолы и специализированную экономичную латексную систему.
Степень защиты (IP) и рейтинги NEMA
Герметичный корпус предотвращает попадание воды или пыли. Замкнутый объем пространства используется для безопасного хранения электроники в суровых условиях. Контекстным стандартом является IEC 60529, как это определено Международной электротехнической комиссией (IEC). Этот стандарт определяет количество типов и степеней защиты, обеспечиваемых корпусом для своего электрического оборудования. Сам код IP имеет вид «IP XY», где числа X и Y обозначают защиту от проникновения твердых частиц и воды соответственно. Они обычно используются для приложений, которые подвергаются воздействию элементов, а также пыли или влаги. Типичные пользовательские отрасли включают морские нефтегазовые платформы, безопасность, освещение, отдых и пищевую промышленность.
Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) предлагает популярный стандарт защитных корпусов, аналогичный коду IP (IEC 60529). NEMA 250 охватывает более широкий диапазон тяжелых условий, чем код IP. Он также включает рейтинги, как небезопасные, так и безопасные, для помещений и на открытом воздухе. Такие условия включают попадание инородных тел (таких как пыль или волокна), воды и коррозионных агентов, включая различные газы и атмосферу. AE1360 является примером металлического корпуса IP66 NEMA 4 для электрических применений в суровых промышленных условиях. Для получения дополнительной информации о продуктах с рейтингом IP и NEMA.
Примечания к разъему
При выборе крепежа дизайнеры должны учитывать множество факторов, включая растворители, обледенение, температурные эффекты, воздействие соли, влаги, коррозии и грибка. Неправильный выбор может повлиять на целостность, производительность и время жизни приложения. При выборе муфт для тяжелых условий эксплуатации следует учитывать несколько факторов.
Коммуникационные протоколы критически важны для коммуникационных приложений. Разъемы несут различные сигналы, такие как последовательные интерфейсы RS232 или I2C, радиочастотные передачи, аудио— и видеосигналы, мощность или высокоскоростная передача данных. Следует учитывать уровень скорости передачи данных и характеристики. Что касается потребностей в энергии, проектировщик должен проверить требования к напряжению и току.
В эпоху миниатюризации требования к пространству высоки. Все современные приложения продолжают переходить на микросхемы и технологии, обеспечивающие расширенные функциональные возможности в малых форм—факторах. Инженеры—конструкторы должны тщательно выбирать разъемы, если это необходимо.
Другой вопрос — стиль наконечника. Муфты для тяжелых условий эксплуатации обеспечивают металлическое уплотнение при электрическом соединении. Это электрическое соединение достигается либо припаиванием разъема непосредственно к плате, либо через кабельный наконечник.
Разъемы должны защищать компоненты от всех лучей электромагнитных помех (EMI). Это излучение может либо попасть в коробку и затруднить работу устройства, либо выйти из коробки и помешать другим устройствам. Несколько специально подобранных разъемов с токопроводящей прокладкой и плакированными металлическими экранами обеспечивают оптимальную защиту от электромагнитных помех в суровых условиях.
Фитинги серии MRD являются отличным примером промышленных муфт для жестких условий окружающей среды, доступны в форм—факторах с 2, 3 и 4 позициями. Варианты корпусов включают в себя все пластиковые конструкции, а также металлические запорные корпуса для дополнительной прочности. Варианты монтажа на панели и кабельных наконечников доступны с защитой от прикосновения или без нее. Они обладают водонепроницаемостью /
пыленепроницаемостью IP67 и соответствуют требованиям охраны окружающей среды, здоровья и безопасности. Для получения дополнительной информации об этих продуктах щелкните здесь.
