«Экстрим» – миф или реальность?
28.07.2005 | khomya

Уже несколько лет будоражит умы сетестроителей Екатеринбургская схема «грозозащиты» – «Экстрим». Мне как инженеру электронной техники, проработавшему большую часть жизни в лаборатории полупроводниковых соединений Института Прикладной Физики Академии Наук МССР, было интересно разобраться в принципе работы этой схемы. Тем более что сам занимаюсь построением аналогичных устройств. К большому сожалению, все попытки диалога с одним из авторов (nag) разработки (а может и не с автором) на его форуме ни к чему не привели. Полное его нежелание предоставить схему этой разработки и привести номиналы элементов ставят много вопросов. Его ответы чаще всего состояли из замечаний или явных отговорок. Все что удалось получить на этот момент это несколько фотографий и схему. Причем, что интересно, в ходе обсуждения принципов работы схемы на форуме, сама схема постоянно модифицировалась самими авторами. Проверить их правоту, можно только сравнивая фотографии печатных плат устройства с его схемой. Вот с чего все начиналось: Фото устройства – Рис.1 и Рис.2. и принципиальная схема опубликованная авторами – Рис.3.

Рис.1. Внешний вид устройства
Рис.1. Внешний вид устройства

Рис.2. Внешний вид устройства
Рис.2. Внешний вид устройства

Рис.3. Принципиальная схема устройства
Рис.3. Принципиальная схема устройства

Идея авторов заключалась в следующем: использовать повсеместно известную схему устройства защиты производства компании АРС, но доработать ее следующим образом.

  1. Подать на выпрямительные мосты в диагональ которого включен защитный диод – супрессор (suppressor) небольшое запирающее напряжение. При этом по мнению авторов, у запертого p-n перехода уменьшается емкость перехода и как следствие снижается влияние этой емкости на полезный сигнал проходящий по витой паре. 
  2. Отказаться от разрядника соединяющего супрессор с землей (в оригинальной схеме) и заменить его мощным супрессором, исходя видимо из того, что это более быстродействующее, чем разрядник устройство. По мнению авторов разрядник снижает надежность устройства защиты. 
  3. Использовать для подачи смещения на защитный диод, безтрансформаторный блок питания. Кроме того блок питания выполненный по безтрансформаторной схеме удешевляет стоимость конструкции. 

Изучив схему и фотографию находим некоторые несоответствия. Прежде всего это отсутствие развязывающих конденсаторов в сигнальных цепях С1 – С4. Видимо у авторов было желание развязать гальванически линию от активного оборудования, но вносимые в сигнал затухания вынудили их отказаться от этой идеи (или, что более возможно, эта идея пришла им позже, когда устройство уже было на потоке). Далее на фото виден супрессор D11 стоящий в диагонали диодного моста. Он действительно вещь бесполезная, т. к. параллельно ему подключены последовательно соединенные D12 и D13, средняя точка которых идет на землю. Бесполезная потому, что супрессор D11 рассчитан на напряжение 73 вольта, а супрессоры D12 и D13 расчитаны на 33 вольта каждый (по словам соавтора схемы). Ясно, что при напряжении 66 вольт они откроются, а напряжение 73 вольта на них может появиться только в случае сгорания (или обрыва) одного из них. Кроме того, если в диагоналях мостов стоит супрессор на 33+33=66 вольт, то получается, что на вход наших устройств может попасть импульс размахом 68 вольт (66 вольт падение на супрессорах и по 1 вольту на диодах в каждом плече моста)! Это какой чип выдержит такой импульс? Размах сигнала в линии равен 6 вольт, поэтому практически все производители в диагональ моста включают супрессор на 6,8 вольт (но никак не на напряжение в десять!!! раз большее). Значит «Экстрим» совершенно беззащитен от дифференциальной помехи на входе.
Сама идея замены разрядника супрессором (для «слива» статики на землю) видимо, основана на скорости срабатывания этих устройств. В справочниках указаны скорости десятки пс. Насколько мне известно у газонаполненных разрядников скорость срабатывания составляет ~ 0,1 мкс, а у супрессоров реально ~ те же 0,1 мкс или 100 нс. (что неоднократно получалось на стендах, вместо десятков пикосекунд декларированных по описаниям). Надо отметить, что у разрядника в момент «пробоя» его сопротивление снижается практически до 0. При этом мощность, выделяемая на разряднике в момент пробоя очень невилика. Супрессор же по сути мощный, быстродействующий стабилитрон. В момент пробоя напряжение на его выводах не менее, чем напряжение наступления пробоя (см. Рис.4).

Рис.4. ВАХ супрессора и разрядника
Рис.4. ВАХ супрессора и разрядника

При этом мощность, рассеивающаяся на супрессоре в десятки раз выше, чем на разряднике. Так как дифференциальная наводка на витой паре имеет небольшую мощность, супрессор с этим броском справляется прекрасно. Это используется практически всеми защитами промышленного производства. А вот мощность пробоя вызванного статическим электричеством, накопившимся на линии на несколько порядков выше. Супрессор при этом работает в нехарактерном для него режиме (поддерживая на своих выводах напряжение не ниже напряжения стабилизации при очень большом импульсном токе), что может вызвать выход его из строя. Кстати сами авторы «Экстрима» подтвердили случаи выходы из строя этого прибора (супрессора).
Следующий момент это блок питания для «подпирания» выпрямительных диодов. Авторы собрали его по безтрансформаторной схеме. Ток от этого блока питания необходим мизерный, не более тока утечки закрытого p-n перехода у супрессора. Но на выходе блока питания должен быть ограничитель этого напряжения иначе, супрессор может просто открыться. В качестве этих ограничителей в схеме стоят стабилитроны D10 и D14 (см. рис. 3). Вроде все правильно, но если приглядеться, то мы увидим, что D10 и D14 включены параллельно D12 и D13! Получается, что D11 запаралелен с D12 и D13, а они в свою очередь запаралелены с D10 и D14. Со слов одного из авторов супрессоры D11 на напряжение 73 вольта, D12 и D13 на напряжение 33 вольта. Так кто и что стабилизирует, а кто и что защищает? Даже неспециалисту ясно, что стабилизатором для блока питания будет являтся наиболее низковольтный супрессор. При этом через этот супрессор будет протекать максимально возможный ток, который только может выдать блок питания (зависит от емкости конденсаторов в цепи 220 вольт). На это замечание авторы сказали, что схема, приведенная в их статье, сильно устарела и была приведена следующая схема (см. Рис.5).

Рис.5. Новая схема устройства
Рис.5. Новая схема устройства

Сравним ее с современной фотографией «Экстрима» (см. Рис.6).

Рис.6. Фотография современного устройства
Рис.6. Фотография современного устройства

На ней отсутствуют «задублированные» стабилитроны из блока питания. Но возникают несколько вопросов. Так как сеть 220 вольт всегда соединена одним из проводов с землей (нулевым проводом), то напряжение на проводе соединяющем емкости С5, С6 достигает половинного напряжения сети 110 вольт (относительно земли). Ток блока питания ограничен только емкостью конденсаторов, (по заявлению авторов емкости К73-17-630-0,068). Этот ток будет течь через супрессоры D13 и D14 (обозначения по схеме приведенной на рис. 5.). При отсутствии земли это напряжение будет присутствовать на парах нашего UTP кабеля. Далее так нелюбимый авторами «Экстрима» закон Ома. Не знаю величину тока выдаваемого их блоком питания, но отлично знаю, что появившийся в схеме светодиод (D10 изображенный на рис. 5, кстати перепутаны анод с катодом) для нормальной работы требует прохождения через себя тока 10 мА – 20 мА. Зачем светодиод понадобился в этой конструкции? Все понятно из схемы, он просто является индикатором работы блока питания устройства. Значит, блок питания должен обеспечить этот ток! Раз он такой ток обеспечивает, то этот ток протекает через супрессор D14 (обозначения по схеме приведенной на рис. 5.). Далее все мы со школы помним формулу мощности Р=IxU. Супрессор D14 со слов автора на 33 вольта, а ток находится в пределах от 10 мА до 20 мА. Получаем, что мощность, выделяемая на супрессоре в обычном режиме (нет грозы и нет статики) составляет от 0,33 Вт до 0,66 Вт. Надеюсь, читатели знают, для чего мощные полупроводниковые приборы устанавливают на радиаторы. Чтобы они сохраняли свою работоспособность на заявленных их производителями токах. Для сравнения можно отметить, что мощные диоды типа Д232 могут без радиатора рассеять всего несколько ватт. Зачем авторам понадобилось вводить свой супрессор, выполненный в пластиковом корпусе, в такой жесткий режим работы? Видимо очередная ошибка…
 Многие ошибочно считают, что газонаполненный разрядник между землей и устройствами «грозозащиты» (сделанными по схеме идентичной схеме компании АРС) должен быть на напряжение не меньше, чем 110 вольт. Предлагаю посмотреть ТТХ устройства промышленного производства Data Line Protector фирмы Suhner. Напряжение пробоя разрядников используемых в этой защите – 90 вольт.

Просмотров новости: 4 433  <, , >


  • Сергей

    Добрый день! Я являюсь разработчиком и идеологом систем грозозащит, которые выпускает «Экстрим»

    Меня зовут Сергей Геннадиевич, с интересующими вас вопросами можете обращаться по эл. адресу:
    serg@extrim.it

-->