Защита от перенапряжения 5 вольт

Вот что сразу скажу — большинство думает, что защита пятивольтовых цепей это про USB-зарядки. А на деле чаще горит котельная автоматика, где датчики тяги идут именно на 5V.

Почему именно 5 вольт?

Сейчас почти вся слаботочка перешла на микроконтроллеры. ESP8266, STM32 — все они требуют стабильных 5V. Но если в лаборатории с этим проблем нет, то в промусловиях...

Помню случай на хлебозаводе — поставили датчики влажности с выходом 5V. Через месяц половина сгорела. Оказалось, при включении компрессоров холодильных установок скачки до 40V в сети 220V пробивали БП.

Тут важно не путать — защита от перенапряжения 5 вольт это не про варисторы на 380V. Нужны TVS-диоды именно на низкое напряжение, но с быстрым срабатыванием.

Что выбирают ошибочно

Часто берут варисторы на 275V — мол, защитим всю линию. Но они срабатывают при 430-450V, а за это время импульс уже убьёт микросхему.

Ещё хуже, когда ставят только предохранитель. Он сработает после того, как компонент уже сгорит. Это как закрывать дверь после ухода вора.

Правильный путь — каскадная защита. Сначала варистор на вводе 220V, потом уже защита именно пятивольтовой линии.

Практика в щитовом производстве

На нашем производстве в ООО Юэцин Сутун Электрооборудование сначала тоже учились на ошибках. В 2018 году собирали щиты для котельной — поставили стандартные БП без дополнительной защиты.

Через полгода начались звонки — платы управления горят. Стали разбираться — проблема в наводках от силовых кабелей, проложенных рядом с сигнальными.

Сейчас на https://www.sutong.ru в разделе слаботочных щитов всегда указываем опцию защита от перенапряжения 5 вольт как обязательную для промприменения.

Конкретные компоненты

Для быстрого гашения импульсов используем TVS-диоды SMAJ5.0A. Важно — не 5.0CA (биполярные), а именно униполярные для DC-цепей.

Но один диод не панацея. В схему добавляем дроссель перед стабилизатором — он сглаживает высокочастотные помехи.

Для особо ответственных узлов ставим газоразрядники на землю. Хотя это уже для случаев, когда возможны грозовые перенапряжения.

Монтажные тонкости

Самая частая ошибка — длинные выводы TVS-диодов. Если ножки по 2-3 см — вся защита бесполезна, импульс пройдёт быстрее, чем сработает диод.

Припаивать нужно вплотную к защищаемому компоненту. И обязательно проверять мультиметром после пайки — бывает, перегревают и диод выходит из строя.

В щитах, которые мы собираем в Юэцине, для пятивольтовых линий всегда отдельная земляная шина — не та, что для силовых цепей.

Полевые случаи

Был интересный случай на насосной станции — защита срабатывала раз в две недели без видимых причин. Оказалось, при запуске мощных насосов возникали электромагнитные помехи в кабелях, проложенных в общем лотке с силовыми.

Пришлось перекладывать сигнальные кабели экранированными с заземлением экрана с двух сторон. После этого проблема исчезла.

Кстати, экран нельзя заземлять через одну точку — для высокочастотных помех это не работает.

Что в итоге

Сейчас при проектировании любых систем с микроконтроллерами сразу закладываем защиту. Даже если заказчик говорит, что это лишние расходы.

Опыт показывает — ремонт обходится дороже, чем превентивная защита. Особенно когда дело касается промоборудования, где простой стоит тысяч рублей в час.

На сайте www.sutong.ru в описании щитов управления всегда акцентируем на этом внимание. Потому что знаем — лучше один раз правильно сделать, чем потом разбираться с последствиями.