วิธีการเลือกและปรับใช้ IsoMOV สำหรับการปราบปรามแรงดันไฟกระชากสูงสุดด้วยพื้นที่น้อยที่สุด

ในขณะที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีเพิ่มมากขึ้นและกฎระเบียบที่ควบคุมความปลอดภัยของผู้ใช้มีวิวัฒนาการ นักออกแบบกำลังมองหาตัวเลือกที่จะปรับปรุงการปกป้องอุปกรณ์ในขณะที่ลดต้นทุนและพื้นที่ในบอร์ด ปัญหาคือการป้องกันวงจรเป็นเหมือนการประกัน: อาจดูเหมือนเป็นค่าใช้จ่ายที่ไม่จำเป็นจนกว่าจะมีความจำเป็น การป้องกันนี้จำเป็นต่อความคลาดเคลื่อนภายในและภายนอกที่หลากหลาย รวมทั้งสถานการณ์ไฟฟ้าลัดวงจรภายในและภายนอก กระแสไฟเกิน และไฟกระชากแรงดันไฟกระชาก เหตุการณ์เหล่านี้สามารถปิดการใช้งานระบบชั่วคราวหรือถาวร สร้างความเสียหายให้กับระบบ ส่วนประกอบภายใน หรือโหลด และยังส่งผลเสียต่อผู้ใช้อีกด้วย

ไม่มีโซลูชันการป้องกันใดที่ใช้ได้กับข้อบกพร่องและสถานการณ์ทั้งหมด ตัวอย่างเช่น เมื่อพูดถึงการใช้การป้องกันแรงดันไฟเกิน (OVP) crowbar เช่น ท่อปล่อยก๊าซ (GDTs) มักจะดีกว่าสำหรับการป้องกันความผิดปกติในระยะยาว ในขณะที่แคลมป์ เช่น วาริสเตอร์ของโลหะ (MOV) เหมาะสมกว่าสำหรับการป้องกันเหตุชั่วคราว อย่างไรก็ตาม GDT ต้องทนรับปัญหาจาก "กระแสค้าง" และ MOV อาจล้มเหลวอย่างถาวรและสามารถเข้าถึงอุณหภูมิสูงที่เป็นอันตรายได้เนื่องจากการหนีจากความร้อน การใช้ส่วนประกอบทั้งสองที่เชื่อมต่อกันเป็นชุดในแนวทางไฮบริดจะชดเชยปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้ แต่วิธีการนี้จะทำให้เค้าโครงของบอร์ดซับซ้อนและเพิ่มต้นทุน จำเป็นต้องมีความก้าวหน้าในการออกแบบเพื่อขจัดการที่ไม่สามารถแก้ปัญหานี้อย่างเด็ดขาดได้

บทความนี้อธิบายถึงความสำคัญของการป้องกัน OVP และแนวทางต่าง ๆ ในการบรรลุเป้าหมาย จากนั้นจึงแนะนำเทคโนโลยี IsoMOV ซึ่งรวมเอาประโยชน์ของ GDT และ MOV ไว้ในอุปกรณ์เครื่องเดียวที่มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและไม่มีกระแสไฟตกค้าง จากนั้นจะแนะนำอุปกรณ์ตัวอย่างจาก Bourns Inc. อธิบายลักษณะเด่นของพวกมัน และแสดงวิธีการเลือกและใช้งานเพื่อการป้องกันที่มีประสิทธิภาพ ประสิทธิผล และต้นทุนต่ำ

การปกป้องมีหลายมุมมอง

ไม่มีโซลูชัน "หนึ่งเดียวสำหรับทุกอย่าง" สำหรับการป้องกันวงจรและระบบ มีเหตุผลสองประการ: ประการแรก มีข้อผิดพลาดและเหตุการณ์หลายประเภทซึ่งจำเป็นต้องมีการป้องกัน ประการที่สอง ขนาดและระยะเวลาของสภาวะความผิดปกติจะกำหนดประเภทและความทนทานของการป้องกันที่จำเป็น

ท่ามกลางสถานการณ์ความผิดพลาดทั่วไปหลายประการ ได้แก่:

• กระแสเกิน ที่โหลดดึงกระแสมากเกินไปเนื่องจากความผิดปกติภายนอก ไฟฟ้าลัดวงจร หรือความล้มเหลวของส่วนประกอบภายใน (รวมถึงการที่ฉนวนไม่ทำงาน)
• แรงดันไฟเกิน ที่ส่วนหนึ่งของระบบถูกเน้นด้วยแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไปเนื่องจากการเชื่อมต่อผิดพลาด
• ความร้อน ที่ส่วนประกอบมีความร้อนสูงเกินไปเนื่องจากการออกแบบไม่ดี การจัดการระบายความร้อนไม่เพียงพอ หรือความร้อนแวดล้อมมากเกินไป
• อุปกรณ์ล้มเหลว ที่ส่วนประกอบภายในล้มเหลวซึ่งนำไปสู่สถานการณ์กระแสเกิน/แรงดันไฟเกินซึ่งทำให้ส่วนประกอบอื่นหรือโหลดเสียหาย

ข้อผิดพลาดมักมีผลที่ตามมานอกเหนือจากผลกระทบหรือแม้แต่สร้างความเสียหายให้กับระบบ เนื่องจากอาจส่งผลให้เกิดอันตรายจากไฟฟ้าช็อตต่อผู้ใช้ได้

Crowbar และแคลมป์สำหรับป้องกันไฟกระชาก

สภาวะความผิดปกติที่ท้าทายที่สุดในวงจรทั้ง AC และ DC คือไฟกระชากแรงดันไฟเกิน ซึ่งเรียกว่าเหตุการณ์แรงดันไฟเกินชั่วคราว (TOV) ชีพจรหรือสไปค์สั้น ๆ นี้มักเกิดจากการถูกฟ้าผ่าหรือการสลับไฟฟ้าในบริเวณใกล้เคียง ซึ่งส่งกระแสไฟที่เป็นอันตรายเข้าไปในอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) สองประเภทกว้าง ๆ ใช้เพื่อจัดการกับเหตุการณ์แรงดันไฟเกินและ TOV: crowbar และแคลมป์ (โปรดทราบว่าบางครั้งคำเหล่านี้ใช้แทนกันได้ในการสนทนาแบบ "ไม่เป็นทางการ" แต่ไม่เหมือนกัน)

โดยย่อ crowbar กลายเป็นไฟฟ้าลัดวงจรข้ามเส้นที่ได้รับการป้องกัน จึงเปลี่ยนกระแสไฟกระชากและกระแสลงกราวด์ ป้องกันไม่ให้ถึงวงจร (รูปที่ 1) ชะแลงถูกกระตุ้นให้เข้าสู่โหมดอิมพีแดนซ์ต่ำเมื่อเกิดสถานการณ์แรงดันไฟเกิน

หมายเหตุด้านที่น่าสนใจ: คำว่า "crowbar" ที่คาดคะเนมาจากการกระทำของคนงานในอุตสาหกรรมในยุคแรก ๆ ของกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะโยนชะแลงโลหะจริงข้ามแถบพลังงานและบัสภาคพื้นดินเมื่อเกิดสถานการณ์ไฟฟ้าแรงสูงเกิน

รูปที่ 1: เมื่อฟังก์ชันการป้องกันของ crowbar เริ่มทำงาน มันจะกลายเป็นเส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำระหว่างเส้นที่ป้องกันกับกราวด์ ดังนั้นจึงเปลี่ยนไฟกระชากแรงดันไฟเกินลงกราวด์ (ที่มาของภาพ: Bourns, Inc.)

crowbar อยู่ในโหมดอิมพีแดนซ์ต่ำจนกว่ากระแสไฟจะลดลงต่ำกว่า "กระแสไฟจับ" ซึ่งจะทำให้กลับสู่สถานะการทำงานปกติที่มีอิมพีแดนซ์สูง ต้องสามารถจัดการกับกระแสที่ไหลผ่านได้ในระยะเวลาที่แหล่งจ่ายอยู่ในสถานะแรงดันไฟเกิน

ในทางตรงกันข้าม แคลมป์ ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินระดับที่ตั้งไว้ล่วงหน้า (รูปที่ 2) เมื่อแรงดันไฟชั่วขณะถึงระดับจำกัดที่อุปกรณ์หนีบได้รับการจัดอันดับ มันจะยึดแรงดันไฟไว้จนกว่าความผิดปกติจะดับลง ซึ่งเมื่อถึงเวลานั้นสายจะกลับสู่โหมดการทำงานปกติ เป็นสิ่งสำคัญที่แรงดันไฟฟ้าหนีบที่กำหนดจะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานปกติ

รูปที่ 2: ตรงกันข้ามกับ crowbar แคลมป์จำกัดแรงดันไฟเกินให้เป็นค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (ที่มาของภาพ: Bourns, Inc.)

