Hoe LTM4641 μModule Reguleerder oorspanning doeltreffend voorkom?

Intermediêre busspannings van nominaal 24V~28V is algemeen in industriële, lugvaart- en verdedigingstelsels waar seriegekoppelde batterye 'n rugsteunkragbron kan wees en 12V busargitekture is geneig om onprakties te wees as gevolg van verspreidingsverliese. Die toenemende spanningsgaping tussen die stelselbus en die kraginsette van digitale verwerkers bied ontwerpuitdagings met betrekking tot kraglewering, veiligheid en oplossinggrootte.

Gelukkig los die LTM4641 μModule-reguleerder bogenoemde probleme op deur vinnige en betroubare reaksie en herstel, sowel as insetstuwingbeskerming. 

Hierdie deel sal jou 'n gedetailleerde inleiding gee tot sommige probleme wat ons in die verlede teëgekom het en relatiewe oplossings, insluitend 'n paar risiko's, uitdagings en bedryfsprobleme wat ons in die gesig gestaar het. As jy deur hierdie probleme gebuk gegaan het, of word jy deur hierdie probleme, kan jy beter leer hoe om dit op te los met LTM4641 μModule-reguleerder deur hierdie aandeel. Kom ons lees verder!

Om te deel is om om te gee!

inhoud

● Waarom tradisionele GS/DC-omsetter in die gesig staar oorspanning RiSK?

● Goedkoop nagemaakte komponente genereer duur hoofpyne

● Wat moet 'n risikobeperkingsbeplanning bevat?

● Wat is die ontoereikendheid van tradisionele beskermingskring?

● Hoe LTM4641-reguleerder vinnige en betroubare reaksie bereik en herstelm Foute?

● FAQ

● Gevolgtrekking

Waarom het tradisionele GS/DC-omskakelaars oorspanningsrisiko in die gesig?

As 'n enkelfase nie-geïsoleerde afwaartse GS/GS-omskakelaar by die punt van las gebruik word, moet dit met uiters akkurate PFM/PWM-tydsberekening werk. Insetstuwinggebeure kan GS/GS-omsetters stres, wat 'n oorspanningrisiko vir die las inhou. 

Foutiewe of vervalste kapasitors wat in die vervaardiging ingebring word, kan veroorsaak dat uitsetspanningsveranderinge die las se graderings oorskry, wat moontlik die wyd gebruikte mikroverwerkers soos FPGA, ASIC om aan te steek.

Afhangende van die omvang van die skade, kan die oorsaak moeilik wees om te vind. ’n Oorspanningrisiko-versagtingsplan is absoluut noodsaaklik om ontevredenheid by klante te voorkom. 

Tradisionele oorspanningbeskermingskemas wat 'n lont behels, is nie noodwendig vinnig genoeg nie, en ook nie betroubaar genoeg nie, om moderne FPGA's, ASIC's en mikroverwerkers te beskerm, veral wanneer die stroomopspanningspoor 24V of 28V nominaal is. Aktiewe beskerming by die POL DC/DC is nodig. 

Die LTM4641 is 'n 38V-gegradeerde, 10A DC/DC afwaartse μModule®-reguleerder wat verdedig en herstel van baie foute, insluitend uitsetspanning.

Belangrikheid van akkurate skakelaartydberekening neem toe met insetspanning en stuwings Wanneer 'n wye differensiaal tussen die inset- en uitsetspannings bestaan, word wisselende GS/GS-reguleerders bevoordeel bo lineêre reguleerders vir hul veel hoër doeltreffendheid. 

● Marge vir fout van die DC/DC Reguleerder word verminder

Om 'n klein oplossingsgrootte te verkry, is 'n nie-geïsoleerde trappekonverteerder die beste keuse, wat op hoë genoeg frekwensie werk om die groottevereistes van sy kragmagnetika en filterkapasitors te krimp. 

In toepassings met 'n hoë verlagingsverhouding moet 'n DC/DC-skakelomskakelaar egter met 'n afloopsnelheid van tot 3%werk, wat akkurate PWM/PFM-tydsberekening vereis. 

Verder word streng spanningsregulering deur digitale verwerkers vereis, en vinnige verbygaande reaksie is nodig om die spanning binne veilige perke te hou. By relatief hoë insetspannings word die marge vir fout in die aan-tyd van die boonste syskakelaar van die DC/DC reguleerder verminder.

Busspanningstuwings, wat dikwels in lugvaart- en verdedigingstoepassings voorkom, hou nie net 'n gevaar in vir die GS/GS-omsetter nie, maar ook vir die las. Die GS/GS-omsetter moet gegradeer word om deur die oorspanningstuwing met 'n vinnige beheerlus te reguleer, sodat voldoende lynverwerping verkry word. 

As die GS/GS-omsetter nie daarin slaag om 'n busstuwing te reguleer of te oorleef nie, word 'n oorspanning aan die las aangebied. Oorspanningsfoute kan ook ingestel word namate die las se omleidingkapasitors afbreek met ouderdom en temperatuur, wat lei tot losser verbygaande lasreaksie oor die loop van die eindproduk se lewe. 

● Kapasitors degradeer buite die grense van die beheerlus se ontwerp

As die kapasitors buite die grense van die beheerlus se ontwerp afbreek, kan die las deur twee moontlike meganismes aan oorspanning blootgestel word: 

Eerstens, selfs al bly die beheerlus stabiel, sal swaar verbygaande las-stap-gebeure hoër spanningsuitwykings toon as wat verwag is aan die begin van die ontwerp. 

Tweedens, as die beheerlus voorwaardelik stabiel word (of, erger nog, onstabiel), kan die uitsetspanning ossilleer met pieke wat die aanvaarbare perke oorskry. 

Kondensators kan ook onverwags of voortydig agteruitgaan as 'n verkeerde diëlektriese materiaal gebruik word, of as valse komponente die vervaardigingsvloei binnedring.

Hoëspanning lineêre kragtoevoerontwerp en -toetsing (0 - 200V)

Goedkoop nagemaakte komponente genereer duur hoofpyns

Grysmark- of swartmark-nagemaakte komponente kan aanloklik wees, maar hulle voldoen nie aan die standaarde van die opregte artikel nie (bv. hulle kan herwin word, herwin word uit elektroniese afval, of van minderwaardige materiale gebou word). 'n Korttermynbesparing word 'n groot langtermyn-uitgawe wanneer 'n vervalste produk misluk. Vervalste kapasitors kan byvoorbeeld op 'n aantal maniere misluk. Die probleme sluit in: 

1. Daar is gesien dat nagemaakte tantaalkapasitors interne selfverhitting ondervind met 'n positiewe terugvoermeganisme tot die punt dat dit termiese weghol bereik. 

2. Vervalste keramiekkapasitors kan gekompromitteerde of minderwaardige diëlektriese materiaal bevat, wat lei tot 'n versnelde verlies aan kapasitansie met ouderdom of by verhoogde bedryfstemperature. 

3. Wanneer kapasitors katastrofies misluk of in waarde degradeer om beheerlus-onstabiliteit te veroorsaak, kan die spanningsgolfvorms baie groter in amplitude word as wat oorspronklik ontwerp is, wat die las in gevaar stel. 

Ongelukkig vir die bedryf vind vervalste komponente toenemend hul weg in die voorsieningsketting en elektroniese vervaardigingsstroom, selfs in die mees sensitiewe en veilige toepassings. 

In 'n verslag van die Amerikaanse Senaat se Armed Services Committee (SASC) wat in Mei 2012 in die openbaar gepubliseer is, is wydverspreide elektroniese komponente in militêre vliegtuie en wapenstelsels gevind wat hul prestasie en betroubaarheid kan benadeel - stelsels wat deur die topkontrakteurs in die verdedigingsbedryf gebou is. 

Tesame met die toenemende aantal elektroniese komponente in sulke stelsels - meer as 3,500 XNUMX geïntegreerde stroombane in die nuwe Joint Strike Fighter - hou vervalste komponente 'n stelselprestasie en betroubaarheidsrisiko in wat nie meer geïgnoreer kan word nie. 

Wat moet 'n risikobeperkingsbeplanning inhouin?

Enige risikoversagtingsplan moet oorweeg hoe die stelsel sal reageer op en herstel van 'n oorspanningstoestand. Die probleme sluit in: 

1. Is die moontlikheid van rook of brand as gevolg van 'n oorspanningsfout aanvaarbaar? 

2. Sal pogings om die oorsaak te bepaal en regstellende aksies te implementeer bemoeilik word deur skade as gevolg van 'n oorspanningsfout? 

3. Indien 'n plaaslike operateur 'n gekompromitteerde stelsel aanstuur (herlaai), sal selfs groter skade aan die stelsel tot gevolg hê dat herstelpogings verder belemmer word?

4. Wat is die proses en tyd wat benodig word om die oorsaak van die fout te bepaal en normale stelselwerking te hervat?

Wat is die ontoereikendheid van tradisionele beskermingskring?

A tradisionele oorspanningbeskermingskema bestaan van 'n lont, silikonbeheerde gelykrigter (SCR) en Zener-diode (Figuur 1). As die insettoevoerspanning die Zener-afbreekspanning oorskry, aktiveer die SCR en trek genoeg stroom om die stroomop-lont oop te blaas.

 Figuur 1. Tradisionele oorspanningbeskermingskring wat bestaan ​​uit 'n lont, SCR en Zener diode

● Tydrowend - Alhoewel dit goedkoop is, is hierdie stroombaan se reaksietyd onvoldoende om die nuutste digitale stroombane betroubaar te beskerm, veral wanneer die stroomoptoevoerspoor 'n tussenspanningsbus is. Boonop is herstel van 'n oorspanningsfout indringend en tydrowend. 

● nadeels - Hierdie eenvoudige stroombaan is relatief eenvoudig en goedkoop, maar daar is nadele van hierdie benadering: Variasies in die Zenerdiode-afbreekspanning（锚文本，16px，蓝色，arial，加粗，下划线）, SCR-hek-snellerdrempel en stroom wat nodig is om die lont te laat blaas, lei tot inkonsekwente reaksietye. Beskerming kan te laat inskakel om te verhoed dat gevaarlike spanning die las bereik. 

● Baie moeite om te herstel - Die vlak van inspanning wat nodig is om van 'n fout te herstel, is hoog, wat die fisiese diens van die lont en die herbegin van die stelsel behels. As die spanningspoor wat oorweeg word, die digitale kern aandryf, is 'n SCR se beskermingsvermoë beperk, aangesien die voorwaartse daling by hoë strome vergelykbaar is met of bo die kernspanning van die nuutste digitale verwerkers. 

As gevolg van hierdie nadele is die tradisionele oorspanningbeskermingskema nie geskik vir hoëspanning na lae spanning GS/GS-omskakeling wat vragte soos ASIC's of FPGA's aandryf wat in die honderde indien nie duisende dollars gewaardeer kan word nie.

Hoe LTM4641-reguleerder vinnige en betroubare reaksie bereik en herstel van foute?

'n Beter oplossing sou wees om 'n dreigende oorspanningstoestand akkuraat op te spoor en te reageer deur die insettoevoer vinnig te ontkoppel terwyl oortollige spanning by die las met 'n lae impedansiepad ontlaai word. Dit is moontlik met die beskermingskenmerke in die LTM4641. 

● Volledige komponente vir monitering en beskerming

Die kern van die toestel is 'n 38V-gegradeerde, 10A aftrapreguleerder met die induktor, beheer-IC, kragskakelaars en kompensasie alles in een oppervlakmonteerpakket. 

Dit sluit ook uitgebreide monitering- en beskermingskringe in om hoëwaardeladings soos ASIC's, FPGA's en mikroverwerkers te beskerm. 

Die LTM4641 hou konstant dop vir insetonderspanning, insetoorspanning, oortemperatuur en uitsetoorspanning en oorstroomtoestande en tree gepas op om die las te beskerm. 

● Verstelbare snellerdrempels

Om vals of voortydige uitvoering van die beskermingskenmerke te vermy, het elkeen van hierdie gemonitorde parameters ingeboude foutimmuniteit en gebruikerverstelbare snellerdrempels met die uitsondering van oorstroombeskerming, wat betroubaar geïmplementeer word, siklus-vir-siklus met stroommodusbeheer. 

In die geval van 'n uitsetoorspanningstoestand, reageer die LTM4641 binne 500ns van foutopsporing (Figuur 2).   

 

Figuur 2. Die LTM4641 reageer op 'n oorspanningstoestand binne 500ns, en beskerm die las teen spanningstres

Die beskermingsoplossings van LTM4641

● Die LTM4641 reageer flink en betroubaar om stroomaf toestelle te beskerm, en, anders as lont-gebaseerde oplossings, kan dit outomaties terugstel en homself herbewapen nadat fouttoestande bedaar het. 

● Die LTM4641 gebruik 'n interne differensiële waarnemingsversterker om die spanning by die las se kragterminale te reguleer, wat foute wat voortspruit uit gewone modus geraas en PCB-spoorspanningsval tussen die LTM4641 en die las tot die minimum beperk. 

● Die GS-spanning by die las word gereguleer tot beter as ±1.5% akkuraatheid oor lyn, las en temperatuur. Hierdie akkurate uitsetspanningmeting word ook na die vinnige uitset-oorspanningvergelyker gevoer, wat die LTM4641 se beskermingskenmerke aktiveer. 

● Wanneer 'n oorspanningstoestand opgespoor word, begin die μModule-reguleerder vinnig verskeie gelyktydige aksies. 'n Eksterne MOSFET (MSP in Figuur 3) ontkoppel die insettoevoer, wat die hoëspanningspad van die reguleerder en die hoëwaardelas verwyder. Nog 'n eksterne MOSFET (MCB in Figuur 3) implementeer a lae koevoet funksie, wat vinnig die las se verbyvloeikapasitors ontlaai (COUT in Figuur 3). 

● Die LTM4641 se ingeboude DC/DC-aftrapreguleerder gaan in 'n afgesluit-af-afskakeltoestand en reik 'n foutsein uit wat deur die HYST-pen aangedui word wat deur die stelsel gebruik kan word om 'n goed bestuurde afskakelvolgorde en/of stelselterugstelling te begin. 'n Toegewyde spanningsverwysing onafhanklik van die beheerlus se verwysingsspanning word gebruik om fouttoestande op te spoor. Dit bied veerkragtigheid teen 'n enkelpunt mislukking, sou die beheerlus se verwysing toevallig misluk.

 Figuur 3. LTM4641-uitset-oorspanningbeskermingsplan. Die sonde-ikone stem ooreen met die golfvorms in Figuur 2

● Die LTM4641 se beskermingskenmerke word versterk deur sy foutherstelopsies. In 'n tradisionele oorspanningsekering/SCR-beskermingskema word op 'n lont staatgemaak om die kragtoevoer van die hoëwaardelas te skei. Herstel van 'n lont-blaasfout vereis menslike ingryping - iemand met fisiese toegang tot die lont om dit te verwyder en te vervang - wat 'n onaanvaarbare vertraging in foutherstel vir hoë uptyd of afgeleë stelsels instel.

● Daarteenoor kan die LTM4641 normale werking hervat sodra die fouttoestand opgeklaar is, óf deur 'n logiese vlakbeheerpen te wissel óf deur die LTM4641 te konfigureer vir outonome herbegin na 'n gespesifiseerde tyd-uit periode. As fouttoestande weer opduik nadat die LTM4641 die werking hervat het, sal die voorgenoemde beskermings onmiddellik weer inskakel om die vrag te beskerm.

Insetstuwingbeskerming van LTM4641

In sommige gevalle is uitsetoorspanningbeskerming alleen onvoldoende, en insetoorspanningbeskerming word vereis. Die LTM4641 se beskermingskringe kan die insetspanning monitor en sy beskermingskenmerke aktiveer indien 'n gebruiker-gekonfigureerde spanningsdrempel oorskry word. 

As die verwagte maksimum insetspanning die 38V-gradering van die module oorskry, kan insetstuwingbeskerming tot 80V uitgebrei word met die LTM4641 steeds ten volle in werking deur 'n eksterne hoëspanning-LDO by te voeg om beheer- en beskermingskringe lewendig te hou (Figuur 4).

 

Figuur 4. Insetstuwingbeskerming tot 80V, met behulp van die LTM4641 en 'n eksterne LDO

Algemene vrae

1. V: Wat is die rol van 'n reguleerder?

A: Die reguleerder hou toesig oor die hele stelsel, en sy hoofverantwoordelikheid is om voldoening aan die regulatoriese raamwerk te verseker.

2. V: Wat is die verskil tussen GS / GS-omskakelaar en reguleerder?

A: GS/GS-omsetters reguleer elektriese krag deur skakelelemente (VOO's, ens.) aan en af ​​te skakel. Aan die ander kant reguleer LDO-reguleerders kragtoevoer deur aan-weerstand van VOO's te beheer. GS/GS-omsetters is uiters doeltreffend in die omskakeling van elektrisiteit deur die skakelbeheer.

3. V: Hoekom het jy 'n GS-na-GS-omsetter nodig?

A: Die GS-GS-omsetter word gebruik om die hoëspanning GS-inset na die laespanning GS-uitset van sekere spesifieke toerusting te verminder. Hulle word ook gebruik om sommige hoogs sensitiewe komponente in die stroombaan van ander komponente in die stroombaan te isoleer om enige skade te vermy.

4. V: Wat is DC / DC Spanning Reguleerder?

A: 'n GS-GS-omsetter is 'n elektriese stelsel (toestel) wat gelykstroombronne (GS) van een spanningsvlak na 'n ander omskakel. Met ander woorde, 'n GS-GS-omsetter neem 'n GS-insetspanning as inset en voer 'n ander GS-spanning uit. 'n GS-GS-omsetter word ook 'n GS-GS-kragomsetter of spanningsreguleerder genoem.

Gevolgtrekking

Deur hierdie deel leer ons die uitdagings en bedryfsprobleme, en ooreenstemmende oplossings in die verlede, en hoe LMT4641 μModule-reguleerder dit oplos. Dit kombineer 'n doeltreffende GS/GS reguleerder met 'n vinnige en akkurate uitset oorspanning beskerming stroombaan, en doeltreffend voorkom die oorspanning risiko's. Hoe dink jy van hierdie produk? Laat jou kommentaar hieronder en vertel ons jou idee!

Lees ook

● μModule -reguleerders verminder kragtoevoergrootte en ontwerppoging

● Hoe om Zener Diode op te spoor Gebaseerde spanningsreguleerders?

● 'n Volledige gids tot die LDO-reguleerder in 2021

● Hoe LTC3035 LDO-reguleerder lae uitvalspanning en klein volume balanseer?

Los 'n boodskap 

boodskap Lys