Kaip LTM4641 μModulio reguliatorius efektyviai apsaugo nuo viršįtampio?

Tarpinė 24 V ~ 28 V vardinė magistralės įtampa yra įprasta pramoninėse, aviacijos ir gynybos sistemose, kur nuosekliai sujungtos baterijos gali būti atsarginis maitinimo šaltinis, o 12 V magistralės architektūra dažniausiai yra nepraktiška dėl paskirstymo nuostolių. Didėjantis įtampos tarpas tarp sistemos magistralės ir skaitmeninių procesorių maitinimo įvesties kelia projektavimo iššūkių, susijusių su energijos tiekimu, sauga ir sprendimo dydžiu.

Laimei, LTM4641 μModule reguliatorius išsprendžia aukščiau minėtas problemas, nes greitai ir patikimai reaguoja ir atkuria, taip pat įvesties viršįtampių apsaugą. 

Ši dalis suteiks jums išsamų įvadą į kai kurias problemas, su kuriomis susidūrėme praeityje, ir atitinkamus sprendimus, įskaitant kai kurias rizikas, iššūkius ir pramonės problemas, su kuriomis susidūrėme. Jei jus vargina arba vargina šios problemos, galite geriau išmokti jas išspręsti naudodami LTM4641 μModule reguliatorių. Skaitykime toliau!

Dalijimasis yra rūpestis!

Turinys

● Kodėl tradicinis DC/DC keitiklis susiduria su viršįtampiu Risk?

● Pigūs padirbti komponentai sukelia brangų galvos skausmą

● Ką turėtų sudaryti rizikos mažinimo planas?

● Kokie yra tradicinės apsaugos grandinės trūkumai?

● Kaip LTM4641 reguliatorius greitai ir patikimai reaguoja ir atsikuriam Gedimai?

● Dažnai užduodami klausimai

● Išvada

Kodėl tradicinis DC/DC keitiklis susiduria su viršįtampio rizika?

Jei apkrovos vietoje naudojamas vienpakopis neizoliuotas žeminamas DC/DC keitiklis, jis turi veikti itin tiksliai nustatydamas PFM/PWM. Įvesties viršįtampio įvykiai gali apkrauti nuolatinės srovės/nuolatinės srovės keitiklius ir sukelti viršįtampio riziką apkrovai. 

Gamyboje naudojami klaidingi arba padirbti kondensatoriai gali sukelti išėjimo įtampos svyravimus, viršijančius apkrovos nominalus, galinčius sukelti plačiai naudojami mikroprocesoriai, tokie kaip FPGA, ASIC užsidegti.

Atsižvelgiant į žalos mastą, gali būti sunku rasti pagrindinę priežastį. Viršįtampio rizikos mažinimo planas yra būtinas norint išvengti klientų nepasitenkinimo. 

Tradicinės apsaugos nuo viršįtampio schemos, kuriose naudojamas saugiklis, nebūtinai yra pakankamai greitos ar pakankamai patikimos, kad apsaugotų šiuolaikinius FPGA, ASIC ir mikroprocesorius, ypač kai prieš srovę įeinančios įtampos bėgis yra 24 V arba 28 V nominalioji įtampa. Būtina aktyvi apsauga POL DC/DC. 

„LTM4641“ yra 38 V įtampos 10A DC/DC mažinimo „μModule®“ reguliatorius, kuris apsaugo nuo daugelio gedimų, įskaitant išėjimo viršįtampį, ir juos pašalina.

Tikslaus perjungiklio laiko svarba didėja esant įvesties įtampai ir viršįtampiams Kai yra didelis skirtumas tarp įvesties ir išėjimo įtampų, perjungiamiesiems DC/DC reguliatoriams teikiama pirmenybė, o ne linijiniams reguliatoriams dėl jų daug didesnio efektyvumo. 

● DC/DC reguliatoriaus klaidos riba yra sumažinta

Norint pasiekti mažą tirpalo dydį, geriausias pasirinkimas yra neizoliuotas žemyn esantis keitiklis, veikiantis pakankamai aukštu dažniu, kad sumažėtų jo galios magnetikos ir filtro kondensatorių dydžio reikalavimai. 

Tačiau didelio laipsnio sumažinimo koeficiento taikymo srityse nuolatinės srovės/nuolatinės srovės perjungimo keitiklis turi veikti iki 3%darbo ciklo, reikalaujant tikslaus PWM/PFM laiko. 

Be to, skaitmeniniams procesoriams reikalingas griežtas įtampos reguliavimas greitas trumpalaikis atsakas reikalinga tam, kad įtampa būtų saugiose ribose. Esant santykinai aukštai įėjimo įtampai, DC/DC reguliatoriaus viršutinio šoninio jungiklio įjungimo laiko paklaida sumažėja.

Magistralės įtampos šuoliai, kurie dažnai būna aviacijos ir gynybos srityse, kelia pavojų ne tik DC/DC keitikliui, bet ir apkrovai. DC/DC keitiklis turi būti pritaikytas reguliuoti per viršįtampio viršįtampią naudojant greitą valdymo kilpą, kad būtų pasiektas pakankamas linijos atmetimas. 

Jei nuolatinės srovės/nuolatinės srovės keitiklis nesugeba reguliuoti arba atlaikyti magistralės viršįtampio, apkrovai pateikiamas viršįtampis. Viršįtampio gedimai taip pat gali atsirasti, nes apkrovos apėjimo kondensatoriai blogėja senstant ir temperatūrai, todėl per visą galutinio gaminio eksploatavimo laiką sumažėja trumpalaikės apkrovos reakcija. 

● Kondensatoriai blogėja už valdymo kilpos konstrukcijos ribų

Jei kondensatoriai susilpnėja už valdymo kilpos konstrukcijos ribų, apkrova gali būti veikiama viršįtampio dviem galimais mechanizmais: 

Pirma, net jei valdymo kilpa išlieka stabili, sunkūs trumpalaikiai apkrovos žingsnių įvykiai parodys didesnį įtampos poslinkį, nei buvo tikėtasi projektavimo pradžioje. 

Antra, jei valdymo kilpa tampa sąlyginai stabili (arba, dar blogiau, nestabili), išėjimo įtampa gali svyruoti, o smailės viršija leistinas ribas. 

Kondensatoriai taip pat gali netikėtai arba per anksti sugesti, kai naudojama netinkama dielektrinė medžiaga arba kai į gamybos srautą patenka netikri komponentai.

Aukštos įtampos linijinio „Poewr“ tiekimo projektavimas ir bandymas (0–200 V)

Pigūs padirbti komponentai sukelia brangų galvos skausmąs

Pilkosios rinkos arba juodosios rinkos padirbti komponentai gali būti viliojantys, tačiau jie neatitinka originalaus gaminio standartų (pvz., gali būti perdirbti, regeneruoti iš elektronikos atliekų arba pagaminti iš prastesnių medžiagų). Trumpalaikės santaupos tampa didžiulėmis ilgalaikėmis išlaidomis, kai sugenda padirbtas produktas. Pavyzdžiui, padirbti kondensatoriai gali sugesti įvairiais būdais. Problemos apima: 

1. Pastebėta, kad padirbtų tantalo kondensatorių vidinis savaiminis įkaista su teigiamo grįžtamojo ryšio mechanizmu iki terminio nutrūkimo. 

2. Padirbtuose keraminiuose kondensatoriuose gali būti pažeista arba prastesnės kokybės dielektrinė medžiaga, todėl su amžiumi arba esant aukštesnei darbo temperatūrai gali greičiau mažėti talpa. 

3. Katastrofiškai sugedus kondensatoriams arba sumažėjus jų vertei dėl valdymo kilpos nestabilumo, įtampos bangų formų amplitudė gali tapti daug didesnė nei buvo suprojektuota iš pradžių, o tai kelti pavojų apkrovai. 

Deja, pramonei suklastoti komponentai vis dažniau patenka į tiekimo grandinės ir elektronikos gamybos srautą, net ir jautriausiose ir saugiausiose srityse. 

2012 m. gegužę viešai paskelbtoje Jungtinių Valstijų Senato ginkluotųjų tarnybų komiteto (SASC) ataskaitoje nustatyta, kad kariniuose orlaiviuose ir ginklų sistemose yra plačiai paplitę padirbtų elektroninių komponentų, galinčių pakenkti jų veikimui ir patikimumui – sistemose, kurias sukūrė geriausi gynybos pramonės rangovai. 

Kartu su vis didėjančiu elektroninių komponentų skaičiumi tokiose sistemose - daugiau nei 3,500 integruotų grandinių naujajame „Joint Strike Fighter“ - suklastoti komponentai kelia sistemos veikimo ir patikimumo riziką, kurios nebegalima ignoruoti. 

Kas turėtų būti rizikos mažinimo planavimas Contaį?

Bet kuriame rizikos mažinimo plane turėtų būti atsižvelgta į tai, kaip sistema reaguotų į viršįtampio būseną ir atsigautų po jos. Problemos, įskaitant: 

1. Ar dėl viršįtampio gedimo gali kilti dūmų ar gaisro? 

2. Ar pastangas nustatyti pagrindinę priežastį ir įgyvendinti taisomuosius veiksmus apsunkintų žala, atsiradusi dėl viršįtampio gedimo? 

3. Jei vietinis operatorius įjungtų (perkrautų) pažeistą sistemą, ar dar didesnė žala sistemai dar labiau trukdytų atkūrimo pastangoms?

4. Kokio proceso ir laiko reikia norint nustatyti gedimo priežastį ir atnaujinti įprastą sistemos veikimą?

Kokie yra tradicinės apsaugos grandinės trūkumai?

A tradicinė apsaugos nuo viršįtampių schema sudaro saugiklio, silicio valdomo lygintuvo (SCR) ir Zenerio diodo (1 pav.). Jei įvesties maitinimo įtampa viršija Zenerio gedimo įtampą, SCR suaktyvėja, ima pakankamai srovės, kad išjungtų priešpriešinį saugiklį.

 1 pav. Tradicinė apsaugos nuo viršįtampio grandinė, susidedanti iš saugiklio, SCR ir Zener diodas

● Laikas - Nors ši grandinė yra nebrangi, jos atsako laikas yra nepakankamas, kad būtų galima patikimai apsaugoti naujausias skaitmenines grandines, ypač kai tiekimo bėgelis yra tarpinės įtampos magistralė. Be to, atsigavimas po viršįtampio gedimo yra invazinis ir užima daug laiko. 

● Negrąžinamass - Ši nesudėtinga grandinė yra gana paprasta ir nebrangi, tačiau yra šio metodo trūkumų: Zenerio diodo gedimo įtampa（锚文本，16px，蓝色，arial，加粗，下划线）, SCR vartų suveikimo slenkstis ir srovė, reikalinga saugikliui išpūsti, sukelia nenuoseklų atsako laiką. Apsauga gali įsijungti per vėlai, kad pavojinga įtampa nepasiektų apkrovos. 

● Daug pastangų atsigauti - Norint ištaisyti gedimą, reikia daug pastangų, įskaitant fizinę saugiklio priežiūrą ir sistemos paleidimą iš naujo. Jei nagrinėjamas įtampos bėgis maitina skaitmeninę šerdį, SCR apsaugos galimybė yra ribota, nes pirminis kritimas esant didelėms srovėms yra panašus į naujausių skaitmeninių procesorių šerdies įtampą arba viršija ją. 

Dėl šių trūkumų tradicinė apsaugos nuo viršįtampio schema netinka aukštos įtampos konvertavimui į žemos įtampos nuolatinės ir nuolatinės srovės maitinimo apkrovas, tokias kaip ASIC arba FPGA, kurios gali būti vertinamos šimtais, jei ne tūkstančiais dolerių.

Kaip LTM4641 reguliatorius greitai ir patikimai reaguoja ir atsistato po gedimų?

Geresnis sprendimas būtų tiksliai aptikti neišvengiamą viršįtampio būseną ir reaguoti greitai atjungiant įvesties maitinimą, iškraunant perteklinę įtampą esant mažos varžos keliui. Tai įmanoma naudojant LTM4641 apsaugos funkcijas. 

● Visi stebėjimo ir apsaugos komponentai

Įrenginio širdyje yra 38 V vardinis 10 A sumažinimo reguliatorius su induktoriumi, valdymo IC, maitinimo jungikliais ir kompensacija, visa tai yra vienoje paviršiaus montavimo pakuotėje. 

Ji taip pat apima išsamią stebėjimo ir apsaugos grandinę, apsaugančią didelės vertės apkrovas, tokias kaip ASIC, FPGA ir mikroprocesoriai. 

LTM4641 nuolat stebi įėjimo žemą įtampą, įėjimo viršįtampą, per didelę temperatūrą ir išėjimo viršįtampą bei viršsroves sąlygas ir tinkamai apsaugo apkrovą. 

● Reguliuojami paleidimo slenksčiai

Siekiant išvengti klaidingo ar ankstyvo apsaugos funkcijų vykdymo, kiekvienas iš šių stebimų parametrų turi įmontuotą atsparumą trikdžiams ir vartotojo reguliuojamas suveikimo ribas, išskyrus apsaugą nuo viršsrovių, kuri yra įdiegta patikimai, ciklas po ciklo, valdant srovės režimą. 

Esant išėjimo viršįtampiui, LTM4641 sureaguoja per 500 ns nuo gedimo aptikimo (2 pav.).   

 

2 pav. LTM4641 reaguoja į viršįtampio būseną per 500 n, apsaugodamas apkrovą nuo įtampos įtempių

LTM4641 apsaugos sprendimai

● LTM4641 mikliai ir patikimai reaguoja, kad apsaugotų tolesnius įrenginius, ir, skirtingai nei saugikliais pagrįsti sprendimai, jis gali automatiškai iš naujo nustatyti ir vėl apsisaugoti, kai gedimų sąlygos išnyks. 

● LTM4641 naudoja vidinį diferencialinį jutimo stiprintuvą, kad reguliuotų įtampą apkrovos maitinimo gnybtuose, sumažinant klaidas, kylančias dėl bendrojo režimo triukšmo ir PCB pėdsakų įtampos kritimo tarp LTM4641 ir apkrovos. 

● Apkrovos nuolatinės srovės įtampa reguliuojama geresniu nei ±1.5 % tikslumu per liniją, apkrovą ir temperatūrą. Šis tikslus išėjimo įtampos matavimas taip pat tiekiamas į greito išėjimo viršįtampio lyginamąjį įrenginį, kuris suaktyvina LTM4641 apsaugos funkcijas. 

● Kai aptinkama viršįtampio sąlyga, μModulio reguliatorius greitai pradeda keletą veiksmų vienu metu. Išorinis MOSFET (MSP 3 pav.) atjungia įvesties maitinimą, pašalindamas aukštos įtampos kelią nuo reguliatoriaus ir didelės vertės apkrovą. Kitas išorinis MOSFET (MCB 3 pav.) įgyvendina a žemas laužtuvo funkcija, greitai iškraunant apkrovos apėjimo kondensatorius (COUT 3 pav.). 

● LTM4641 įtaisytas nuolatinės srovės / nuolatinės srovės mažinimo reguliatorius pereina į užrakto išjungimo būseną ir išduoda gedimo signalą, kurį rodo HYST kaištis, kurį sistema gali naudoti gerai valdomai išjungimo sekai ir (arba) sistemos atstatymui inicijuoti. Gedimo sąlygoms aptikti naudojama speciali atskaitos įtampos atskaita, nepriklausoma nuo valdymo kilpos etaloninės įtampos. Tai užtikrina atsparumą vieno taško gedimui, jei valdymo kilpos nuoroda sugenda.

 3 pav. LTM4641 išėjimo apsaugos nuo viršįtampio planas. Zondo piktogramos atitinka 2 paveiksle pateiktas bangų formas

● LTM4641 apsaugos ypatybės yra sustiprintos dėl trikčių atkūrimo parinkčių. Tradicinėje viršįtampio saugiklio / SCR apsaugos schemoje naudojamas saugiklis, kuris atskirtų maitinimą nuo didelės vertės apkrovos. Norint atkurti saugiklio perdegimo gedimą, reikalingas žmogaus įsikišimas (kas nors, turintis fizinę prieigą prie saugiklio, kad jį pašalintų ir pakeistų), todėl nepriimtinai vėluoja gedimo atstatymas ilgo veikimo trukmės arba nuotolinėms sistemoms.

● Priešingai, LTM4641 gali tęsti normalų veikimą, kai gedimo sąlyga pašalinama, perjungiant loginio lygio valdymo kaištį arba sukonfigūravus LTM4641, kad po nurodyto skirtojo laiko jis būtų paleistas iš naujo. Jei gedimo sąlygos vėl atsiranda po to, kai LTM4641 vėl pradeda veikti, anksčiau minėtos apsaugos nedelsiant vėl įsijungia, kad apsaugotų krovinį.

LTM4641 apsauga nuo įvesties viršįtampių

Kai kuriais atvejais vien apsaugos nuo išėjimo viršįtampio nepakanka, todėl reikalinga apsauga nuo įėjimo viršįtampio. LTM4641 apsaugos grandinė gali stebėti įėjimo įtampą ir suaktyvinti jos apsaugos funkcijas, jei viršijama vartotojo sukonfigūruota įtampos riba. 

Jei numatoma maksimali įvesties įtampa viršija 38 V modulio nominalią įtampą, įėjimo viršįtampių apsaugą galima padidinti iki 80 V, kai LTM4641 vis dar veikia visiškai, pridedant išorinį aukštos įtampos LDO, kad valdymo ir apsaugos grandinės veiktų (4 pav.).

 

4 pav. Įėjimo apsauga nuo viršįtampių iki 80 V, naudojant LTM4641 ir išorinį LDO

Dažnai užduodami klausimai

1. Kl.: Koks yra reguliuotojo vaidmuo?

A: Reguliavimo institucija prižiūri visą sistemą, o pagrindinė jo pareiga yra užtikrinti, kad būtų laikomasi reguliavimo sistemos.

2. Kl.: Kuo skiriasi DC / DC keitiklis ir reguliatorius?

A: DC/DC keitikliai reguliuoja elektros galią įjungdami ir išjungdami perjungimo elementus (FET ir kt.). Kita vertus, LDO reguliatoriai reguliuoja maitinimo šaltinį valdydami FET varžą. DC/DC keitikliai labai efektyviai konvertuoja elektros energiją perjungimo valdikliu.

3. Kl.: Kodėl jums reikia nuolatinės srovės į nuolatinės srovės keitiklio?

A: DC-DC keitiklis naudojamas tam tikros įrangos aukštos įtampos nuolatinės srovės įvestį sumažinti iki žemos įtampos nuolatinės srovės išvesties. Jie taip pat naudojami kai kuriems labai jautriems grandinės komponentams atskirti nuo kitų grandinės komponentų, kad būtų išvengta bet kokios žalos.

4. Kl.: Kas yra DC / DC įtampos reguliatorius?

A: DC-DC keitiklis yra elektros sistema (įrenginys), kuri konvertuoja nuolatinės srovės (DC) šaltinius iš vieno įtampos lygio į kitą. Kitaip tariant, DC-DC keitiklis kaip įvestį ima nuolatinės srovės įvesties įtampą ir išveda skirtingą nuolatinės srovės įtampą. DC-DC keitiklis taip pat vadinamas DC-DC galios keitikliu arba įtampos reguliatoriumi.

Išvada

Dalindamiesi šia informacija, sužinome apie iššūkius ir pramonės problemas bei atitinkamus sprendimus praeityje ir kaip juos sprendžia LMT4641 μModule reguliatorius. Jis sujungia efektyvų DC/DC reguliatorių su greita ir tikslia išėjimo apsaugos nuo viršįtampio grandine ir efektyviai apsaugo nuo viršįtampio rizikos. Kaip manote apie šį produktą? Palikite savo komentarus žemiau ir pasakykite mums savo idėją!

Taip pat skaitykite

● „μModule“ reguliatoriai sumažina maitinimo šaltinio dydį ir pastangas

● Kaip aptikti Zenerio diodą Pagrįsti įtampos reguliatoriai?

● Išsamus LDO reguliuotojo vadovas 2021 m

● Kaip LTC3035 LDO reguliatorius subalansuoja žemą išjungimo įtampą ir mažą tūrį?

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas