Kuidas LTM4641 μmooduli regulaator tõhusalt ülepinget ennetab?

Siini vahepinged 24 V ~ 28 V on levinud tööstus-, kosmose- ja kaitsesüsteemides, kus järjestikku ühendatud akud võivad olla varutoiteallikaks ja 12 V siiniarhitektuurid kipuvad olema jaotuskadude tõttu ebapraktilised. Suurenev pingelõhe süsteemisiini ja digitaalprotsessorite toitesisendi vahel seab konstruktsiooniprobleemid seoses toiteedastuse, ohutuse ja lahenduse suurusega.

Õnneks lahendab LTM4641 μModule regulaator ülaltoodud probleemid kiire ja usaldusväärse reaktsiooni ja taastumise ning sisendi liigpingekaitse kaudu. 

See jagamine annab teile üksikasjaliku sissejuhatuse mõnedele minevikus esinenud probleemidele ja suhtelistele lahendustele, sealhulgas mõningatele riskidele, väljakutsetele ja tööstusprobleemidele, millega silmitsi seisime. Kui need probleemid on teid vaevanud või vaevavad, saate selle jagamise kaudu paremini õppida, kuidas neid LTM4641 μModule regulaatoriga lahendada. Jätkame lugemist!

Jagamine on hoolimine!

sisu

● Miks on traditsioonilisel alalis-alalisvoolu muunduril ülepinge Ri?sk?

● Odavad võltsitud komponendid tekitavad kalleid peavalusid

● Mida peaks riskide maandamise planeerimine sisaldama?

● Millised on traditsioonilise kaitseahela puudused?

● Kuidas LTM4641 regulaator saavutab kiire ja töökindla reageerimise ja taastumisem Vead?

● FAQ

● Järeldus

Miks on traditsioonilisel alalis-/alalisvoolumuunduril ülepinge oht?

Kui laadimispunktis kasutatakse üheastmelist isoleerimata alalis-alalisvoolu muundurit, peab see töötama ülitäpse PFM/PWM ajastusega. Sisendpinge sündmused võivad pingestada alalis-/alalisvoolumuundureid, tekitades koormusele ülepingeriski. 

Tootmisel kasutusele võetud vigased või võltskondensaatorid võivad põhjustada väljundpinge nihkeid, mis ületavad koormuse nimiväärtusi, mis võib põhjustada laialdaselt kasutatavad mikroprotsessorid nagu FPGA, ASIC süüdata.

Sõltuvalt kahjustuse ulatusest võib algpõhjust raske leida. Liigpinge riski maandamise plaan on tingimata vajalik, et vältida klientide rahulolematust. 

Traditsioonilised kaitsmega liigpingekaitseskeemid ei pruugi olla piisavalt kiired ega piisavalt töökindlad, et kaitsta kaasaegseid FPGA-sid, ASIC-e ja mikroprotsessoreid, eriti kui ülesvoolu pingerööbas on 24 V või 28 V nimipingega. Vajalik on aktiivne kaitse POL DC/DC juures. 

LTM4641 on 38 V pingega 10A alalisvoolu/alalisvoolu vähendav μModule® regulaator, mis kaitseb paljude rikete eest, sealhulgas väljundpinge eest, ja toibub neist.

Lüliti täpse ajastuse tähtsus suureneb sisendpinge ja liigpingetega Kui sisend- ja väljundpinge vahel on suur erinevus, eelistatakse lülitus-DC/DC-regulaatoreid lineaarsetele regulaatoritele nende palju suurema tõhususe tõttu. 

● DC/DC regulaatori vea piir on vähendatud

Lahenduse väikese suuruse saavutamiseks on parim valik isoleerimata alandusmuundur, mis töötab piisavalt kõrgel sagedusel, et vähendada oma võimsusmagnetika ja filtrikondensaatorite suuruse nõudeid. 

Kuid suure astmelise astmega rakendustes peab alalis-alalisvoolu lülitusmuundur töötama kuni 3% töötsüklitel, nõudes täpset PWM/PFM ajastust. 

Lisaks nõuavad digitaalprotsessorid ranget pingeregulatsiooni ja kiire mööduv reaktsioon on vajalik pinge hoidmiseks ohututes piirides. Suhteliselt kõrge sisendpinge korral väheneb alalis-alalisvoolu regulaatori ülemise külje lüliti sisselülitamise veavaru.

Siini pingetõusud, mis sageli esinevad kosmose- ja kaitserakendustes, kujutavad endast ohtu mitte ainult alalis-alalisvoolumuundurile, vaid ka koormusele. DC/DC muundur peab olema ette nähtud reguleerima kiire juhtkontuuriga liigpinge tõusu kaudu, et oleks saavutatud piisav liini tagasilükkamine. 

Kui alalis-/alalisvoolumuundur ei suuda siini liigpinget reguleerida või üle elada, esitatakse koormusele ülepinge. Ülepinge tõrked võivad tekkida ka siis, kui koormuse möödaviigukondensaatorid lagunevad koos vanuse ja temperatuuriga, mille tulemuseks on lõdvem siirdekoormuse reaktsioon lõpptoote eluea jooksul. 

● Kondensaatorid lagunevad üle juhtahela konstruktsiooni piiride

Kui kondensaatorid lagunevad üle juhtkontuuri konstruktsiooni piiride, võib koormuse ülepinge mõjutada kahe võimaliku mehhanismi abil: 

Esiteks, isegi kui juhtimisahel jääb stabiilseks, näitavad rasked mööduvad koormuse etapi sündmused suuremaid pingemuutusi, kui projekteerimise alguses eeldati. 

Teiseks, kui juhtimisahel muutub tinglikult stabiilseks (või, mis veel hullem, ebastabiilseks), võib väljundpinge võnkuda ja piigid ületavad lubatud piire. 

Kondensaatorid võivad ka ootamatult või enneaegselt laguneda, kui kasutatakse valet dielektrilist materjali või kui võltskomponendid sisenevad tootmisvoogu.

Kõrgepinge lineaarse Poewri toite projekteerimine ja testimine (0–200 V)

Odavad võltsitud komponendid tekitavad kallist peavalus

Halli turu või musta turu võltsitud komponendid võivad olla ahvatlevad, kuid need ei vasta ehtsa toote standarditele (nt neid võidakse ringlusse võtta, elektroonikajäätmetest taaskasutada või kehvematest materjalidest ehitada). Lühiajaline sääst muutub suureks pikaajaliseks kuluks, kui võltsitud toode ebaõnnestub. Näiteks võltskondensaatorid võivad mitmel viisil üles öelda. Probleemide hulka kuuluvad: 

1. On täheldatud, et võltsitud tantaalkondensaatorid kuumenevad sisemiselt positiivse tagasiside mehhanismiga kuni termilise häireni. 

2. Võltsitud keraamilised kondensaatorid võivad sisaldada kahjustatud või kehvema kvaliteediga dielektrilist materjali, mille tulemuseks on mahtuvuse kiirenemine vanuse või kõrgendatud töötemperatuuri korral. 

3. Kui kondensaatorid ebaõnnestuvad katastroofiliselt või nende väärtus halveneb, põhjustades juhtkontuuri ebastabiilsust, võivad pinge lainekujud muutuda palju suuremaks amplituudiga kui algselt kavandatud, seades ohtu koormuse. 

Kahjuks leiavad võltsitud komponendid üha enam teed tarneahelasse ja elektroonika tootmisvoogu isegi kõige tundlikumates ja turvalisemates rakendustes. 

USA senati relvastatud teenistuste komitee (SASC) 2012. aasta mais avalikult avaldatud raportist leiti sõjaväelennukites ja relvasüsteemides laialt levinud võltsitud elektroonikakomponente, mis võivad kahjustada nende jõudlust ja töökindlust - süsteemid, mille on ehitanud kaitsetööstuse tippettevõtjad. 

Koos selliste süsteemide elektrooniliste komponentide arvu suurenemisega - uues Joint Strike Fighteris enam kui 3,500 integraallülitust - kujutavad võltsitud komponendid süsteemi jõudlust ja töökindlust, mida ei saa enam eirata. 

Mida peaks riskide maandamise planeerimine Contasisse?

Igas riskimaandamiskavas tuleks kaaluda, kuidas süsteem reageerib ülepingeolukorrale ja taastub sellest. Probleemid, sealhulgas: 

1. Kas ülepinge rikkest tulenev suitsu või tulekahju võimalus on vastuvõetav? 

2. Kas jõupingutusi algpõhjuse väljaselgitamiseks ja parandusmeetmete rakendamiseks takistaks ülepingest tingitud kahju? 

3. Kui kohalik operaator paneks kahjustatud süsteemi sisse (taaskäivitama), siis kas süsteemi veelgi suurem kahju takistaks taastamispüüdlusi veelgi?

4. Milline on tõrke põhjuse väljaselgitamiseks ja süsteemi normaalse töö jätkamiseks kuluv protsess ja aeg?

Millised on traditsioonilise kaitseahela puudused?

A traditsiooniline liigpingekaitse skeem koosneb kaitsme, räni juhitava alaldi (SCR) ja Zeneri dioodi (joonis 1). Kui sisendtoitepinge ületab Zeneri läbilöögipinge, aktiveerub SCR, tõmmates piisava voolu ülesvoolu kaitsme lahti puhumiseks.

 Joonis 1. Traditsiooniline ülepingekaitseahel, mis koosneb kaitsmest, SCR-ist ja Zenestr diood

● Aega võttev - Kuigi selle vooluahela reaktsiooniaeg on odav, ei piisa uusimate digitaalahelate usaldusväärseks kaitsmiseks, eriti kui ülesvoolu toiterööbas on vahepingesiin. Veelgi enam, ülepinge veast taastumine on invasiivne ja aeganõudev. 

● Tagasilükkamines - See lihtne skeem on suhteliselt lihtne ja odav, kuid sellel lähenemisviisil on puudusi: Zeneri dioodi läbilöögipinge（锚文本，16px，蓝色，arial，加粗，下划线）, SCR-värava päästiku lävi ja kaitsme läbipõlemiseks vajalik vool põhjustavad ebaühtlaseid reageerimisaegu. Kaitse võib rakenduda liiga hilja, et vältida ohtliku pinge jõudmist koormusele. 

● Palju vaeva taastumiseks - Rikkest taastumiseks on vaja palju pingutusi, mis hõlmavad kaitsme füüsilist hooldust ja süsteemi taaskäivitamist. Kui vaadeldav pingerööp toidab digitaalset südamikku, on SCR-i kaitsevõime piiratud, kuna suure voolu korral on edasimineku langus võrreldav uusimate digitaalprotsessorite südamiku pingega või sellest suurem. 

Nende puuduste tõttu ei sobi traditsiooniline ülepingekaitseskeem kõrgepinge-madalpinge alalis-/alalispinge muundamiseks koormustele, nagu ASIC-id või FPGA-d, mille väärtus võib ulatuda sadadesse kui mitte tuhandetesse dollaritesse.

Kuidas LTM4641 regulaator kiiresti ja usaldusväärselt reageerib ning tõrgetest taastub?

Parem lahendus oleks eelseisva ülepinge olukorra täpne tuvastamine ja sellele reageerimine sisendtoite kiire lahtiühendamisega, samal ajal tühjendades väikese impedantsi teega koormusel liigset pinget. See on võimalik LTM4641 kaitsefunktsioonidega. 

● Täielikud seire- ja kaitsekomponendid

Seadme keskmes on 38 V 10 A astmeline regulaator koos induktiivpooli, juht-IC, toitelülitite ja kompensatsiooniga, mis kõik sisalduvad ühes pindpaigalduspaketis. 

See sisaldab ka ulatuslikke jälgimis- ja kaitseskeeme, et kaitsta suure väärtusega koormusi, nagu ASIC-id, FPGA-d ja mikroprotsessorid. 

LTM4641 jälgib pidevalt sisendi alampinget, sisendi ülepinget, ületemperatuuri ja väljundi ülepinget ja liigvoolutingimusi ning toimib koormuse kaitsmiseks asjakohaselt. 

● Reguleeritavad käivitusläved

Kaitsefunktsioonide vale või enneaegse käivitamise vältimiseks on kõigil neil jälgitavatel parameetritel sisseehitatud tõrgeteta kaitse ja kasutaja poolt reguleeritavad käivitusläved, välja arvatud liigvoolukaitse, mida rakendatakse usaldusväärselt, tsükkel-tsükli haaval voolurežiimi juhtimisega. 

Väljundi ülepinge korral reageerib LTM4641 500 ns jooksul pärast vea tuvastamist (joonis 2).   

 

Joonis 2. LTM4641 reageerib ülepinge olukorrale 500 ns jooksul, kaitstes koormust pinge eest

LTM4641 kaitselahendused

● LTM4641 reageerib nobedalt ja usaldusväärselt, et kaitsta allavoolu seadmeid ning erinevalt kaitsmepõhistest lahendustest saab see pärast rikkeseisundi taandumist automaatselt lähtestada ja uuesti valvestada. 

● LTM4641 kasutab sisemist diferentsiaalvõimendit, et reguleerida pinget koormuse toiteklemmidel, minimeerides ühisrežiimi mürast ja PCB jälgimispinge langusest tulenevad vead LTM4641 ja koormuse vahel. 

● Koormuse alalispinge reguleerimine on parem kui ±1.5% täpsusega üle liini, koormuse ja temperatuuri. See täpne väljundpinge mõõtmine suunatakse ka kiirele väljundi liigpinge komparaatorile, mis käivitab LTM4641 kaitsefunktsioonid. 

● Kui tuvastatakse ülepinge, käivitab μModule regulaator kiiresti mitu samaaegset tegevust. Väline MOSFET (MSP joonisel 3) katkestab sisendtoite, eemaldades kõrgepinge tee regulaatorilt ja suure väärtusega koormuse. Teine väline MOSFET (MCB joonisel 3) rakendab a madal raudkangi funktsioon, tühjendades kiiresti koormuse möödaviigukondensaatorid (COUT joonisel 3). 

● LTM4641 sisseehitatud alalis-/alalisvooluregulaator lülitub lukustatud väljalülitusolekusse ja väljastab veasignaali, mida näitab HYST-viik, mida süsteem saab kasutada hästi juhitud väljalülitusjärjestuse ja/või süsteemi lähtestamise algatamiseks. Veaolukordade tuvastamiseks kasutatakse juhtkontuuri võrdluspingest sõltumatut spetsiaalne referentspinge. See tagab vastupidavuse ühepunktilise tõrke vastu, kui juhtkontuuri referents peaks ebaõnnestuma.

 Joonis 3. LTM4641 väljundi liigpingekaitse plaan. Sondi ikoonid vastavad joonisel 2 kujutatud lainekujudele

● LTM4641 kaitsefunktsioone tugevdavad selle vea taastamise võimalused. Traditsioonilises ülepingekaitsme/SCR-i kaitseskeemis kasutatakse toiteallika eraldamiseks suure väärtusega koormusest kaitsmele. Kaitsme läbipõlevast tõrkest taastumiseks on vaja inimese sekkumist – keegi, kellel on kaitsmele füüsiline juurdepääs, et see eemaldada ja asendada –, mis toob kaasa lubamatu viivituse tõrke taastamisel kõrge tööajaga või kaugsüsteemide puhul.

