Ako sa poškodia elektronické zariadenia?

Atmosférický výboj nie je len tok elektrického prúdu obrovských hodnôt, je to tiež séria iskier medzi kovovými štruktúrami a vodičmi v dôsledku silného elektrického poľa. Je to tiež elektromagnetický impulz, ktorý preniká všetkými neodstínovacími materiálmi.

Každý z uvedených faktorov ovplyvňuje zariadenie a môže spôsobiť jeho poškodenie:

1. Zvýšenie napätia zdroja alebo signálového napätia

Vyskytuje sa, keď iskra na jednom z vodičov spôsobí zvýšenie potenciálu medzi vodičmi. Zvýšené napätie spôsobuje, že cez elektronické komponenty preteká viac prúdu, čo zvyšuje stratu výkonu. V závislosti od schopnosti meniť energiu na teplo, času zvýšeného prúdu a použitých ochranných opatrení proti elektrostatickému náboju môžu byť elektronické komponenty poškodené alebo nie.

V diagrame vyššie sa nachádza iskra na jednom z napájacích vodičov alebo signálnom vedení. Toto spôsobuje mnohonásobné prekročenie nominálneho napätia (Un) a hodnoty prúdu (In) a hromadenie energie v komponentoch, ktorá nemôže byť vybíjaná do prostredia - v dôsledku toho sa elektronické komponenty prehrievajú. Vysoké napätie spôsobuje poruchu v komponentoch, čo vedie k skratu a v závislosti od prúdu sa môžu vypáliť aj plošné spoje. Potenciál iskry hľadajúcej cestu do zeme spôsobuje ďalšie iskry medzi mnohými komponentmi a dokonca aj jednotlivými zariadeniami, čo vedie k ďalšiemu poškodeniu.

2. Zvýšenie prúdu v signálnych rozhraniach

Počas výboja sa v zemi a na jej povrchu vytvára veľký prúdový náraz smerujúci k miestu úderu blesku, ktorý je výsledkom neutralizácie náboja medzi oblakmi a zemou. Tento efekt je známy ako krokové napätie alebo ako okamžitý potenciálny rozdiel medzi uzemnenými bodmi inštalácie. V závislosti na umiestnení zariadení, vzdialenosti medzi komponentami elektronického systému, zdrojmi napájania a miestnym uzemnením sa medzi nimi vytvára vyrovnávací prúdový impulz. V dôsledku väčšej zemnej odporu je tento prúdový impulz kompenzovaný vodičmi a komunikačnými rozhraniami pripojenými k nim, čo spôsobuje preťaženie a poškodenie.

3. Indukcia elektromagnetického pulzu v kábloch

Keď blesk zasiahne uzemnené káble alebo kovové konštrukcie, vytvorí sa veľmi silný magnetický impulz. Tento impulz sa vniká do iných káblov a indukuje elektrický impulz, jeho energia závisí od vzdialenosti od miesta výboja, typu kábla a spôsobu jeho usporiadania. Napäťový impulz predstavuje rovnaké nebezpečenstvo pre elektroniku, ako je opísané v bode 1 - vytvára dočasné zvýšenie napätia na napájacích a signálnych linkách. V dôsledku výbojov v oblakoch sa tiež naruší rovnováha elektrických nábojov v nadzemných vedeniach, čo spôsobuje náhle prúdy elektrického prúdu medzi zdrojom energie a príjemcami.

Elektronika za posledných 30 rokov prešla obrovským pokrokom v miniaturizácii. To prináša mnoho výhod, vrátane:

- Zvýšená výpočtová sila

- Zmenšenie rozmerov, umožňujúce mobilitu

- Nižšia spotreba energie a nižšie straty energie

- Menšia spotreba vzácnych materiálov

- Nižšie ceny elektronických zariadení

Zníženie počtu komponentov viedlo k výraznému zníženiu napätia zdroja a komunikačných rozhraní systémov s vysokým stupňom integrácie (výpočtové procesory, DSP, PLD, pamäť). Procesory v 90. rokoch minulého storočia boli zvyčajne napájané 5V a dočasný prebytok 1V boli tolerované. V súčasnosti systémy s vysokým stupňom integrácie napájajú napätím dokonca nižším ako 1V a jeho zvýšenie o 1V spôsobuje veľmi rýchle poškodenie.

Ďalším aspektom je veľmi malý rozmer a vysoká hustota komponentov na elektronickom obvode, čo znamená, že dočasné zvýšenie strateného výkonu počas prenapätia nemôže byť účinne odvádzané ako teplo. V dôsledku toho aj mierne zvýšenie dodávaného výkonu spôsobuje poškodenie elektroniky. Diagram nižšie ukazuje stupeň miniaturizácie za posledných 30 rokov na základe rezistorov - stupeň miniaturizácie integrovaných obvodov je niekoľkokrát väčší, čo naznačuje nízku toleranciu moderných elektronických zariadení na bleskové výboje.

Celý obsah tohto článku spolu s fotkami je majetkom spoločnosti Ewimar Sp. z o.o. a je právne chránený. Zákaz kopírovania a zdieľania časti alebo celku,
alebo použitie v publikáciách a verejných prezentáciách.