แคลมป์นำกระแสไฟเพียงเพียงพอที่จะรักษาแรงดันไฟไว้บนแคลมป์ให้อยู่ในค่าที่ปลอดภัยและต้องการ ขณะที่ค่าทรานเซียนท์อยู่เหนือแรงดันการนำไฟฟ้าของแคลมป์ ปัจจุบันนี้ แม้ว่าจะมีขนาดเล็ก แต่ก็สามารถนำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัยบางอย่างที่ต้องแก้ไข และอาจต้องมีการป้องกันเพิ่มเติม ซึ่งเป็นปัญหาที่จะกล่าวถึงต่อไปด้านล่าง ต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับกำลังที่จะสูญเสียไปในช่วงเวลาหนึ่ง ซึ่งมักจะเป็นเหตุการณ์ชั่วคราวที่ค่อนข้างสั้น

การนำฟังก์ชัน OVP ไปใช้

เนื่องจาก crowbar และแคลมป์เป็นอุปกรณ์ป้องกันที่สำคัญ จึงจำเป็นที่จะต้องมีความเรียบง่าย เชื่อถือได้ และมีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่เข้าใจกันดีและสม่ำเสมอ ด้วยวิธีนี้ พวกมันจะเหมือนกับฟิวส์ที่กระตุ้นด้วยความร้อน ซึ่งเป็นส่วนประกอบป้องกันกระแสเกินแบบคลาสสิกที่มักใช้เป็นชั้นการป้องกันเพิ่มเติม

อุปกรณ์ crowbar: อุปกรณ์ crowbar ที่พบบ่อยที่สุดคือ GDT ซึ่งเป็นช่องประกายไฟที่สร้างขึ้นอย่างระมัดระวังและวัดขนาดในตัวเรือนแบบสุญญากาศซึ่งบรรจุก๊าซเฉื่อย ในการทำงานปกติ ก่อนเกิดเหตุการณ์ TOV ดูเหมือนแนวต้านที่แทบจะไม่มีที่สิ้นสุด (ภาพที่ 3) อย่างไรก็ตาม เมื่อแรงดันไฟเกินเกิดขึ้นและเกินแรงดันการออกแบบของ GDT แก๊สจะแตกตัวเป็นไอออนและท่อจะ "กะพริบ" เหมือนกับช่องว่างประกายไฟ และเปลี่ยนจากอิมพีแดนซ์สูงเป็นอิมพีแดนซ์ต่ำมาก การเปลี่ยนแปลงนี้จะทำให้สายขาดชั่วคราวจนกว่าข้อผิดพลาดจะดับลง

รูปที่ 3: GDT เป็นอุปกรณ์ spark-gap ที่ซับซ้อนซึ่งดำเนินการเฉพาะเมื่อแรงดันไฟฟ้าข้ามขั้วของมันเกินกว่าค่าการออกแบบเท่านั้น จนกระทั่งถึงตอนนั้น ดูเหมือนวงจรเปิดที่เกือบจะสมบูรณ์แบบ (ที่มาของภาพ: Bourns, Inc.)

GDT มักใช้ในวงจร DC วงจรโทรคมนาคม และวงจรสัญญาณ ซึ่งทั้งหมดนี้มีกระแสไฟฟ้าค่อนข้างต่ำที่หนึ่งแอมป์หรือน้อยกว่า โปรดทราบว่าตรงกันข้ามกับ GDT อันน่าทึ่งที่เห็นในภาพยนตร์ GDT สำหรับการกระชากระดับต่ำเป็นส่วนประกอบขนาดเล็กที่หุ้มไว้บนบอร์ดพีซี และมองไม่เห็นประกายไฟวาบไฟแฟลช GDT ที่เล็กกว่านั้นมีการให้คะแนนตั้งแต่ 75 ถึง 600 โวลต์ อันที่ใหญ่กว่านั้นมีการให้คะแนนเป็นพันโวลต์ ปัญหาอย่างหนึ่งของ GDT คือกระแสที่ตามมา (หรือที่เรียกว่ากระแสค้าง) ซึ่งเป็นกระแสที่ยังคงไหลต่อไปแม้หลังจากข้อบกพร่องนั้นดับไปแล้ว

อุปกรณ์แคลมป์: สองตัวเลือกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับการหนีบคือไดโอดป้องกันแรงดันไฟชั่วคราว (PTVS) และวาริสเตอร์ของโลหะออกไซด์ (MOV) ซึ่งทั้งคู่ใช้กันทั่วไปสำหรับการป้องกันกระแสไฟสูงในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรง มอเตอร์ สายสื่อสาร และวงจรตรวจจับ (รูปที่ 4). MOV สามารถใช้ได้กับระดับแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่หลายสิบถึงมากกว่าหนึ่งพันโวลต์

รูปที่ 4: วาริสเตอร์ของโลหะออกไซด์ (และตัวป้องกันแรงดันไฟชั่วขณะ) ให้แรงดันแคลมป์ที่ครอบคลุมช่วงการออกแบบที่กว้าง (ที่มาของภาพ: Bourns, Inc.)

โดยทั่วไปแล้ว MOVs จะทำกระแสไฟฟ้ารั่วไหลในปริมาณเล็กน้อย แม้ว่าจะมีแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ซึ่งต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ปกติเล็กน้อย หาก MOV มีแรงดันไฟกระชากเกินพิกัด ความเสียหายถาวรอาจเกิดขึ้นได้ซึ่งทำให้กระแสไฟรั่วเพิ่มขึ้น แม้ว่ากระแสไฟนี้โดยปกติจะมีค่าเพียงไม่กี่มิลลิแอมแปร์ แต่ก็สามารถทำให้เกิดอันตรายจากไฟฟ้าช็อตได้ในบางสถานการณ์

นอกจากนี้ ความร้อนในตัวจะเกิดขึ้นภายใน MOV หากกระแสไฟรั่วนี้สูงเพียงพอ เมื่อมีการเชื่อมต่อ MOV อย่างต่อเนื่องผ่านสายไฟ AC ความร้อนในตัวเองนี้สามารถสร้างผลตอบรับเชิงบวกได้ โดยที่กระแสไฟรั่วที่สูงขึ้นจะนำไปสู่ความร้อนในตัวเองที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะนำไปสู่กระแสไฟรั่วที่สูงขึ้นไปอีก การกระชากที่ตามมาสามารถเร่งวงจรนี้ได้

ในบางจุด MOV จะเข้าสู่โหมดระบายความร้อนซึ่งสร้างความร้อนจำนวนมากและทำลาย MOV ในบางสถานการณ์ ความร้อนที่เกิดจาก MOV สามารถกลายเป็นแหล่งกำเนิดประกายไฟ (PIS) ที่อาจเกิดขึ้นและทำให้วัสดุใกล้เคียงติดไฟได้ ผลกระทบนี้จะต้องได้รับการพิจารณาและจัดการกับความปลอดภัยขั้นพื้นฐานและมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย

โซลูชัน OVP ที่ดีกว่า

เพื่อจัดหาโซลูชัน OVP ซึ่งแทบไม่มีกระแสรั่วไหลและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น นักออกแบบมักใช้การจัดเรียงแบบสององค์ประกอบ วิธีการแบบไฮบริดนี้รวมอุปกรณ์สองชิ้นที่ไม่ต่อเนื่องกัน: GDT และ MOV ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม (รูปที่ 5) ที่มีเส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าเทียบกับเวลา (รูปที่ 6)

รูปที่ 5: แนวทางไฮบริดในการเชื่อมต่อ GDT และ MOV แบบอนุกรมเป็นโซลูชัน OVP ที่มีประสิทธิภาพมากกว่า (ที่มาของภาพ: Bourns, Inc.)

รูปที่ 6: การตอบสนองกับเวลาของการจัดเรียง GDT + MOV แบบไฮบริดแสดงให้เห็นว่าการรวมคุณลักษณะการตอบสนองพื้นฐานของแต่ละอุปกรณ์เข้าด้วยกันอย่างไร (ที่มาของภาพ: Bouns, Inc.)

นี่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการให้อุปกรณ์แต่ละเครื่องชดเชยข้อบกพร่องที่เป็นไปได้ของอุปกรณ์อื่น ๆ อย่างไรก็ตาม มีค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับแนวทางนี้:

• ต้องใช้อสังหาริมทรัพย์แผงวงจรมากขึ้น
• รายการวัสดุ (BOM) มีส่วนประกอบอื่นเพิ่มเข้าไป

ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือเค้าโครงแผงวงจรในพื้นที่ของ MOV และ GDT นั้นซับซ้อนโดยข้อกำหนดที่ขับเคลื่อนโดยกฎข้อบังคับซึ่งกำหนดระยะการคืบคลานขั้นต่ำและระยะการกวาดล้าง โดยที่:

• ระยะห่างคือระยะทางที่สั้นที่สุดในอากาศระหว่างสองส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า
• Creepage คือระยะทางที่สั้นที่สุดตามพื้นผิวของวัสดุฉนวนที่เป็นของแข็งระหว่างสองส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

ปัญหาคือระยะการกวาดล้างและระยะคืบหน้าจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟ ด้วยเหตุนี้ การจัดวางส่วนประกอบ MOV และ GDT จึงเพิ่มข้อบังคับและข้อจำกัดอื่น ๆ ในการรวมองค์ประกอบในการจัดวางบอร์ด

เพื่อช่วยนักออกแบบจัดการกับค่าใช้จ่าย พื้นที่ และปัญหาด้านกฎระเบียบ Bourns, Inc. ได้พัฒนาIsoMOV ชุดของส่วนประกอบการป้องกันแบบไฮบริด ตระกูลนี้นำเสนอโซลูชันทางเลือกที่รวมทั้ง MOV และ GDT ไว้ในแพ็คเกจเดียว โดยให้ฟังก์ชันการทำงานที่เทียบเท่ากับ MOV และ GDT แบบแยกเป็นชุด (รูปที่ 7)

รูปที่ 7: แผนผังสัญลักษณ์สำหรับ IsoMOV (ขวา) แสดงให้เห็นว่าเป็นการควบรวมกิจการของสัญลักษณ์มาตรฐานแต่ละรายการของ GDT (กลาง ซ้าย) และ MOV (บนและล่าง ซ้าย) (ที่มาของภาพ: Bourns, Inc.)

การดูโครงสร้างของ IsoMOV แสดงให้เห็นว่าไม่ได้เป็นเพียงบรรจุภัณฑ์ร่วมที่ชัดเจนและเรียบง่ายของ MOV และ GDT ในกล่องหุ้มที่ใช้ร่วมกันเพียงกล่องเดียว (รูปที่ 8)

รูปที่ 8: โครงสร้างทางกายภาพของ IsoMOV เป็นการทำให้เกิดฟังก์ชันไฮบริดที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง แทนที่จะเป็นเพียงการจัดแพคเกจร่วมกันของอุปกรณ์ทั้งสองที่มีอยู่ (ที่มาของภาพ: Bourns, Inc.)

หลังจากประกอบแกนแล้ว ตะกั่วจะประสานเข้าด้วยกัน และตัวเครื่องเคลือบด้วยอีพ็อกซี่ ผลลัพธ์ที่ได้คือแพ็คเกจ MOV ของดิสก์เรเดียลแบบที่คุ้นเคยกันดี ซึ่งมีความหนาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าอุปกรณ์ทั่วไปที่มีระดับใกล้เคียงกัน (ภาพที่ 9) นอกจากนี้ เนื่องจากการออกแบบเทคโนโลยีเมทัลออกไซด์ที่อยู่ระหว่างการจดสิทธิบัตร ส่วนประกอบ IsoMOV จึงมีพิกัดกระแสไฟที่สูงกว่าสำหรับขนาดเดียวกัน ทั้งการลงโทษทางด้านขนาดและปัญหาการคืบคลาน/การกวาดล้างจะถูกตัดออกไป

รูปที่ 9: แพ็คเกจดิสก์ตะกั่วในแนวรัศมีของ IsoMOV ดูเหมือน MOV มาตรฐาน เว้นแต่จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าและมีพิกัดกระแสไฟที่สูงกว่า MOV ที่เทียบเท่าเพียงอย่างเดียว (ที่มาของภาพ: Bourns, Inc.)

IsoMOV เป็นมากกว่า "สิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก" เนื่องจากมีข้อดีอื่น ๆ ในการออกแบบ ความล้มเหลวของ MOV โดยทั่วไปจะมีลักษณะเฉพาะที่เรียกว่า "รูไฟกระชาก" ที่ขอบของพื้นที่ที่เป็นโลหะ ซึ่งมักเกิดจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นภายใน MOV ระหว่างไฟกระชาก เทคโนโลยี EdgMOV ที่เป็นเอกลักษณ์ของ Bourns ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดหรือขจัดโหมดความล้มเหลวนี้อย่างมาก

การดูแบบจำลอง IsoMOV หนึ่งรุ่นให้ข้อมูลเชิงลึกที่ละเอียดยิ่งขึ้น ISOM3-275-B-L2 มีพิกัดแรงดันใช้งานต่อเนื่องสูงสุด (MCOV) ที่ 275 โวลต์ ค่าเฉลี่ยของรูทกำลังสอง (rms)/350 โวลต์ดีซี; อัตรากระแสในการปฏิบัติงานคือ 3 กิโลแอมป์ (kA)/15), การปฏิบัติงาน (สูงสุด) 6 kA/1 สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือความจุต่ำที่ 30 picofarads (pF) ที่ 20 กิโลเฮิรตซ์ (kHz) ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับสายข้อมูลความเร็วสูง และมีการรั่วไหลต่ำต่ำกว่า 10 ไมโครแอมป์ (µA)

บทบาทของมาตรฐาน

วิศวกรออกแบบต้องใช้การป้องกันไฟกระชาก (และอื่น ๆ ) ในรูปแบบต่าง ๆ ด้วยเหตุผลหลายประการตั้งแต่การออกแบบอย่างรอบคอบไปจนถึงการได้รับคำสั่งจากมาตรฐานข้อบังคับต่าง ๆ มาตรฐานเหล่านี้บางส่วนเป็นมาตรฐานสากลและนำไปใช้กับอุปกรณ์ใด ๆ ที่ตรงตามสถานการณ์การทำงานทั่วไป เช่น การทำงานของสายไฟ AC ส่วนอื่น ๆ จะใช้เฉพาะกับการใช้งานบางประเภท เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์ ในบรรดาองค์กรกำหนดมาตรฐาน ได้แก่ UL, IEEE และ IEC; มาตรฐานหลาย ๆ อย่าง “สอดคล้อง” และด้วยเหตุนี้จึงเหมือนกันหรือเกือบเท่ากัน

มาตรฐานทั้งหมดเหล่านี้มีความซับซ้อนโดยได้รับมอบอำนาจมากมาย พวกเขายังรวมถึงข้อยกเว้นที่เรียกขั้นตอนหรือคุณลักษณะที่สามารถกำจัดได้ในบางสถานการณ์ เช่นเดียวกับข้อกำหนดเพิ่มเติมที่ต้องเพิ่มในส่วนอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น ทั้ง IEC 60950-1, “อุปกรณ์เทคโนโลยีสารสนเทศ – ความปลอดภัย” และ UL/IEC 62368-1 และ “มาตรฐานอุปกรณ์เทคโนโลยีเสียง/ภาพ สารสนเทศ และการสื่อสาร - ส่วนที่ 1: ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย” (ซึ่งแทนที่ IEC 60950-1 ในปี 2020) กำหนดให้แรงดันไฟฟ้าของ MOV อย่างน้อย 125% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของอุปกรณ์ ด้วยเหตุนี้ แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของ MOV ต้องมีอย่างน้อย 300 โวลต์ rms สำหรับวงจรไฟหลัก 240 โวลต์ rms

พิจารณากรณีทั่วไปของปลั๊กสายไฟ AC ซึ่งมาในรุ่นสองและสามขา ตามทฤษฎีแล้ว รุ่นสามสายให้กราวด์เพื่อความปลอดภัย แต่ในทางปฏิบัติ กราวด์นั้นมักจะไม่ได้เชื่อมต่อหรือไม่พร้อมใช้งาน การขาดการเชื่อมต่อสายดินเพื่อความปลอดภัยของโลกอย่างแท้จริงสามารถนำไปสู่สภาวะที่อาจเป็นอันตรายได้เมื่อมีเฉพาะสายไฟที่ร้อนและเป็นกลางเท่านั้น ในกรณีดังกล่าว จำเป็นต้องเพิ่มส่วนประกอบป้องกันในการออกแบบเพื่อป้องกันไฟฟ้าช็อตที่อาจเกิดขึ้นได้ หากผู้ใช้สัมผัสชิ้นส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งควรจะต่อสายดินแต่ไม่ได้ต่อสายดิน อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ กระแสรั่วไหลของ MOV จำนวนเล็กน้อยอาจกลายเป็นอันตรายจากไฟฟ้าช็อตได้

วิธีแก้ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดในการป้องกันกระแสรั่วไหลของ MOV ไม่ให้กลายเป็นอันตรายนี้คือการวาง GDT อย่างน้อยหนึ่งชุดในอนุกรมด้วย MOV (รูปที่ 10) เมื่อใช้อุปกรณ์ IsoMOV ฟังก์ชันของทั้ง MOV และ GDT จะรวมอยู่ในแพ็กเกจเดียวที่ประหยัดพื้นที่ ดังนั้น IsoMOV จึงเป็นส่วนประกอบในการแก้ปัญหาซึ่งทำให้การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่เรียกโดย UL/IEC 62368-1 ง่ายขึ้น

รูปที่ 10: เพื่อขจัดอันตรายจากแรงกระแทกของผู้ใช้อันเนื่องมาจากกระแสไฟรั่วที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในแอปพลิเคชันที่ไม่ได้ลงกราวด์ อุปกรณ์สองชิ้น—MOV และ GDT— สามารถวางเป็นชุดระหว่างสายไฟ AC ที่ร้อนและเป็นกลาง (ที่มาของภาพ: Bourns, Inc.)

รูปที่ 11: ทางเลือกอื่นสำหรับการใช้ MOV และ GDT แต่ละรายการคือการใช้อุปกรณ์ IsoMOV เครื่องเดียว ส่งผลให้ประสิทธิภาพเท่าเดิมหรือดีกว่า โดยให้โซลูชันโดยรวมที่เล็กกว่ามาก (ที่มาของภาพ: Bourns, Inc.)

บทสรุป

วิศวกรมักได้รับมอบหมายให้ตัดสินใจว่าโซลูชันใด "ดีที่สุด" ในกรณีส่วนใหญ่ มีข้อแลกเปลี่ยนที่ไม่มีคำตอบง่าย ๆ เพียงข้อเดียว โดยทั่วไป เมื่อพูดถึงการป้องกันแรงดันไฟเกิน crowbar จะดีกว่าสำหรับกรณีปัญหาในระยะยาว ในขณะที่แคลมป์เหมาะสำหรับเหตุการณ์ชั่วคราวมากกว่า อย่างไรก็ตาม การใช้อุปกรณ์ทั้งสองจะเป็นการเพิ่มขนาดพื้นที่และความซับซ้อนของเลย์เอาต์ของบอร์ด

แต่อย่างไรก็ตาม ในตอนนี้เราไม่จำเป็นต้องยอมประณีประนอมอีกต่อไป IsoMOV ของ Bourns ให้อายุการใช้งานยาวนานกว่า MOV เพียงอย่างเดียว แต่ยังไม่มีปัญหาที่ตามมาของ GDT ในปัจจุบัน อุปกรณ์นี้ให้การป้องกันไฟกระชากและแรงดันไฟเกินที่ตรงตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องทั้งหมดในพื้นที่ขนาดเล็ก นอกจากนี้ กระแสไฟรั่วต่ำยังช่วยลดปัญหาที่ตามมา ในขณะที่ความจุต่ำมากทำให้เหมาะสำหรับการป้องกันวงจรไฟฟ้าแรงต่ำและความเร็วสูง