● Seevastu LTM4641 võib pärast tõrkeseisundi kõrvaldamist jätkata normaalset tööd, lülitades sisse loogikataseme juhttihvti või konfigureerides LTM4641 iseseisvaks taaskäivitamiseks pärast määratud ajalõpuperioodi. Kui pärast LTM4641 töö jätkamist ilmnevad tõrked, rakenduvad eelnimetatud kaitsed kohe uuesti, et kaitsta last.

LTM4641 sisendpingekaitse

Mõnel juhul ei piisa ainult väljundi ülepingekaitsest ja vajalik on sisendi ülepingekaitse. LTM4641 kaitselülitus suudab jälgida sisendpinget ja aktiveerida selle kaitsefunktsioonid, kui kasutaja seadistatud pingelävi ületatakse. 

Kui eeldatav maksimaalne sisendpinge ületab mooduli 38 V nimiväärtust, saab sisendi liigpingekaitset kuni 80 V-ni laiendada, kui LTM4641 on endiselt täielikult töökorras, lisades välise kõrgepinge LDO, et hoida juhtimis- ja kaitselülitusi elus (joonis 4).

 

Joonis 4. Sisendpingekaitse kuni 80 V, kasutades LTM4641 ja välist LDO-d

Korduma kippuvad küsimused

1. K: Mis on reguleeriva asutuse roll?

V: Regulaator teostab järelevalvet kogu süsteemi üle ja tema peamine kohustus on tagada regulatiivse raamistiku järgimine.

2. K: Mis vahe on alalis-/alalisvoolumuunduril ja regulaatoril?

V: DC/DC muundurid reguleerivad elektrivõimsust, lülitades sisse ja välja lülituselemente (FET-id jne). Teisest küljest reguleerivad LDO regulaatorid toiteallikat, kontrollides FETide sisselülitamist. DC/DC muundurid on väga tõhusad elektrienergia muundamiseks lülitusjuhtimise abil.

3. K: Miks on vaja alalis-alalisvoolu muundurit?

V: DC-DC muundurit kasutatakse kõrgepinge alalisvoolu sisendi vähendamiseks teatud konkreetsete seadmete madalpinge alalisvoolu väljundiks. Neid kasutatakse ka mõnede vooluringi väga tundlike komponentide isoleerimiseks teistest ahela komponentidest, et vältida kahjustusi.

4. K: Mis on alalis-/alalispingeregulaator?

V: DC-DC muundur on elektrisüsteem (seade), mis teisendab alalisvoolu (DC) allikad ühelt pingetasemelt teisele. Teisisõnu, alalis-alalisvoolu muundur võtab sisendiks alalisvoolu sisendpinge ja väljastab erineva alalispinge. DC-DC muundurit nimetatakse ka DC-DC võimsusmuunduriks või pingeregulaatoriks.

Järeldus

Selle jagamise kaudu saame teada väljakutsetest ja tööstuse probleemidest ning vastavatest lahendustest minevikus ning kuidas LMT4641 μModule regulaator neid lahendab. See ühendab tõhusa alalis-/alalisvooluregulaatori kiire ja täpse väljundi ülepingekaitseahelaga ning hoiab tõhusalt ära ülepingeriskid. Kuidas te sellest tootest arvate? Jätke oma kommentaarid allpool ja rääkige meile oma ideest!

Loe edasi

● μMooduli regulaatorid vähendavad toiteallika suurust ja disainipingutusi

● Kuidas tuvastada Zeneri dioodi Põhised pingeregulaatorid?

● LDO regulaatori täielik juhend 2021. aastal

● Kuidas tasakaalustab LTC3035 LDO regulaator madalat katkestuspinget ja väikest mahtu?

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri