Як рэгулятар μModule LTM4641 эфектыўна прадухіляе перанапружанне?

Прамежкавыя напругі шыны 24 ~ 28 В з'яўляюцца звычайнай з'явай у прамысловых, аэракасмічных і абарончых сістэмах, дзе паслядоўна падлучаныя батарэі могуць быць рэзервовай крыніцай харчавання, а архітэктура шыны 12 В, як правіла, непрактычная з-за страт размеркавання. Пашырэнне разрыву напружання паміж сістэмнай шынай і уваходамі сілкавання лічбавых працэсараў стварае праблемы пры праектаванні, звязаныя з пастаўкай харчавання, бяспекай і памерам рашэння.

На шчасце, рэгулятар LTM4641 μModule вырашае вышэйзгаданыя праблемы дзякуючы хуткай і надзейнай рэакцыі і аднаўленню, а таксама абароны ад перанапружання на ўваходзе. 

Гэтая публікацыя дасць вам падрабязнае ўвядзенне ў некаторыя праблемы, з якімі мы сутыкаліся ў мінулым, і адносныя рашэнні, у тым ліку некаторыя рызыкі, праблемы і праблемы галіны, з якімі мы сутыкнуліся. Калі вы сутыкнуліся або вас турбуюць гэтыя праблемы, вы можаце лепш даведацца, як іх вырашаць з дапамогай рэгулятара LTM4641 μModule, хоць гэты доля. Працягваем чытаць!

Абмен - гэта клопат!

змест

● Чаму традыцыйны DC/DC пераўтваральнік сутыкаецца з перанапружаннем Riск?

● Танныя падробленыя кампаненты выклікаюць дарагі галаўны боль

● Што павінна ўтрымліваць план па зніжэнні рызыкі?

● Якія недахопы традыцыйнай схемы аховы?

● Як рэгулятар LTM4641 дасягае хуткай і надзейнай рэакцыі і аднаўляеццаm Няспраўнасці?

● Часта задаваныя пытанні

● заключэнне

Чаму традыцыйны DC/DC пераўтваральнік сутыкаецца з рызыкай перанапружання?

Калі аднаступеньчаты неізаляваны паніжальны пераўтваральнік DC/DC выкарыстоўваецца ў кропцы нагрузкі, ён павінен працаваць з надзвычай дакладнымі часамі PFM/PWM. Уваходныя скокі могуць выклікаць нагрузку на пераўтваральнікі DC/DC, прадстаўляючы рызыку перанапружання для нагрузкі. 

Памылковыя або падробленыя кандэнсатары, уведзеныя ў вытворчасць, могуць прывесці да перападаў выхаднога напружання, якія перавышаюць намінальныя паказчыкі нагрузкі, што можа выклікаць шырока выкарыстоўваюцца мікрапрацэсары, такія як FPGA, ASIC загарэцца.

У залежнасці ад ступені пашкоджанні, асноўную прычыну можа быць цяжка знайсці. План па зніжэнні рызыкі перанапружання абсалютна неабходны, каб прадухіліць незадаволенасць кліентаў. 

Традыцыйныя схемы абароны ад перанапружання з выкарыстаннем засцерагальніка не абавязкова дастаткова хуткія і не надзейныя, каб абараніць сучасныя FPGA, ASIC і мікрапрацэсары, асабліва калі намінальнае напружанне на рэйках вышэй па плыні складае 24 або 28 В. Актыўная абарона на POL DC/DC неабходная. 

LTM4641-гэта паніжальны рэгулятар μModule® з рэгуляваннем напружання 38 В пастаяннага/пастаяннага току 10 В, які абараняе і аднаўляе шматлікія няспраўнасці, у тым ліку перанапружанне на выхадзе.

Важнасць дакладнага сінхранізацыі пераключальнікаў павялічваецца з павелічэннем уваходнага напружання і скокаў. Калі існуе вялікая дыферэнцыя паміж уваходным і выхадным напругай, камутацыйныя рэгулятары пастаяннага і пастаяннага току аддаюць перавагу перад лінейнымі рэгулятарамі з-за іх значна больш высокай эфектыўнасці. 

● Маржа на памылку рэгулятара DC/DC зніжана

Для дасягнення невялікага памеру рашэння лепшым выбарам з'яўляецца неізаляваны паніжальны пераўтваральнік, які працуе на досыць высокай частаце, каб скараціць патрабаванні да памеру магутнасці магнетыкі і фільтруюць кандэнсатараў. 

Аднак у прыкладаннях з вялікім паніжальным каэфіцыентам пераўтваральнік пераключэння пастаяннага/пастаяннага току павінен працаваць пры працоўных цыклах да 3%, патрабуючы дакладнага вызначэння часу ШІМ/ШІФ. 

Акрамя таго, лічбавыя працэсары патрабуюць жорсткага рэгулявання напружання і хуткая пераходная рэакцыя неабходна для падтрымання напружання ў бяспечных межах. Пры адносна высокіх уваходных напружаннях памяншаецца хібнасць у часе ўключэння верхняга бакавога перамыкача рэгулятара DC/DC.

Перапады напружання шыны, якія часта сустракаюцца ў аэракасмічнай і абароннай сферы, уяўляюць небяспеку не толькі для пераўтваральніка DC/DC, але і для нагрузкі. Пераўтваральнік DC/DC павінен быць разлічаны на рэгуляванне праз скокі перанапружання з дапамогай хуткага контуру кіравання, так што дасягаецца дастатковае адхіленне лініі. 

Калі пераўтваральнік DC/DC не можа рэгуляваць або перажыць скачок шыны, на нагрузку ўяўляецца перанапружанне. Няспраўнасці перанапружання таксама могуць узнікнуць, калі абыходныя кандэнсатары нагрузкі дэградуюць з узростам і тэмпературай, што прыводзіць да слабейшай рэакцыі пераходнай нагрузкі на працягу тэрміну службы канчатковага прадукту. 

● Кандэнсатары дэградуюць за межы канструкцыі контуру кіравання

Калі кандэнсатары дэградуюць за межы канструкцыі контуру кіравання, нагрузка можа падвяргацца перанапружанню з дапамогай двух магчымых механізмаў: 

Па-першае, нават калі контур кіравання застаецца стабільным, цяжкія пераходныя падзеі кроку нагрузкі будуць дэманстраваць больш высокія перапады напружання, чым чакалася на пачатку праектавання. 

Па -другое, калі контур кіравання стане ўмоўна стабільным (ці, што яшчэ горш, нестабільным), выходнае напружанне можа вагацца з пікамі, якія перавышаюць дапушчальныя межы. 

Кандэнсатары таксама могуць нечакана або заўчасна дэградаваць, калі выкарыстоўваецца няправільны дыэлектрычны матэрыял, або калі падробленыя кампаненты трапляюць у вытворчы паток.

Праектаванне і выпрабаванне высокавольтнага лінейнага блока харчавання Poewr (0 - 200 В)

Танныя падробленыя кампаненты выклікаюць дарагі галаўны больs

Падробленыя кампаненты на шэрым або чорным рынку могуць быць прывабнымі, але яны не адпавядаюць стандартам сапраўднага артыкула (напрыклад, іх можна перапрацаваць, перапрацаваць з электронных адходаў або вырабіць з няякасных матэрыялаў). Кароткатэрміновая эканомія становіцца велізарнай доўгатэрміновай выдаткай, калі падроблены прадукт выходзіць з ладу. Падробленыя кандэнсатары, напрыклад, могуць выйсці з ладу рознымі спосабамі. Праблемы ўключаюць у сябе: 

1. Было заўважана, што падробленыя танталавыя кандэнсатары падвяргаюцца ўнутранаму саманагрэву з механізмам станоўчай зваротнай сувязі да кропкі тэрмічнага разгону. 

2. Падробленыя керамічныя кандэнсатары могуць утрымліваць пашкоджаны дыэлектрычны матэрыял або некарысны дыэлектрычны матэрыял, што прыводзіць да паскоранай страты ёмістасці з узростам або пры падвышаных працоўных тэмпературах. 

3. Калі кандэнсатары катастрафічна выходзяць з ладу або зніжаюцца ў значэнні, каб выклікаць нестабільнасць контуру кіравання, формы сігналу напружання могуць стаць значна большымі па амплітудзе, чым першапачаткова распрацаваны, што пагражае нагрузцы. 

На жаль для галіны, падробленыя кампаненты ўсё часцей пранікаюць у ланцужкі паставак і вытворчасць электронікі, нават у самых адчувальных і бяспечных прыкладаннях. 

Даклад Камітэта ўзброеных сіл Сената ЗША (SASC), апублікаваны ў траўні 2012 года, выявіў шырока распаўсюджаныя падробленыя электронныя кампаненты ў ваенных самалётах і сістэмах узбраення, якія могуць паставіць пад пагрозу іх прадукцыйнасць і надзейнасць - сістэмы, пабудаваныя найвышэйшымі падрадчыкамі абароннай прамысловасці. 

У спалучэнні з павелічэннем колькасці электронных кампанентаў у такіх сістэмах - больш за 3,500 інтэгральных схем у новым Joint Strike Fighter - падробленыя кампаненты ўяўляюць небяспеку для прадукцыйнасці і надзейнасці сістэмы, якую больш нельга ігнараваць. 

Што павінна планаванне па змяншэнні рызыкі Contaў?

Любы план па зніжэнні рызыкі павінен улічваць, як сістэма будзе рэагаваць і аднаўляцца пасля стану перанапружання. Праблемы ў тым ліку: 

1. Ці дапушчальная магчымасць задымлення або пажару ў выніку няспраўнасці перанапружання? 

2. Ці будуць намаганні па вызначэнні першапрычыны і ажыццяўленню карэкціруючых дзеянняў перашкодзіць пашкоджанням у выніку няспраўнасці перанапружання? 

3. Калі б мясцовы аператар уключыў (перазагрузіў) зламаную сістэму, ці прывядзе яшчэ большая шкода для сістэмы яшчэ больш перашкодзіць намаганням па аднаўленні?

4. Які працэс і час неабходны для вызначэння прычыны няспраўнасці і аднаўлення нармальнай працы сістэмы?

Якія недахопы традыцыйнай схемы аховы?

A традыцыйная схема абароны ад перанапружання складаецца засцерагальніка, крэмніевага кіраванага выпрамніка (SCR) і стабілітрона (малюнак 1). Калі уваходнае напружанне сілкавання перавышае напружанне прабоя стабілітрона, SCR актывуецца, спажываючы дастатковую колькасць току, каб разгарнуць верхні засцерагальнік.

 Малюнак 1. Традыцыйная схема абароны ад перанапружання, якая складаецца з засцерагальніка, SCR і Zener дыёд

● Патрабуе шмат часу - Нягледзячы на ​​недарагі кошт, час водгуку гэтай схемы недастатковы для надзейнай абароны найноўшых лічбавых схем, асабліва калі ўверх шына харчавання з'яўляецца шынай прамежкавага напружання. Акрамя таго, аднаўленне ад перанапружання з'яўляецца інвазівным і займае шмат часу. 

● недахопs - Гэта простая схема адносна простая і недарагая, але ў гэтага падыходу ёсць і недахопы: Варыяцыі ў Напружанне прабоя стабілітрона（锚文本, 16px,蓝色, arial, 加粗,下划线）, парог спрацоўвання затвора SCR і ток, неабходны для перагарання засцерагальніка, прыводзяць да непаслядоўнага часу водгуку. Абарона можа спрацаваць занадта позна, каб прадухіліць трапленне небяспечнага напружання на нагрузку. 

● Шмат намаганняў, каб аднавіцца - Узровень намаганняў, неабходных для аднаўлення пасля няспраўнасці, высокі, уключаючы фізічнае абслугоўванне засцерагальніка і перазапуск сістэмы. Калі разгляданая рэйка напружання забяспечвае харчаванне лічбавага ядра, магчымасці абароны SCR абмежаваныя, паколькі падзенне наперад пры вялікіх токах супастаўна з напругай ядра апошніх лічбавых працэсараў або вышэй. 

З-за гэтых недахопаў традыцыйная схема абароны ад перанапружання не падыходзіць для сілкавання нагрузак з пераўтварэннем пастаяннага і пастаяннага току ад высокага напружання да нізкага напружання, такіх як ASIC або FPGA, кошт якіх можа складаць сотні, калі не тысячы даляраў.

Як рэгулятар LTM4641 дасягае хуткай і надзейнай рэакцыі і аднаўляецца пасля няспраўнасцяў?

Лепшым рашэннем было б дакладнае выяўленне непазбежнага перанапружання і хуткае адключэнне ўваходнага сілкавання пры разрадцы залішняй напругі на нагрузцы з нізкім супраціўленнем. Гэта магчыма з функцыямі абароны ў LTM4641. 

● Поўныя кампаненты для маніторынгу і абароны

У аснове прылады - паніжальны рэгулятар на 38 В, 10 А з катушкай індуктыўнасці, мікрасхемай кіравання, выключальнікамі харчавання і кампенсацыяй, якія змяшчаюцца ў адным пакеце для павярхоўнага мантажу. 

Ён таксама ўключае ў сябе шырокія схемы маніторынгу і абароны для абароны высокіх нагрузак, такіх як ASIC, FPGA і мікрапрацэсары. 

LTM4641 пастаянна сочыць за паніжаным напружаннем, перанапругай на ўваходзе, перагрэвам і выхадным перанапружаннем і токам і дзейнічае належным чынам для абароны нагрузкі. 

● Рэгуляваныя парогі спрацоўвання

Каб пазбегнуць ілжывага або заўчаснага выканання функцый абароны, кожны з гэтых кантраляваных параметраў мае ўбудаваную неўспрымальнасць да збояў і рэгулюемыя карыстальнікам парогі спрацоўвання, за выключэннем абароны ад перагрузкі па току, якая рэалізуецца надзейна, цыкл за цыклам з рэгуляваннем у рэжыме току. 

У выпадку выхаднога перанапружання LTM4641 рэагуе на працягу 500 нс пасля выяўлення няспраўнасці (малюнак 2).   

 

Малюнак 2. LTM4641 рэагуе на стан перанапружання ў межах 500 нс, абараняючы нагрузку ад напружання

Рашэнні для абароны LTM4641

● LTM4641 шустра і надзейна рэагуе на абарону наступных прылад, і, у адрозненне ад рашэнняў на аснове засцерагальнікаў, ён можа аўтаматычна скінуць і пераўзброіцца пасля таго, як стану няспраўнасці памяншаюцца. 

● LTM4641 выкарыстоўвае ўнутраны дыферэнцыяльны ўзмацняльнік для рэгулявання напружання на клемах харчавання нагрузкі, мінімізуючы памылкі, якія ўзнікаюць з-за синфазного шуму і перападаў напружання друкаванай платы паміж LTM4641 і нагрузкай. 

● Напружанне пастаяннага току на нагрузцы рэгулюецца з дакладнасцю лепш за ±1.5% па лініі, нагрузцы і тэмпературы. Гэта дакладнае вымярэнне выхаднога напружання таксама падаецца на кампаратар хуткага выхаднога перанапружання, які запускае функцыі абароны LTM4641. 

● Пры выяўленні стану перанапружання рэгулятар μModule хутка запускае некалькі адначасовых дзеянняў. Знешні MOSFET (MSP на малюнку 3) адключае уваходнае харчаванне, выдаляючы шлях высокага напружання ад рэгулятара і нагрузку высокага значэння. Іншы знешні MOSFET (MCB на малюнку 3) рэалізуе а нізкі функцыя лома, хутка разраджаючы байпасныя кандэнсатары нагрузкі (COUT на малюнку 3). 

● Убудаваны ў LTM4641 паніжальны рэгулятар DC/DC пераходзіць у стан адключэння і выдае сігнал аб няспраўнасці, пазначаны штыфтам HYST, які можа быць выкарыстаны сістэмай для ініцыявання паслядоўнасці адключэння і/або скіду сістэмы. Выдзеленае апорнае напружанне, незалежнае ад апорнага напружання контуру кіравання, выкарыстоўваецца для выяўлення няспраўнасці. Гэта забяспечвае ўстойлівасць да збояў у адной кропцы, калі спасылка цыкла кіравання выйдзе з ладу.

 Малюнак 3. План абароны ад перанапружання на выхадзе LTM4641. Значкі зонда адпавядаюць формам сігналу на малюнку 2

● Функцыі абароны LTM4641 падмацоўваюцца магчымасцямі аднаўлення збояў. У традыцыйнай схеме засцерагальніка ад перанапружання/SCR засцерагальнік выкарыстоўваецца для аддзялення крыніцы харчавання ад нагрузкі высокага значэння. Аднаўленне пасля няспраўнасці засцерагальніка патрабуе ўмяшання чалавека — кагосьці, хто мае фізічны доступ да засцерагальніка, каб выдаліць і замяніць яго, што прыводзіць да непрымальнай затрымкі ў аднаўленні няспраўнасці для высокіх часоў працы або аддаленых сістэм.

● У адрозненне ад гэтага, LTM4641 можа аднавіць нармальную працу пасля ліквідацыі няспраўнасці або шляхам пераключэння кантакту кіравання лагічным узроўнем або шляхам канфігурацыі LTM4641 на аўтаномны перазапуск пасля вызначанага перыяду чакання. Калі пасля таго, як LTM4641 аднаўляецца функцыянаванне, няспраўнасць зноў з'яўляецца, вышэйзгаданыя сродкі абароны неадкладна ўключаюцца, каб абараніць нагрузку.

Абарона ад перанапружанняў на ўваходзе LTM4641

У некаторых выпадках адной абароны ад перанапружання на выхадзе недастаткова, і патрабуецца абарона ад перанапружання на ўваходзе. Схема абароны LTM4641 можа кантраляваць уваходнае напружанне і актываваць свае функцыі абароны ў выпадку, калі будзе перавышаны зададзены карыстальнікам парог напружання. 

Калі меркаванае максімальнае уваходнае напружанне перавышае адзнаку модуля ў 38 В, абарона ад перанапружання на ўваходзе можа быць павялічана да 80 В, калі LTM4641 па-ранейшаму цалкам працуе, дадаўшы знешні высокавольтны LDO для падтрымання схемы кіравання і абароны (малюнак 4).

 

Малюнак 4. Абарона ад перанапружання на ўваходзе да 80 В з выкарыстаннем LTM4641 і вонкавага LDO

Часта задаюць пытанні

1. Пытанне: Якая роля рэгулятара?

A: Рэгулятар кантралюе ўсю сістэму, і яго асноўная адказнасць - забяспечыць адпаведнасць нарматыўнай базы.

2. Пытанне: у чым розніца паміж пераўтваральнікам пастаяннага / пастаяннага току і рэгулятарам?

A: DC/DC пераўтваральнікі рэгулююць электрычную магутнасць шляхам уключэння і выключэння камутацыйных элементаў (FET і інш.). З іншага боку, LDO рэгулятары рэгулююць падачу харчавання, кантралюючы супраціў уключэння FET. Пераўтваральнікі DC/DC адрозніваюцца высокай эфектыўнасцю пераўтварэння электраэнергіі з дапамогай пераключальнага кіравання.

3. Пытанне: Чаму вам патрэбен пераўтваральнік пастаяннага току?

A: DC-DC пераўтваральнік выкарыстоўваецца для памяншэння высокавольтнага ўваходнага пастаяннага току да нізкавольтнага выхаду пастаяннага току пэўнага канкрэтнага абсталявання. Яны таксама выкарыстоўваюцца для ізаляцыі некаторых вельмі адчувальных кампанентаў у ланцугу ад іншых кампанентаў у ланцугу, каб пазбегнуць якіх-небудзь пашкоджанняў.

4. Пытанне: Што такое рэгулятар напружання пастаяннага / пастаяннага току?

A: DC-DC пераўтваральнік - гэта электрычная сістэма (прылада), якая пераўтворыць крыніцы пастаяннага току (DC) з аднаго ўзроўню напружання ў іншы. Іншымі словамі, пераўтваральнік DC-DC прымае ў якасці ўваходу уваходнае напружанне пастаяннага току і выдае іншае пастаяннае напружанне. Пераўтваральнік DC-DC таксама называюць пераўтваральнікам DC-DC або рэгулятарам напружання.

заключэнне

Дзякуючы гэтай долі мы даведаемся аб праблемах і галіновых праблемах, а таксама адпаведных рашэннях у мінулым і як рэгулятар μModule LMT4641 вырашае іх. Ён спалучае ў сабе эфектыўны рэгулятар пастаяннага / пастаяннага току з хуткай і дакладнай схемай абароны ад перанапружання на выхадзе і эфектыўна прадухіляе рызыкі перанапружання. Як вы думаеце пра гэты прадукт? Пакіньце свае каментарыі ніжэй і раскажыце нам сваю ідэю!

Чытайце таксама

● Рэгулятары μModule скарачаюць памер блока харчавання і намаганні па распрацоўцы

● Як выявіць стабілітрон На аснове рэгулятараў напружання?

● Поўнае кіраўніцтва па рэгулятару LDO ў 2021 годзе

● Як LTC3035 LDO рэгулятар балансуе нізкае напружанне выпадзення і малы аб'ём?

Пакінь паведамленне 

спіс паведамленняў