Hogyan akadályozza meg hatékonyan az LTM4641 μmodul szabályozó a túlfeszültséget?

A 24V–28V névleges közbülső buszfeszültségek általánosak az ipari, űrhajózási és védelmi rendszerekben, ahol a sorba kapcsolt akkumulátorok tartalék áramforrásként szolgálhatnak, és a 12 V-os buszarchitektúra általában nem praktikus az elosztási veszteségek miatt. A rendszerbusz és a digitális processzorok tápbemenetei közötti növekvő feszültségrés tervezési kihívásokat jelent az energiaellátás, a biztonság és a megoldás mérete tekintetében.

Szerencsére az LTM4641 μModule szabályozó gyors és megbízható reakcióval és helyreállítással, valamint bemeneti túlfeszültség-védelemmel oldja meg a fenti problémákat. 

Ez a megosztás részletesen bemutat néhány problémát, amellyel a múltban szembesültünk, és a relatív megoldásokat, beleértve bizonyos kockázatokat, kihívásokat és iparági problémákat, amelyekkel szembesültünk. Ha Önt is zavarják vagy zavarják ezek a problémák, jobban megtanulhatja, hogyan oldja meg ezeket az LTM4641 μModule szabályozóval ezen a megosztáson keresztül. Olvassunk tovább!

A megosztás törődés!

Tartalom

● Miért szembesül a hagyományos DC/DC konverter túlfeszültség Risk?

● Az olcsó hamisított alkatrészek drága fejfájást okoznak

● Mit kell tartalmaznia a kockázatcsökkentési tervnek?

● Melyek a hagyományos védelmi áramkör hiányosságai?

● Hogyan tud az LTM4641 szabályozó gyorsan és megbízhatóan reagálni és helyreállnim Hibák?

● FAQ

● Következtetés

Miért fenyeget a hagyományos DC/DC konverter túlfeszültség?

Ha egyfokozatú, nem leválasztott lecsökkentett DC/DC átalakítót használnak a terhelés helyén, annak rendkívül pontos PFM/PWM időzítéssel kell működnie. A bemeneti túlfeszültségek megterhelhetik a DC/DC átalakítókat, ami túlfeszültségi kockázatot jelent a terhelés számára. 

A gyártás során bevezetett hibás vagy hamisított kondenzátorok a terhelés névleges értékeit meghaladó kimeneti feszültség-ingadozásokat okozhatnak, ami potenciálisan széles körben használt mikroprocesszorok, mint az FPGA, ASIC meggyújtani.

A károsodás mértékétől függően nehéz lehet megtalálni a kiváltó okot. A vevők elégedetlenségének megelőzése érdekében feltétlenül szükséges egy túlfeszültség-kockázat-csökkentési terv. 

A hagyományos túlfeszültség-védelmi rendszerek, amelyek biztosítékot tartalmaznak, nem feltétlenül elég gyorsak és nem is elég megbízhatóak a modern FPGA-k, ASIC-k és mikroprocesszorok védelméhez, különösen akkor, ha a felfelé irányuló feszültségsín 24 V vagy 28 V névleges. Aktív védelem szükséges a POL DC/DC-nél. 

Az LTM4641 egy 38 V-os, 10 A DC/DC lecsökkenthető μModule® szabályozó, amely védelmet nyújt számos hiba, köztük a kimeneti túlfeszültség ellen és helyreáll.

A pontos kapcsolási időzítés jelentősége nő a bemeneti feszültséggel és túlfeszültséggel Ha nagy különbség van a bemeneti és a kimeneti feszültség között, a kapcsoló DC/DC szabályozókat előnyben részesítik a lineáris szabályozókkal szemben sokkal nagyobb hatékonyságuk miatt. 

● A DC/DC szabályozó hibájának határértéke csökken

A kis méretű megoldás elérése érdekében a legjobb választás egy nem szigetelt, lefelé irányuló átalakító, amely elég magas frekvencián működik ahhoz, hogy csökkentse teljesítménymágneseinek és szűrőkondenzátorainak méretkövetelményeit. 

Mindazonáltal nagy léptékű arányú alkalmazásokban az egyenáramú/egyenáramú kapcsolóátalakítónak 3%-ig terjedő üzemi ciklusokban kell működnie, és pontos PWM/PFM időzítést igényel. 

Továbbá szigorú feszültségszabályozást igényelnek a digitális processzorok, ill gyors átmeneti reakció szükséges a feszültség biztonságos határokon belül tartásához. Viszonylag magas bemeneti feszültségeknél a DC/DC szabályozó felső oldali kapcsolójának bekapcsolási idejének hibahatára csökken.

A repülési és védelmi alkalmazásokban gyakran előforduló busz feszültséglökések nemcsak a DC/DC átalakítóra, hanem a terhelésre is veszélyt jelentenek. A DC/DC átalakítót úgy kell méretezni, hogy a túlfeszültség túlfeszültségen keresztül, gyors szabályozóhurokkal szabályozzon, hogy megfelelő vezetékelzárást érjen el. 

Ha a DC/DC átalakító nem képes szabályozni vagy túlélni a busz túlfeszültségét, túlfeszültség jelenik meg a terhelésen. Túlfeszültségi hibák is előfordulhatnak, mivel a terhelés bypass kondenzátorai az életkorral és a hőmérséklettel leromlanak, ami lazább tranziens terhelési reakciót eredményez a végtermék élettartama során. 

● A kondenzátorok a vezérlőhurok tervezési határain túl leépülnek

Ha a kondenzátorok a vezérlőhurok tervezési határain túl leépülnek, a terhelést két lehetséges mechanizmussal lehet túlfeszültségnek kitenni: 

Először is, még ha a szabályozási hurok stabil marad is, a súlyos tranziens terhelési lépések a tervezés kezdetén vártnál nagyobb feszültségkitöréseket mutatnak. 

Másodszor, ha a vezérlőhurok feltételesen stabil lesz (vagy ami még rosszabb, instabil), a kimeneti feszültség oszcillálhat az elfogadható határokat meghaladó csúcsokkal. 

A kondenzátorok váratlanul vagy idő előtt is megromolhatnak, ha nem megfelelő dielektromos anyagot használnak, vagy hamis alkatrészek kerülnek a gyártási folyamatba.

Nagyfeszültségű lineáris Poewr tápegység tervezése és tesztelése (0-200V)

Az olcsó hamisított alkatrészek drága fejfájást okoznaks

A szürkepiaci vagy feketepiaci hamisított alkatrészek csábítóak lehetnek, de nem felelnek meg az eredeti cikk szabványainak (pl. újrahasznosíthatók, újrahasznosíthatók az elektronikai hulladékból vagy gyengébb anyagokból építhetők). Ha egy hamisított termék meghibásodik, a rövid távú megtakarítás hatalmas hosszú távú kiadássá válik. A hamisított kondenzátorok például számos módon meghibásodhatnak. A problémák közé tartozik: 

1. A hamisított tantál kondenzátorok belső önmelegedést szenvedtek pozitív visszacsatolási mechanizmussal egészen addig a pontig, amíg elérik a hőkiesést. 

2. A hamisított kerámia kondenzátorok károsodott vagy rossz minőségű dielektromos anyagot tartalmazhatnak, ami a kor előrehaladtával vagy magasabb üzemi hőmérsékleten gyorsuló kapacitásvesztést eredményezhet. 

3. Ha a kondenzátorok katasztrofálisan meghibásodnak vagy értékük csökken, ami a vezérlőhurok instabilitását idézi elő, a feszültség hullámformái az eredetileg tervezettnél sokkal nagyobb amplitúdójúak lehetnek, ami veszélyezteti a terhelést. 

Sajnos az ipar számára a hamisított alkatrészek egyre inkább utat találnak az ellátási láncba és az elektronikai gyártási folyamatba, még a legérzékenyebb és legbiztonságosabb alkalmazásokban is. 

Az Egyesült Államok Szenátusának Fegyveres Szolgálatának Bizottsága (SASC) 2012 májusában nyilvánosan közzétett jelentése a katonai repülőgépek és fegyverrendszerek széles körben elterjedt hamisított elektronikus alkatrészeit találta, amelyek veszélyeztethetik teljesítményüket és megbízhatóságukat - ezeket a rendszereket a védelmi ipar legjobb vállalkozói építették. 

Az ilyen rendszerek növekvő számú elektronikus alkatrészével - az új Joint Strike Fighter több mint 3,500 integrált áramköre - párosulva a hamisított alkatrészek olyan rendszer teljesítmény- és megbízhatósági kockázatot jelentenek, amelyet már nem lehet figyelmen kívül hagyni. 

Mit kell a kockázatcsökkentési tervezésnek Contaban ben?

Minden kockázatcsökkentő tervnek figyelembe kell vennie, hogy a rendszer hogyan reagálna a túlfeszültség állapotára, és hogyan állna helyre. A problémák többek között: 

1. Elfogadható-e a túlfeszültségi hibából eredő füst vagy tűz kialakulása? 

2. A kiváltó ok meghatározására és a korrekciós intézkedések végrehajtására irányuló erőfeszítéseket nehezítené-e a túlfeszültségi hibából eredő kár? 

3. Ha egy helyi szolgáltató bekapcsolná (újraindítaná) a kompromittált rendszert, akkor a rendszer még nagyobb károkat okozna, ami tovább akadályozza a helyreállítási erőfeszítéseket?

4. Milyen folyamat és idő szükséges a hiba okának megállapításához és a rendszer normál működésének visszaállításához?

Melyek a hagyományos védelmi áramkör hiányosságai?

A hagyományos túlfeszültség védelmi rendszer áll biztosíték, szilíciumvezérelt egyenirányító (SCR) és Zener-dióda (1. ábra). Ha a bemeneti tápfeszültség meghaladja a Zener áttörési feszültséget, az SCR aktiválódik, és elegendő áramot vesz fel a felfelé irányuló biztosíték kioldásához.

 1. ábra: Hagyományos túlfeszültség-védelmi áramkör, amely biztosítékból, SCR-ből és Zene-ből állr dióda

● Időigényes - Noha olcsó, ennek az áramkörnek a válaszideje nem elegendő a legújabb digitális áramkörök megbízható védelméhez, különösen, ha a felfelé irányuló tápsín egy közbenső feszültségű busz. Ezen túlmenően a túlfeszültségi hiba helyreállítása invazív és időigényes. 

● Hátránys - Ez az egyszerű áramkör viszonylag egyszerű és olcsó, de ennek a megközelítésnek vannak hátrányai: Zener dióda áttörési feszültség（锚文本，16px，蓝色，arial，加粗，下划线）, SCR-kapu triggerküszöb és a biztosíték kioldásához szükséges áram inkonzisztens válaszidőket eredményez. A védelem túl későn kapcsolhat be, nehogy veszélyes feszültség érje el a terhelést. 

● Sok erőfeszítés a helyreállításhoz - A hiba utáni helyreállításhoz nagy erőfeszítés szükséges, ami magában foglalja a biztosíték fizikai karbantartását és a rendszer újraindítását. Ha a szóban forgó feszültségsín táplálja a digitális magot, az SCR védelmi képessége korlátozott, mivel az előremenő csökkenés nagy áramok esetén a legújabb digitális processzorok magfeszültségéhez hasonlítható vagy meghaladja. 

E hátrányok miatt a hagyományos túlfeszültség-védelmi rendszer nem alkalmas nagyfeszültségű alacsony feszültségű egyenáramú/egyenáramú konverziós terhelésekre, mint például az ASIC-k vagy FPGA-k, amelyek értéke több száz, ha nem több ezer dollárra rúghat.

Hogyan reagál az LTM4641 szabályozó gyorsan és megbízhatóan, és hogyan tér vissza a hibákból?

Jobb megoldás a közelgő túlfeszültség pontos észlelése, és a bemeneti tápellátás gyors leválasztásával reagálni, miközben a túlfeszültséget kis impedanciájú terhelésnél kisüti. Ez az LTM4641 védelmi funkcióival lehetséges. 

● Komplett komponensek a felügyelethez és a védelemhez

Az eszköz középpontjában egy 38 V-os, 10 A-es fokozatmentes szabályozó található, az induktorral, a vezérlő IC-vel, a tápkapcsolókkal és a kompenzációval egy felületre szerelhető csomagban. 

Kiterjedt felügyeleti és védelmi áramkört is tartalmaz a nagy értékű terhelések, például ASIC-k, FPGA-k és mikroprocesszorok védelmére. 

Az LTM4641 folyamatosan figyeli a bemeneti alacsony feszültséget, a bemeneti túlfeszültséget, a túlmelegedést és a kimeneti túlfeszültséget, valamint a túláram állapotát, és megfelelően működik a terhelés védelmében. 

● Állítható triggerküszöbök

A védelmi funkciók hamis vagy idő előtti végrehajtásának elkerülése érdekében ezeknek a felügyelt paramétereknek mindegyike beépített hibamentességgel és a felhasználó által beállítható triggerküszöbökkel rendelkezik, kivéve a túláramvédelmet, amely megbízhatóan, ciklusonként, áram-mód vezérléssel valósul meg. 

Kimeneti túlfeszültség esetén az LTM4641 a hibaészleléstől számított 500 ns-en belül reagál (2. ábra).   

 

2. ábra: Az LTM4641 500 n-en belül reagál a túlfeszültségre, megvédve a terhelést a feszültségtől

Az LTM4641 védelmi megoldásai

● Az LTM4641 fürgén és megbízhatóan védi a későbbi eszközöket, és a biztosíték alapú megoldásokkal ellentétben a hibaállapotok megszűnése után automatikusan újraindul és élesítheti magát. 

● Az LTM4641 belső differenciálérzékelő erősítőt használ a feszültség szabályozására a terhelés tápkapcsain, minimalizálva a közös módú zajból és az LTM4641 és a terhelés közötti PCB nyomkövetési feszültségesésekből eredő hibákat. 

● Az egyenfeszültség a terhelésnél jobb, mint ±1.5%-os pontossággal van szabályozva a vonalon, a terhelésen és a hőmérsékleten. Ez a pontos kimeneti feszültségmérés a gyors kimeneti túlfeszültség-komparátorra is betáplálódik, amely aktiválja az LTM4641 védelmi funkcióit. 

● Ha túlfeszültséget észlel, a μModule szabályozó gyorsan több egyidejű műveletet indít el. Egy külső MOSFET (MSP a 3. ábrán) leválasztja a bemeneti táplálást, eltávolítva a nagyfeszültségű utat a szabályozóról és a nagy értékű terhelést. Egy másik külső MOSFET (MCB a 3. ábrán) megvalósítja a alacsony feszítővas funkció, gyorsan kisüti a terhelés bypass kondenzátorait (COUT a 3. ábrán). 

● Az LTM4641 beépített DC/DC fokozatmentesítő szabályozója reteszelt leállási állapotba lép, és hibajelzést ad ki, amelyet a HYST láb jelzi, amelyet a rendszer felhasználhat egy jól kezelt leállítási szekvencia és/vagy rendszer-visszaállítás kezdeményezésére. A vezérlőkör referenciafeszültségétől független, dedikált feszültségreferencia a hibaállapotok észlelésére szolgál. Ez rugalmasságot biztosít az egypontos meghibásodásokkal szemben, ha a vezérlőhurok referenciája meghibásodik.

 3. ábra: LTM4641 kimeneti túlfeszültség védelmi terv. A szonda ikonjai a 2. ábrán látható hullámformáknak felelnek meg

● Az LTM4641 védelmi funkcióit megerősítik a hibaelhárítási lehetőségek. A hagyományos túlfeszültség-biztosíték/SCR védelmi rendszerben egy biztosíték választja el a tápellátást a nagy értékű terheléstől. A biztosítékkiolvadó hibából való helyreállítás emberi beavatkozást igényel – valakinek fizikailag hozzáférhet a biztosítékhoz, hogy eltávolítsa és cserélje ki azt –, ami elfogadhatatlan késleltetést hoz a hibahelyreállításban magas rendelkezésre állási idejű vagy távoli rendszerek esetén.

● Ezzel szemben az LTM4641 a hibaállapot megszűnése után folytathatja a normál működést, akár egy logikai szintű vezérlőtű váltásával, akár úgy, hogy az LTM4641-et egy meghatározott időtúllépés utáni autonóm újraindításra konfigurálja. Ha az LTM4641 újraindulása után hibaállapotok jelentkeznek, a fent említett védelmek azonnal újra bekapcsolnak a terhelés védelme érdekében.

LTM4641 bemeneti túlfeszültség-védelem

Egyes esetekben a kimeneti túlfeszültség elleni védelem önmagában nem elegendő, és bemeneti túlfeszültség elleni védelemre van szükség. Az LTM4641 védelmi áramköre képes figyelni a bemeneti feszültséget, és aktiválni tudja a védelmi funkcióit, ha a felhasználó által beállított feszültségküszöb túllép. 

Ha a várható maximális bemeneti feszültség meghaladja a modul 38 V-os névleges értékét, a bemeneti túlfeszültség-védelem 80 V-ra bővíthető, miközben az LTM4641 továbbra is teljesen működőképes egy külső nagyfeszültségű LDO hozzáadásával, hogy életben tartsa a vezérlő- és védelmi áramkört (4. ábra).

 

4. ábra Bemeneti túlfeszültség védelem 80 V-ig, LTM4641 és külső LDO használatával

Gyakran ismételt kérdések

1. K: Mi a szabályozó szerepe?

V: A szabályozó a teljes rendszert felügyeli, és fő feladata a szabályozási keretnek való megfelelés biztosítása.

2. K: Mi a különbség a DC/DC átalakító és a szabályozó között?

V: A DC/DC átalakítók az elektromos teljesítményt a kapcsolóelemek (FET-ek stb.) be- és kikapcsolásával szabályozzák. Másrészt az LDO szabályozók a FET-ek bekapcsolási ellenállásának szabályozásával szabályozzák a tápellátást. Az egyenáramú/egyenáramú konverterek rendkívül hatékonyan alakítják át a villamos energiát a kapcsolóvezérléssel.

3. K: Miért van szüksége DC-DC átalakítóra?

V: A DC-DC átalakítót arra használják, hogy a nagyfeszültségű DC bemenetet bizonyos specifikus berendezések alacsony feszültségű egyenáramú kimenetére csökkentsék. Arra is szolgálnak, hogy az áramkör egyes nagyon érzékeny alkatrészeit elszigeteljék az áramkör többi alkatrészétől a sérülések elkerülése érdekében.

4. K: Mi az a DC/DC feszültségszabályozó?

V: A DC-DC konverter egy elektromos rendszer (eszköz), amely az egyenáramú (DC) forrásokat egyik feszültségszintről a másikra alakítja át. Más szavakkal, a DC-DC konverter bemenetként egy egyenáramú bemeneti feszültséget vesz, és egy másik egyenfeszültséget ad ki. A DC-DC átalakítót DC-DC teljesítményátalakítónak vagy feszültségszabályozónak is nevezik.

Következtetés

Ezen a megosztáson keresztül megismerjük a múltban felmerülő kihívásokat és iparági problémákat, valamint a megfelelő megoldásokat, valamint azt, hogy az LMT4641 μModule szabályozó hogyan oldja meg ezeket. Egy hatékony DC/DC szabályozót kombinál egy gyors és pontos kimeneti túlfeszültség-védelmi áramkörrel, és hatékonyan megelőzi a túlfeszültség kockázatát. Mi a véleményed erről a termékről? Hagyja meg észrevételeit lent, és mondja el ötletét!

Is Read

● A μModule szabályozók zsugorítják a tápegység méretét és tervezési erőfeszítéseit

● Hogyan lehet felismerni a Zener diódát Feszültségszabályozók?

● Teljes útmutató az LDO szabályozóhoz 2021-ben

● Hogyan egyensúlyozza ki az LTC3035 LDO szabályozó az alacsony kiesési feszültséget és a kis térfogatot?

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista