Kā LTM4641 μModuļa regulators efektīvi novērš pārspriegumu?

24 V ~ 28 V nominālais starpspriegums ir izplatīts industriālajās, aviācijas un aizsardzības sistēmās, kur sērijveidā savienoti akumulatori var būt rezerves barošanas avots un 12 V kopnes arhitektūras sadales zudumu dēļ mēdz būt nepraktiskas. Pieaugošā sprieguma starpība starp sistēmas kopni un digitālo procesoru jaudas ievadi rada projektēšanas problēmas saistībā ar enerģijas piegādi, drošību un risinājuma lielumu.

Par laimi, LTM4641 μModule regulators atrisina iepriekš minētās problēmas, izmantojot ātru un uzticamu reakciju un atjaunošanu, kā arī ieejas pārsprieguma aizsardzību. 

Šī daļa sniegs jums detalizētu ievadu dažām problēmām, ar kurām saskārāmies pagātnē, un relatīvajiem risinājumiem, tostarp dažiem riskiem, izaicinājumiem un nozares problēmām, ar kurām saskārāmies. Ja jūs ir bijušas vai satrauc šīs problēmas, varat labāk uzzināt, kā tās atrisināt, izmantojot LTM4641 μModuļa regulatoru, izmantojot šo daļu. Turpināsim lasīt!

Dalīšanās ir rūpes!

saturs

● Kāpēc tradicionālais līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājs saskaras ar pārspriegumu Risk?

● Lēti viltoti komponenti rada dārgas galvassāpes

● Kam vajadzētu būt riska mazināšanas plānošanai?

● Kādas ir tradicionālās aizsardzības shēmas nepilnības?

● Kā LTM4641 regulators nodrošina ātru un uzticamu reakciju un atjaunošanosm Kļūdas?

● FAQ

● Secinājumi

Kāpēc tradicionālais līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājs saskaras ar pārsprieguma risku?

Ja slodzes punktā tiek izmantots vienpakāpes neizolēts pazeminošs līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājs, tam jādarbojas ar ārkārtīgi precīzu PFM/PWM laiku. Ievades pārsprieguma notikumi var noslogot līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājus, radot pārsprieguma risku slodzei. 

Kļūdaini vai viltoti kondensatori, kas ieviesti ražošanā, var izraisīt izejas sprieguma novirzes, kas pārsniedz slodzes nominālos rādītājus, kas var izraisīt plaši izmantoti mikroprocesori, piemēram, FPGA, ASIC lai aizdegtos.

Atkarībā no bojājuma apjoma var būt grūti atrast galveno cēloni. Pārsprieguma riska mazināšanas plāns ir absolūti nepieciešams, lai novērstu klientu neapmierinātību. 

Tradicionālās pārsprieguma aizsardzības shēmas, kas ietver drošinātāju, ne vienmēr ir pietiekami ātras vai pietiekami uzticamas, lai aizsargātu mūsdienu FPGA, ASIC un mikroprocesorus, jo īpaši, ja augšējais sprieguma sliede ir 24 V vai 28 V nominālā. Nepieciešama aktīva aizsardzība pie POL DC/DC. 

LTM4641 ir 38 V, 10 A līdzstrāvas/līdzstrāvas pazeminošs μModule® regulators, kas aizsargā pret daudziem defektiem, tostarp izejas pārspriegumu, un atjauno no tiem.

Precīza slēdža laika nozīme palielinās līdz ar ieejas spriegumu un pārspriegumiem Ja pastāv liela atšķirība starp ieejas un izejas spriegumiem, komutācijas līdzstrāvas/līdzstrāvas regulatoriem tiek dota priekšroka salīdzinājumā ar lineārajiem regulatoriem to daudz augstākas efektivitātes dēļ. 

● Līdzstrāvas/līdzstrāvas regulatora kļūdas robeža ir samazināta

Lai sasniegtu nelielu šķīduma izmēru, labākā izvēle ir neizolēts pazeminošs pārveidotājs, kas darbojas pietiekami augstā frekvencē, lai samazinātu jaudas magnētikas un filtra kondensatoru izmēru prasības. 

Tomēr lietojumprogrammās ar augstu pazemināšanas koeficientu līdzstrāvas/līdzstrāvas pārslēgšanas pārveidotājam jādarbojas ar darba cikliem līdz 3%, pieprasot precīzu PWM/PFM laiku. 

Turklāt digitālajiem procesoriem ir nepieciešama stingra sprieguma regulēšana, un ātra pārejoša reakcija ir nepieciešams, lai spriegums būtu drošās robežās. Pie salīdzinoši augsta ieejas sprieguma DC/DC regulatora augšējā sānu slēdža ieslēgšanās laikā tiek samazināta kļūdas robeža.

Kopnes sprieguma pārspriegumi, kas bieži sastopami kosmosa un aizsardzības lietojumos, apdraud ne tikai līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāju, bet arī slodzi. Līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājam jābūt tādam, lai tas regulētu ar pārsprieguma pārspriegumu ar ātru vadības cilpu, lai tiktu panākts pietiekams līnijas noraidījums. 

Ja līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājs nespēj regulēt vai izturēt kopnes pārspriegumu, slodzei tiek parādīts pārspriegums. Pārsprieguma kļūdas var rasties arī tad, kad slodzes apvada kondensatori pasliktinās līdz ar vecumu un temperatūru, kā rezultātā galaprodukta dzīves laikā ir vājāka pārejošas slodzes reakcija. 

● Kondensatori noārdās, pārsniedzot vadības cilpas konstrukcijas robežas

Ja kondensatori noārdās, pārsniedzot vadības cilpas konstrukcijas robežas, slodzi var pakļaut pārspriegumam ar diviem iespējamiem mehānismiem: 

Pirmkārt, pat ja vadības cilpa paliek stabila, smagas pārejošas slodzes pakāpes notikumi parādīs lielākus sprieguma novirzes, nekā bija paredzēts projektēšanas sākumā. 

Otrkārt, ja vadības cilpa kļūst nosacīti stabila (vai, vēl ļaunāk, nestabila), izejas spriegums var svārstīties ar maksimumu, kas pārsniedz pieļaujamās robežas. 

Kondensatori var arī negaidīti vai priekšlaicīgi noārdīties, ja tiek izmantots nepareizs dielektriskais materiāls vai ja ražošanas plūsmā nonāk viltotas sastāvdaļas.

Augstsprieguma lineārās Poewr barošanas projektēšana un testēšana (0–200 V)

Lēti viltoti komponenti rada dārgas galvassāpess

Pelēkā tirgus vai melnā tirgus viltotās sastāvdaļas var būt vilinošas, taču tās neatbilst oriģinālā izstrādājuma standartiem (piemēram, tās var tikt pārstrādātas, reģenerētas no elektroniskajiem atkritumiem vai izgatavotas no zemākiem materiāliem). Īstermiņa ietaupījumi kļūst par milzīgiem ilgtermiņa izdevumiem, ja viltotā prece neizdodas. Piemēram, viltoti kondensatori var sabojāt vairākos veidos. Problēmas ietver: 

1. Tika novērots, ka viltotiem tantala kondensatoriem ir iekšēja pašsasilšana ar pozitīvas atgriezeniskās saites mehānismu līdz termiskai pārtraukšanai. 

2. Viltotu keramisko kondensatoru sastāvā var būt bojāts vai sliktāks dielektriskais materiāls, kā rezultātā ar vecumu vai paaugstinātā darba temperatūrā var rasties kapacitātes paātrinājums. 

3. Ja kondensatori katastrofāli sabojājas vai pasliktinās vērtība, izraisot vadības cilpas nestabilitāti, sprieguma viļņu formas var kļūt daudz lielākas amplitūdā nekā sākotnēji paredzēts, tādējādi apdraudot slodzi. 

Diemžēl nozarei viltotas detaļas arvien vairāk nonāk piegādes ķēdē un elektronikas ražošanas plūsmā pat visjutīgākajos un drošākajos lietojumos. 

Amerikas Savienoto Valstu Senāta Bruņoto dienestu komitejas (SASC) ziņojumā, kas tika publiskots 2012. gada maijā, tika konstatēts, ka militārās lidmašīnās un ieroču sistēmās ir plaši izplatītas viltotas elektroniskās detaļas, kas var apdraudēt to veiktspēju un uzticamību - sistēmas, kuras izveidojuši augstākie aizsardzības nozares darbuzņēmēji. 

Kopā ar pieaugošo elektronisko komponentu skaitu šādās sistēmās — vairāk nekā 3,500 integrēto shēmu jaunajā Joint Strike Fighter — viltotie komponenti rada sistēmas veiktspējas un uzticamības risku, ko vairs nevar ignorēt. 

Kas būtu riska mazināšanas plānošanas Contaiekšā?

Jebkurā riska mazināšanas plānā jāapsver, kā sistēma reaģētu uz pārsprieguma stāvokli un atgūtu no tā. Problēmas, tostarp: 

1. Vai ir pieļaujama dūmu vai ugunsgrēka iespējamība, ko izraisa pārsprieguma bojājums? 

2. Vai centienus noteikt galveno cēloni un veikt korektīvos pasākumus kavēs bojājumi, kas radušies pārsprieguma bojājuma dēļ? 

3. Ja vietējais operators iedarbinātu (pārstartētu) apdraudētu sistēmu, vai vēl lielāks kaitējums sistēmai varētu vēl vairāk kavēt atkopšanas centienus?

4. Kāds ir process un laiks, kas nepieciešams, lai noteiktu bojājuma cēloni un atsāktu normālu sistēmas darbību?

Kādas ir tradicionālās aizsardzības shēmas nepilnības?

A tradicionālā pārsprieguma aizsardzības shēma sastāv drošinātājs, silīcija kontrolēts taisngriezis (SCR) un Zenera diode (1. attēls). Ja ieejas barošanas spriegums pārsniedz Zenera pārrāvuma spriegumu, SCR aktivizējas, patērējot pietiekamu strāvu, lai izpūstu augšējo drošinātāju.

 1. attēls. Tradicionālā pārsprieguma aizsardzības shēma, kas sastāv no drošinātāja, SCR un Zener diode

● Laikietilpīgs - Lai gan šīs ķēdes reakcijas laiks ir lēts, tās reakcijas laiks ir nepietiekams, lai droši aizsargātu jaunākās digitālās shēmas, jo īpaši, ja augšējais padeves sliede ir starpsprieguma kopne. Turklāt pārsprieguma atgūšana ir invazīva un laikietilpīga. 

● Šķērsliss - Šī vienkāršā shēma ir salīdzinoši vienkārša un lēta, taču šai pieejai ir trūkumi: Zenera diodes pārrāvuma spriegums（锚文本，16px，蓝色，arial，加粗，下划线）, SCR vārtu sprūda slieksnis un strāva, kas nepieciešama, lai izpūstu drošinātāju, reakcijas laiks ir nekonsekvents. Aizsardzība var ieslēgties pārāk vēlu, lai novērstu bīstama sprieguma sasniegšanu slodzei. 

● Daudz pūļu, lai atgūtu - Piepūles līmenis, kas nepieciešams, lai atjaunotos pēc bojājuma, ir augsts, kas ietver drošinātāja fizisku apkopi un sistēmas restartēšanu. Ja aplūkojamā sprieguma sliede darbina digitālo kodolu, SCR aizsardzības spēja ir ierobežota, jo uz priekšu vērstais kritums pie lielām strāvām ir salīdzināms ar jaunāko digitālo procesoru serdes spriegumu vai pārsniedz to. 

Šo trūkumu dēļ tradicionālā pārsprieguma aizsardzības shēma nav piemērota augstsprieguma līdz zemsprieguma līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidošanai, piemēram, ASIC vai FPGA, kuru vērtība var būt simtiem, ja ne tūkstošiem dolāru.

Kā LTM4641 regulators panāk ātru un uzticamu reakciju un atkopjas no kļūdām?

Labāks risinājums būtu precīzi noteikt nenovēršamu pārsprieguma stāvokli un reaģēt, ātri atvienojot ieejas padevi, vienlaikus izlādējot lieko spriegumu pie slodzes ar zemu pretestības ceļu. Tas ir iespējams ar LTM4641 aizsardzības līdzekļiem. 

● Pilnīgi komponenti uzraudzībai un aizsardzībai

Ierīces centrā ir 38 V 10 A pazemināšanas regulators ar induktors, vadības IC, strāvas slēdži un kompensācija, kas atrodas vienā virsmas montāžas iepakojumā. 

Tas ietver arī plašas uzraudzības un aizsardzības shēmas, lai aizsargātu augstas vērtības slodzes, piemēram, ASIC, FPGA un mikroprocesorus. 

LTM4641 pastāvīgi uzrauga ieejas zemspriegumu, ieejas pārspriegumu, pārmērīgu temperatūru un izejas pārspriegumu un pārstrāvas apstākļus un darbojas atbilstoši, lai aizsargātu slodzi. 

● Regulējami sprūda sliekšņi

Lai izvairītos no nepareizas vai priekšlaicīgas aizsardzības funkciju izpildes, katram no šiem uzraudzītajiem parametriem ir iebūvēta traucējumu imunitāte un lietotāja regulējami sprūda sliekšņi, izņemot pārstrāvas aizsardzību, kas tiek īstenota uzticami, ciklu pa ciklam ar strāvas režīma vadību. 

Izejas pārsprieguma gadījumā LTM4641 reaģē 500 ns laikā pēc bojājuma noteikšanas (2. attēls).   

 

2. attēls. LTM4641 reaģē uz pārsprieguma stāvokli 500 n laikā, aizsargājot slodzi no sprieguma sprieguma

LTM4641 aizsardzības risinājumi

● LTM4641 reaģē veikli un uzticami, lai aizsargātu pakārtotās ierīces, un atšķirībā no risinājumiem, kuru pamatā ir drošinātāji, tas var automātiski atiestatīt un atkārtoti apbruņoties pēc kļūmes stāvokļa izzušanas. 

● LTM4641 izmanto iekšējo diferenciālo sensoru pastiprinātāju, lai regulētu spriegumu slodzes jaudas spailēs, samazinot kļūdas, kas rodas no kopējā režīma trokšņiem un PCB trases sprieguma kritumiem starp LTM4641 un slodzi. 

● Līdzstrāvas spriegums pie slodzes tiek regulēts ar precizitāti, kas ir labāka par ±1.5% attiecībā pret līniju, slodzi un temperatūru. Šis precīzais izejas sprieguma mērījums tiek ievadīts arī ātrā izejas pārsprieguma komparatorā, kas iedarbina LTM4641 aizsardzības funkcijas. 

● Ja tiek konstatēts pārsprieguma stāvoklis, μModuļa regulators ātri uzsāk vairākus vienlaicīgus darbības virzienus. Ārējais MOSFET (MSP 3. attēlā) atvieno ievades padevi, noņemot augstsprieguma ceļu no regulatora un lielas vērtības slodzi. Cits ārējais MOSFET (MCB 3. attēlā) ievieš a zems lauzņa funkcija, ātri izlādējot slodzes apvada kondensatorus (COUT 3. attēlā). 

● LTM4641 iebūvētais līdzstrāvas/līdzstrāvas samazināšanas regulators pāriet bloķētā izslēgšanas stāvoklī un izdod kļūdas signālu, ko norāda HYST tapa, ko sistēma var izmantot, lai uzsāktu labi pārvaldītu izslēgšanas secību un/vai sistēmas atiestatīšanu. Lai noteiktu bojājuma apstākļus, tiek izmantota īpaša sprieguma atsauce, kas nav atkarīga no vadības cilpas atsauces sprieguma. Tas nodrošina noturību pret viena punkta atteici, ja vadības cilpas atsauce neizdodas.

 3. attēls. LTM4641 izejas pārsprieguma aizsardzības plāns. Zondes ikonas atbilst viļņu formām 2. attēlā

● LTM4641 aizsardzības līdzekļus pastiprina tā kļūdu atkopšanas iespējas. Tradicionālajā pārsprieguma drošinātāja/SCR aizsardzības shēmā tiek izmantots drošinātājs, lai atdalītu barošanas avotu no augstas vērtības slodzes. Lai atkoptu no drošinātāja izdegšanas kļūmes, ir nepieciešama cilvēka iejaukšanās — kādam ir fiziska piekļuve drošinātājam, lai to noņemtu un nomainītu — ieviešot nepieņemamu aizkavēšanos kļūmes atkopšanā augsta darbspējas laika vai attālām sistēmām.

● Turpretim LTM4641 var atsākt normālu darbību, tiklīdz kļūdas stāvoklis ir novērsts, pārslēdzot loģiskā līmeņa vadības tapu vai konfigurējot LTM4641 autonomai restartēšanai pēc noteikta taimauta perioda. Ja kļūmes apstākļi atkal parādās pēc tam, kad LTM4641 atsāk darboties, iepriekš minētie aizsardzības līdzekļi nekavējoties no jauna aktivizējas, lai aizsargātu slodzi.

LTM4641 ieejas pārsprieguma aizsardzība

Dažos gadījumos ar izejas pārsprieguma aizsardzību vien nepietiek, un ir nepieciešama ieejas pārsprieguma aizsardzība. LTM4641 aizsardzības shēma var uzraudzīt ieejas spriegumu un aktivizēt tā aizsardzības līdzekļus, ja tiek pārsniegts lietotāja konfigurēts sprieguma slieksnis. 

Ja paredzamais maksimālais ieejas spriegums pārsniedz moduļa 38 V, ieejas pārsprieguma aizsardzību var palielināt līdz 80 V, kad LTM4641 joprojām darbojas pilnībā, pievienojot ārēju augstsprieguma LDO, lai saglabātu vadības un aizsardzības shēmas darbību (4. attēls).

 

4. attēls. Ieejas pārsprieguma aizsardzība līdz 80 V, izmantojot LTM4641 un ārējo LDO

Biežāk uzdotie jautājumi

1. J: Kāda ir regulatora loma?

A: Regulators uzrauga visu sistēmu, un tā galvenais pienākums ir nodrošināt atbilstību normatīvajam regulējumam.

2. J: Kāda ir atšķirība starp līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāju un regulatoru?

A: Līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāji regulē elektrisko jaudu, ieslēdzot un izslēdzot pārslēgšanas elementus (FET utt.). No otras puses, LDO regulatori regulē barošanu, kontrolējot FET pretestību. Līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāji ir ļoti efektīvi, pārveidojot elektroenerģiju, izmantojot pārslēgšanas vadību.

3. J: Kāpēc jums ir nepieciešams DC–DC pārveidotājs?

A: Līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāju izmanto, lai samazinātu augstsprieguma līdzstrāvas ievadi līdz noteiktas īpašas iekārtas zemsprieguma līdzstrāvas izvadei. Tos izmanto arī, lai izolētu dažus ļoti jutīgus ķēdes komponentus no citiem ķēdes komponentiem, lai izvairītos no bojājumiem.

4. J: Kas ir līdzstrāvas/līdzstrāvas sprieguma regulators?

A: Līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājs ir elektriskā sistēma (ierīce), kas pārveido līdzstrāvas (DC) avotus no viena sprieguma līmeņa uz citu. Citiem vārdiem sakot, līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājs kā ievadi izmanto līdzstrāvas ieejas spriegumu un izvada citu līdzstrāvas spriegumu. Līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāju sauc arī par līdzstrāvas-līdzstrāvas jaudas pārveidotāju vai sprieguma regulatoru.

Secinājumi

Izmantojot šo kopīgošanu, mēs uzzinām pagātnes izaicinājumus un nozares problēmas un atbilstošus risinājumus un to, kā LMT4641 μModule regulators tos risina. Tas apvieno efektīvu līdzstrāvas/līdzstrāvas regulatoru ar ātru un precīzu izejas pārsprieguma aizsardzības ķēdi un efektīvi novērš pārsprieguma riskus. Kā jūs domājat par šo produktu? Atstājiet savus komentārus zemāk un pastāstiet mums savu ideju!

Lasīt arī

● μModuļu regulatori samazina barošanas avota izmēru un piepūli

● Kā noteikt Zenera diodi Pamatoti sprieguma regulatori?

● Pilnīga rokasgrāmata LDO regulatoram 2021. gadā

● Kā LTC3035 LDO regulators līdzsvaro zemu atkrituma spriegumu un mazu tilpumu?

Atstāj ziņu 

Message saraksts