Brugen af sofistikerede elektroniske apparater og sensorer til forbedring og udvidelse af fremstillings-, bearbejdnings- og produktionsprocesser i industrielle applikationer er kun mulig, hvis alle komponenter overlever det vanskelige miljø. Systemer skal modstå varme, fugtige og barske forhold og destruktive elektriske og magnetiske felter.

De specifikke miljøforhold, hvor et produkt anvendes, påvirker dets specifikationer. Sådanne specifikationer skal bestemmes i starten. Vanskelige forhold i industrielle anvendelser inkluderer partikelindtrængning, ekstrem temperatur, fysisk påvirkning, elektrostatisk afladning (ESD), elektromagnetisk interferens (EMI) og vibrationer. Alle disse forhold, hvis de ikke er markeret, vil ødelægge elektronisk udstyr over tid. Denne artikel diskuterer kritiske designovervejelser i et hårdt industrielt miljø.

Hård temperatur og termisk overvejelse af halvleder

Høje temperaturer bidrager væsentligt til et straffende miljø. Et køligt klima er en nødvendighed for effektiv driftsydelse for elektroniske enheder. Mikroklimaet inde i kølerhjelmen er giftigt, hvor omgivelsestemperaturen sjældent falder til under 125°C. Forbrændings- og udstødningsgassensorer skal fungere i opvarmede, barske omgivelser. Elektronik ved høj temperatur skal udgøre kontrolkredsløbet, der administrerer aktuatorer og sensorer.

Når det bruges i miljøer med høj temperatur, skal elektronik have aktiv eller passiv køling for at holde dele inden for deres respektive driftstemperaturområder. Dette er upraktisk i de fleste virkelige situationer. Halvleder (IC) robusthed inkluderer driftstemperaturområde, fejlbeskyttelse, styring af høj elektrisk støj og ESD. Robusthed er en afgørende præstationsfaktor for en udvidet operation og opnår et velrenommeret, pålideligt slutprodukt. Holdbarhed er et must i et industrielt økosystem præget af ekstreme driftsforhold med IC-temperaturer, der svinger et sted mellem -40°C og +85°C. Drift med forhøjet temperatur er kommet for at blive, og bilindustrien kan i sidste ende være vidne til arbejdstemperaturer mellem -40°C og +125°C.

Termiske problemer dukker op, når elektroniske enheder opbevares i et lufttæt industrielt indendørs miljø. Enhederne spreder varme, og stigende temperaturer vil beskadige enheder, hvis de forvaltes forkert. Spændingsregulatorer og strøm-IC'er bruger termiske nedlukninger for at forhindre et sådant scenario. Valg af pakker med super lave varmeimpedanser hjælper med at overføre varme væk fra enheden. Tilsætningen af aluminiumsvarmerør eller kølelegemer til det pågældende tilfælde giver en lavere varmeimpedansvej til luft. Dette reducerer driftstemperaturen, hvilket forbedrer dens langsigtede pålidelighed.

Håndtering af spændingstransienter

Forkert ledningsføring eller utilsigtede kortslutninger skaber spændingstransienter på strømforsyningsledningerne. Disse transienter kan beskadige nedstrøms kredsløb, hvis indgangene forbliver ubeskyttede. Et simpelt og diskret kredsløb, der består af en seriens sikring med en Transient-Voltage Suppressor (TVS)-diode eller Zener-diode eller Metal Oxide Varistors (MOV) bruges generelt til at beskytte mod de fleste spændingstransienter.

MOV-, Zener-diode og TVS-diode
Figur 1: MOV-, Zener-diode og TVS-diode (spændingstransientdæmper)

En mere kontrolleret tilgang til styring af overspænding og forbigående hændelser er at integrere reaktionskredsløbet og beskyttelsestærsklen i en IC. Interne dioder og komparatorer er designet til flere beskyttelses- og overvågnings-IC'er for at sikre et definitivt svar hver gang. Et par IC'er inkluderer højspændingsfejlsikring for datalinjer. En fejlsikringsenhed låses fast, når normale datalinjespændingsniveauer overskrides for at beskytte sig mod skader. Et godt eksempel er MAX4708 multiplexer-familien. Klik her for at få flere oplysninger om forbigående spændingsdæmperprodukter.

Overvejelse om egensikkerhed

Egensikkerhed henviser til en designet eksplosionsbeskyttelsesmetode, der afskærmer det elektriske kredsløb. Egensikre systemer begrænser energi, selv når der er flere fejltilstande. Disse barrierer bruges til at begrænse den udledte energi, hvis en komponent eller ledninger svigter. Målet er at stoppe antændelse. Et par anbefalinger til egensikkerhedsdesign er beskrevet i det følgende indhold.

Brugte batterier skal være tilstrækkeligt robuste til at overleve forventede miljøforhold. Der bør være minimal elektrolytlækage, hvilket kan ske under svære kortslutningsmiljøer.

Energilagrende dele som kondensatorer, induktorer og ferritperler kan være sårbare over for overholdelse af gnisttændingsparametre. Den lagrede tilgængelige energi i dem skal begrænses, så der ikke er tilstrækkelig energi til at antænde en eksplosiv atmosfære. Indkapsling bruges til at beskytte kredsløb mod enhver chance for gnistantænding.

Konforme belægninger

Konforme belægninger er vigtige for at forbedre den langsigtede ydeevne og pålidelighed af elektroniske enheder. Produktet tilbyder forbedret beskyttelse mod støv, stød, vibrationer, kemikalier, snavs, slid, svampe, fugt og mekanisk belastning. Konforme belægninger inkluderer: en del UV-hærdende formuleringer, en og to-delt silikoner, en og to-delt epoxy og et specialiseret, omkostningseffektivt latexsystem. For at lære mere om sikkerhedstip i barske industrielle miljøer skal du downloade e-bogen The Ultimate Guide to Harsh Environment Ratings & Design.

Indtrængningsbeskyttelse (IP) og NEMA-ratings

Et lukket kabinet bruges til at forhindre indtrængen af vand eller støv. Det lukkede rumfang bruges til at opbevare elektronik i barske miljøer. Den kontekstuelle standard er IEC 60529 som defineret af Den Internationale Elektrotekniske Kommission (IEC). Denne standard angiver antallet af typer og beskyttelsesgrader, som et kabinet giver dets elektriske udstyr. Selve IP-koden har formen "IP XY", hvor cifrene X og Y angiver beskyttelse mod henholdsvis partikelindtrængning og vand. De bruges ofte til applikationer, der udsættes for elementerne sammen med støv eller fugt. Typiske brugerindustrier inkluderer marine, offshore olie- og gasplatforme, sikkerhed, belysning, fritid og fødevareforarbejdning.

National Electrical Manufacturers Association (NEMA) tilbyder en populær beskyttende kapslingsstandard svarende til IP-kode (IEC 60529). NEMA 250 dækker en bredere sweep af barske forhold end IP-koden. Det inkluderer også klassificeringer, både farlige og ikke-farlige, til indendørs og udendørs placeringer. Sådanne forhold inkluderer indtrængen af fremmedlegemer (som støv eller fibre), vand og ætsende stoffer, herunder forskellige gasser og atmosfærer. AE1360 er et eksempel på IP66, NEMA 4 metalkabinet til elektrisk brug i et hårdt industrielt miljø. Klik her for at få flere oplysninger om IP- og NEMA-klassificeringsprodukter.

Metalkabinetter
Figur 2: Metalkabinet, IP66, NEMA 4, elektrisk/industrielt, stål, 600 mm, 600 mm, 350 mm, IP66

Overvejelser til stik

Designere skal tage højde for flere faktorer som indflydelse af temperatur, opløsningsmidler, glasur, salteksponering, fugt, korrosion og svamp under valg af stik. Et forkert valg kan påvirke applikationens integritet, ydeevne og levetid. Et par faktorer skal overvejes, når du vælger stik til barske miljøer.

Kommunikationsprotokoller er en vigtig overvejelse for kommunikationsapplikationen. Stik bærer forskellige signaler som RS232- eller I2C-serielle grænseflader, RF-transmissioner, lyd- og videosignaler, strøm eller højhastighedsdatakommunikation. Niveauet for datahastigheder og karakteristika bør tages i betragtning. Når det kommer til strømbehov, skal designeren kontrollere spændings- og strømkravene.

Pladsbehov er krævende i miniaturiseringens æra. Alle moderne applikationer skifter fortsat til chips og teknologier, der giver avancerede funktioner inden for små formfaktorer. Designteknikere skal være omhyggelige med at vælge stik efter behov.

Afslutningsstil er en anden overvejelse. Stik i barske omgivelser giver metalforsegling sammen med en elektrisk forbindelse. Denne elektriske forbindelse opnås ved at lodde stikket direkte på kortet eller gennem en kabelafslutning. Stik skal beskytte komponenter mod al elektromagnetisk interferens (EMI) stråling. Denne stråling kan enten passere ind i kassen og hindre enhedens funktionalitet eller forlade kassen og forstyrre andre enheder. Et par specielt valgte stik monteret med en ledende pakning og forgyldte metalskaller sikrer optimal EMI-ydeevne i barske miljøer.

Stik i MRD-serien er et glimrende eksempel på stikkene i industrielt hårdt miljø, der fås i 2, 3 og 4 positionsformfaktorer. Husmuligheder inkluderer alle plastkonstruktioner såvel som metallåselegemer for større holdbarhed. Panelmonterings- og kabeltermineringsmuligheder er tilgængelige med eller uden fingerbeskyttelse. De er IP67 vand/støvtætte og opfylder miljø-, sundheds- og sikkerhedskrav. Klik her for at få flere oplysninger om stik-produkter.

MRD-serie stik til hårdt miljø
Figur 3: MRD-serie stik til hårdt miljø

Hold dig informeret


Hold dig opdateret med de nyeste oplysninger og eksklusive tilbud!

Tilmeld dig nu

Databeskyttelse & Fortrolighedspolitik

Tak for din tilmelding

Godt klaret! Du er nu en del af en elitegruppe, der modtager de nyeste oplysninger om produkter, teknologier og applikationer direkte i din indbakke.

Tekniske ressourcer

Artikler, e-bøger, webinarer og meget mere.
Holder dig opdateret med innovationer.