Si e parandalon me efikasitet rregullatori i modulit LTM4641 mbitensionin?

Tensionet e ndërmjetme të autobusit prej 24V~28V nominale janë të zakonshme në sistemet industriale, të hapësirës ajrore dhe të mbrojtjes ku bateritë e lidhura në seri mund të jenë një burim rezervë energjie dhe arkitekturat e autobusit 12V priren të jenë jopraktike për shkak të humbjeve të shpërndarjes. Zgjerimi i hendekut të tensionit midis autobusit të sistemit dhe hyrjeve të fuqisë së procesorëve dixhitalë paraqet sfida të projektimit në lidhje me shpërndarjen e energjisë, sigurinë dhe madhësinë e zgjidhjes.

Për fat të mirë, rregullatori i μModulit LTM4641 zgjidh problemet e mësipërme nëpërmjet reagimit dhe rikuperimit të shpejtë dhe të besueshëm, si dhe mbrojtjes nga mbitensionet e hyrjes. 

Kjo pjesë do t'ju japë një prezantim të detajuar të disa problemeve me të cilat jemi përballur në të kaluarën dhe zgjidhjet përkatëse, duke përfshirë disa rreziqe, sfida dhe probleme të industrisë me të cilat jemi përballur. Nëse keni qenë ose jeni të shqetësuar nga këto probleme, mund të mësoni më mirë se si t'i zgjidhni ato me rregullatorin μModule LTM4641 përmes kësaj pjese. Le të vazhdojmë të lexojmë!

Ndarja është e kujdesshme!

Përmbajtja

● Pse konvertuesi tradicional DC/DC përballet me mbitension Risk?

● Komponentët e lirë të falsifikuar gjenerojnë dhimbje koke të shtrenjta

● Çfarë duhet të përmbajë një plan për zbutjen e rrezikut?

● Cilat janë mangësitë e qarkut të mbrojtjes tradicionale?

● Si rregullatori LTM4641 arrin reagim dhe rikuperim të shpejtë dhe të besueshëmm Gabimet?

● FAQ

● Përfundim

Pse konvertuesi tradicional DC/DC përballet me rrezik mbitensioni?

Nëse në pikën e ngarkesës përdoret një konvertues DC/DC me një shkallë të paizoluar, me një shkallë të ulët, ai duhet të funksionojë me kohën jashtëzakonisht të saktë PFM/PWM. Ngjarjet e rritjes së hyrjes mund të stresojnë konvertuesit DC/DC, duke paraqitur një rrezik mbitensioni për ngarkesën. 

Kondensatorët e gabuar ose të falsifikuar të futur në prodhim mund të shkaktojnë ekskursione të tensionit në dalje që tejkalojnë normat e ngarkesës duke shkaktuar potencialisht mikroprocesorë të përdorur gjerësisht si FPGA, ASIC të ndizet.

Në varësi të shkallës së dëmtimit, shkaku kryesor mund të jetë i vështirë për t'u gjetur. Një plan për zbutjen e rrezikut të mbitensionit është absolutisht i nevojshëm për të parandaluar pakënaqësinë e klientit. 

Skemat tradicionale të mbrojtjes nga mbitensioni që përfshijnë një siguresë nuk janë domosdoshmërisht mjaftueshëm të shpejta, as të besueshme sa duhet, për të mbrojtur FPGA-të moderne, ASIC-të dhe mikroprocesorët, veçanërisht kur hekurudha e tensionit në rrjedhën e sipërme është nominale 24 V ose 28 V. Mbrojtja aktive në POL DC/DC është e nevojshme. 

LTM4641 është një rregullator μModule® me gradim 38V, 10A DC/DC që mbron dhe rikuperon nga shumë defekte, duke përfshirë mbitensionin në dalje.

Rëndësia e rritjes së kohës së saktë të ndërruesit me tensionin dhe mbitensionet e hyrjes Kur ekziston një diferencë e gjerë midis tensioneve të hyrjes dhe daljes, rregullatorët e ndërrimit DC/DC favorizohen mbi rregullatorët linearë për efikasitetin e tyre shumë më të lartë. 

● Marzhi i gabimit të rregullatorit DC/DC është zvogëluar

Për të arritur një madhësi të vogël të zgjidhjes, një konvertues i izoluar hap-poshtë është zgjidhja kryesore, që funksionon me frekuencë mjaft të lartë për të zvogëluar kërkesat e madhësisë së magnetikës së tij të fuqisë dhe kondensatorëve të filtrit. 

Megjithatë, në aplikacionet me raport të lartë të uljes, një konvertues komutues DC/DC duhet të funksionojë në cikle pune deri në 3%, duke kërkuar kohën e saktë PWM/PFM. 

Për më tepër, rregullimi i ngushtë i tensionit kërkohet nga procesorët dixhitalë, dhe përgjigje e shpejtë kalimtare është e nevojshme për të mbajtur tensionin brenda kufijve të sigurt. Në tensione relativisht të larta hyrëse, diferenca e gabimit në kohën e aktivizimit të çelësit anësor të sipërm të rregullatorit DC/DC zvogëlohet.

Rritjet e tensionit të autobusit, të cilat janë shpesh të pranishme në aplikimet e hapësirës ajrore dhe të mbrojtjes, përbëjnë një rrezik jo vetëm për konvertuesin DC/DC, por edhe për ngarkesën. Konvertuesi DC/DC duhet të vlerësohet për të rregulluar përmes rritjes së mbitensionit me një qark të shpejtë kontrolli, në mënyrë që të arrihet refuzimi i mjaftueshëm i linjës. 

Nëse konverteri DC/DC nuk arrin të rregullojë ose t'i mbijetojë një mbitensioni të autobusit, një mbitension paraqitet në ngarkesë. Gabimet e mbitensionit mund të paraqiten gjithashtu pasi kondensatorët e anashkalimit të ngarkesës degradohen me kalimin e moshës dhe temperaturës, gjë që rezulton në një reagim më të lirë të ngarkesës kalimtare gjatë rrjedhës së jetës së produktit përfundimtar. 

● Kondensatorët degradojnë përtej kufijve të dizajnit të qarkut të kontrollit

Nëse kondensatorët degradojnë përtej kufijve të dizajnit të lakut të kontrollit, ngarkesa mund të ekspozohet ndaj mbitensionit nga dy mekanizma të mundshëm: 

Së pari, edhe nëse qarku i kontrollit mbetet i qëndrueshëm, ngjarjet e rënda kalimtare të shkallës së ngarkesës do të demonstrojnë ekskursione më të larta të tensionit sesa pritej në fillimin e projektimit. 

Së dyti, nëse laku i kontrollit bëhet i qëndrueshëm me kusht (ose, më keq akoma, i paqëndrueshëm), tensioni i daljes mund të luhatet me majat që tejkalojnë kufijtë e pranueshëm. 

Kondensatorët gjithashtu mund të degradojnë papritur ose para kohe kur përdoret një material dielektrik i pasaktë, ose kur përbërësit e rremë hyjnë në rrjedhën e prodhimit.

Dizajni dhe testimi i furnizimit linear Poewr të tensionit të lartë (0 - 200 V)

Komponentët e lirë të falsifikuar gjenerojnë dhimbje koke të shtrenjtas

Komponentët e falsifikuar të tregut gri ose të tregut të zi mund të jenë joshës, por ato nuk plotësojnë standardet e artikullit origjinal (p.sh., ato mund të riciklohen, të rifitohen nga mbeturinat elektronike ose të ndërtohen nga materiale inferiore). Një kursim afatshkurtër bëhet një shpenzim i madh afatgjatë kur një produkt i falsifikuar dështon. Kondensatorët e falsifikuar, për shembull, mund të dështojnë në disa mënyra. Problemet përfshijnë: 

1. Kondensatorët e falsifikuar të tantalit janë parë se vuajnë nga vetë-nxehja e brendshme me një mekanizëm të reagimit pozitiv deri në pikën e arritjes së largimit termik. 

2. Kondensatorët qeramikë të falsifikuar mund të përmbajnë material dielektrik të dëmtuar ose inferior, duke rezultuar në një humbje të përshpejtuar të kapacitetit me kalimin e moshës ose në temperatura të ngritura të funksionimit. 

3. Kur kondensatorët dështojnë në mënyrë katastrofike ose degradojnë në vlerë për të nxitur paqëndrueshmërinë e lakut të kontrollit, format e valëve të tensionit mund të bëhen shumë më të mëdha në amplitudë se sa ishin projektuar fillimisht, duke rrezikuar ngarkesën. 

Fatkeqësisht për industrinë, komponentët e falsifikuar po gjejnë gjithnjë e më shumë rrugën e tyre në zinxhirin e furnizimit dhe në rrjedhën e prodhimit të elektronikës, madje edhe në aplikacionet më të ndjeshme dhe të sigurta. 

Një raport i Komitetit të Shërbimeve të Armatosura të Senatit të Shteteve të Bashkuara (SASC) i publikuar publikisht në maj 2012 gjeti komponentë elektronikë të falsifikuar të përhapur në sistemet e avionëve ushtarakë dhe armëve që mund të rrezikojnë performancën dhe besueshmërinë e tyre - sisteme të ndërtuara nga kontraktorët kryesorë në industrinë e mbrojtjes. 

Së bashku me numrin në rritje të komponentëve elektronikë në sisteme të tilla - më shumë se 3,500 qarqe të integruara në Joint Strike Fighter të ri - përbërësit e falsifikuar paraqesin një rrezik të performancës dhe besueshmërisë së sistemit që nuk mund të injorohet më. 

Çfarë duhet të përmbajë një planifikim për zbutjen e rrezikutnë?

Çdo plan për zbutjen e rrezikut duhet të marrë parasysh se si sistemi do t'i përgjigjet dhe do të rikuperohej nga një gjendje e mbitensionit. Problemet përfshijnë: 

1. A është e pranueshme mundësia e tymit ose zjarrit si rezultat i një defekti të mbitensionit? 

2. A do të pengoheshin përpjekjet për të përcaktuar shkakun rrënjësor dhe për të zbatuar veprime korrigjuese nga dëmtimi që vjen nga një defekt i mbitensionit? 

3. Nëse një operator lokal do të ciklit të energjisë (rindezjes) të një sistemi të komprometuar, a do të rezultonte një dëm edhe më i madh për sistemin duke penguar më tej përpjekjet e rikuperimit?

4. Cili është procesi dhe koha e nevojshme për të përcaktuar shkakun e defektit dhe për të rifilluar funksionimin normal të sistemit?

Cilat janë mangësitë e qarkut të mbrojtjes tradicionale?

A skema tradicionale e mbrojtjes nga mbitensioni përbëhet të një sigurese, ndreqës të kontrolluar me silikon (SCR) dhe diodë Zener (Figura 1). Nëse tensioni i furnizimit në hyrje tejkalon tensionin e prishjes Zener, SCR aktivizohet, duke tërhequr rrymë të mjaftueshme për të fryrë siguresën e sipërme.

 Figura 1. Qarku tradicional i mbrojtjes nga mbitensioni i përbërë nga një siguresë, SCR dhe Zener diodë

● Koha që merr - Megjithëse është e lirë, koha e reagimit të këtij qarku është e pamjaftueshme për të mbrojtur me besueshmëri qarqet dixhitale më të fundit, veçanërisht kur hekurudha e furnizimit në rrjedhën e sipërme është një autobus i tensionit të ndërmjetëm. Për më tepër, rikuperimi nga një defekt i mbitensionit është invaziv dhe kërkon kohë. 

● pengesës - Ky qark i drejtpërdrejtë është relativisht i thjeshtë dhe i lirë, por ka të meta të kësaj qasjeje: Ndryshimet në Tensioni i prishjes së diodës Zener（锚文本，16px，蓝色，arial，加粗，下划线）, pragu i ndezjes së portës SCR dhe rryma e nevojshme për të fryrë siguresën rezultojnë në kohë reagimi jokonsistente. Mbrojtja mund të përfshihet shumë vonë për të parandaluar që tensioni i rrezikshëm të arrijë ngarkesën. 

● Shumë përpjekje për tu rikuperuar - Niveli i përpjekjes që kërkohet për të rikuperuar nga një defekt është i lartë, duke përfshirë servisimin fizik të siguresës dhe rinisjen e sistemit. Nëse hekurudha e tensionit në shqyrtim fuqizon bërthamën dixhitale, aftësia mbrojtëse e një SCR është e kufizuar, pasi rënia përpara në rryma të larta është e krahasueshme ose mbi tensionin e bërthamës së procesorëve më të fundit dixhitalë. 

Për shkak të këtyre mangësive, skema tradicionale e mbrojtjes nga mbitensioni nuk është e përshtatshme për ngarkesat e konvertimit të tensionit të lartë në tension të ulët DC/DC si ASIC ose FPGA që mund të vlerësohen në qindra, nëse jo mijëra dollarë.

Si rregullatori LTM4641 arrin një reagim të shpejtë dhe të besueshëm dhe shërohet nga defektet?

Një zgjidhje më e mirë do të ishte zbulimi i saktë i një gjendjeje të afërt të mbitensionit dhe përgjigjja duke shkëputur shpejt furnizimin e hyrjes ndërsa shkarkon tensionin e tepërt në ngarkesë me një shteg të rezistencës së ulët. Kjo është e mundur me veçoritë e mbrojtjes në LTM4641. 

● Komponentët e plotë për Monitorim dhe Mbrojtje

Në zemër të pajisjes është një rregullator i uljes 38A me normë 10V, me induktorin, IC-në e kontrollit, çelsat e energjisë dhe kompensimin të gjitha të përfshira në një paketë montimi sipërfaqësor. 

Ai përfshin gjithashtu qark të gjerë monitorimi dhe mbrojtjeje për të mbrojtur ngarkesat me vlerë të lartë si ASIC, FPGA dhe mikroprocesorë. 

LTM4641 mban një vëzhgim konstant për nëntensionin e hyrjes, mbitensionin e hyrjes, mbitemperaturën dhe mbitensionin në dalje dhe kushtet e mbirrymës dhe vepron siç duhet për të mbrojtur ngarkesën. 

● Pragjet e rregullueshme të këmbëzës

Për të shmangur ekzekutimin e rremë ose të parakohshëm të veçorive të mbrojtjes, secili prej këtyre parametrave të monitoruar ka imunitet të integruar ndaj defekteve dhe pragjet e aktivizimit të rregullueshme nga përdoruesi, me përjashtim të mbrojtjes nga mbirryma, e cila zbatohet në mënyrë të besueshme, cikël pas cikli me kontrollin e modalitetit aktual. 

Në rastin e një gjendjeje mbitensioni në dalje, LTM4641 reagon brenda 500 ns nga zbulimi i defektit (Figura 2).   

 

Figura 2. LTM4641 i përgjigjet një gjendjeje të mbitensionit brenda 500 ns, duke mbrojtur ngarkesën nga stresi i tensionit

Zgjidhjet mbrojtëse të LTM4641

● LTM4641 përgjigjet me shkathtësi dhe besueshmëri për të mbrojtur pajisjet në rrjedhën e poshtme dhe, ndryshe nga zgjidhjet e bazuara në siguresa, ai mund të rivendoset automatikisht dhe të riarmatoset pasi të jenë zbutur kushtet e defektit. 

● LTM4641 përdor një përforcues të brendshëm të sensit diferencial për të rregulluar tensionin në terminalet e fuqisë së ngarkesës, duke minimizuar gabimet që rrjedhin nga zhurma e modalitetit të zakonshëm dhe rëniet e tensionit të gjurmës së PCB-së ndërmjet LTM4641 dhe ngarkesës. 

● Tensioni DC në ngarkesë është i rregulluar me saktësi më të mirë se ±1.5% mbi linjën, ngarkesën dhe temperaturën. Kjo matje e saktë e tensionit të daljes furnizohet gjithashtu me krahasuesin e shpejtë të mbitensionit të daljes, i cili aktivizon veçoritë e mbrojtjes së LTM4641. 

● Kur zbulohet një gjendje mbitensioni, rregullatori i μModulit fillon me shpejtësi disa drejtime veprimi të njëkohshme. Një MOSFET i jashtëm (MSP në figurën 3) shkëput furnizimin e hyrjes, duke hequr rrugën e tensionit të lartë nga rregullatori dhe ngarkesën me vlerë të lartë. Një tjetër MOSFET i jashtëm (MCB në figurën 3) zbaton a ulët funksioni i levës, duke shkarkuar shpejt kondensatorët e anashkalimit të ngarkesës (COUT në figurën 3). 

● Rregullatori i integruar i uljes DC/DC i LTM4641 hyn në një gjendje mbylljeje të mbyllur dhe lëshon një sinjal gabimi të treguar nga pini HYST, i cili mund të përdoret nga sistemi për të nisur një sekuencë mbylljeje të menaxhuar mirë dhe/ose rivendosje të sistemit. Një referencë e dedikuar e tensionit e pavarur nga tensioni i referencës së qarkut të kontrollit përdoret për të zbuluar kushtet e defektit. Kjo siguron elasticitet ndaj një dështimi me një pikë, nëse referenca e qarkut të kontrollit ndodh të dështojë.

 Figura 3. Plani i mbrojtjes nga mbitensioni i daljes LTM4641. Ikonat e sondës korrespondojnë me format e valës në Figurën 2

● Veçoritë e mbrojtjes së LTM4641 përforcohen nga opsionet e tij të rikuperimit të defekteve. Në një skemë tradicionale të mbrojtjes së siguresave nga mbitensioni/SCR, një siguresë mbështetet për të ndarë furnizimin me energji elektrike nga ngarkesa me vlerë të lartë. Rikuperimi nga një defekt në fryrjen e siguresave kërkon ndërhyrjen njerëzore - dikë që ka akses fizik tek siguresa për ta hequr dhe zëvendësuar atë - duke sjellë një vonesë të papranueshme në rikuperimin e defektit për sistemet me kohë të lartë ose në distancë.

● Në të kundërt, LTM4641 mund të rifillojë funksionimin normal pasi gjendja e defektit të jetë pastruar ose duke ndërruar një kunj kontrolli të nivelit logjik ose duke konfiguruar LTM4641 për rinisje autonome pas një periudhe të caktuar kohore. Nëse kushtet e defektit rishfaqen pasi LTM4641 rifillon funksionimin, mbrojtjet e lartpërmendura riaktivizohen menjëherë për të mbrojtur ngarkesën.

Mbrojtja nga mbitensionet e hyrjes së LTM4641

Në disa raste, vetëm mbrojtja nga mbitensioni i daljes është e pamjaftueshme dhe kërkohet mbrojtje nga mbitensioni i hyrjes. Qarku mbrojtës i LTM4641 mund të monitorojë tensionin e hyrjes dhe të aktivizojë veçoritë e tij mbrojtëse nëse tejkalohet një prag tensioni i konfiguruar nga përdoruesi. 

Nëse voltazhi maksimal i parashikuar i hyrjes tejkalon normën 38 V të modulit, mbrojtja nga mbitensionet e hyrjes mund të zgjatet deri në 80 V me LTM4641 ende plotësisht funksionale duke shtuar një LDO të jashtëm të tensionit të lartë për të mbajtur gjallë qarkun e kontrollit dhe të mbrojtjes (Figura 4).

 

Figura 4. Mbrojtja nga mbitensionet e hyrjes deri në 80 V, duke përdorur LTM4641 dhe një LDO të jashtme

Pyetjet e bëra më shpesh

1. Pyetje: Cili është roli i një rregullatori?

Përgjigje: Rregullatori mbikëqyr të gjithë sistemin dhe përgjegjësia e tij kryesore është të sigurojë pajtueshmërinë me kuadrin rregullator.

2. Pyetje: Cili është ndryshimi midis konvertuesit DC / DC dhe rregullatorit?

A: Konvertuesit DC/DC rregullojnë energjinë elektrike duke ndezur dhe fikur elementët e ndërprerës (FET, etj.). Nga ana tjetër, rregullatorët LDO rregullojnë furnizimin me energji elektrike duke kontrolluar rezistencën në lëvizje të FET-ve. Konvertuesit DC/DC janë shumë efikas në konvertimin e energjisë elektrike me anë të komutimit.

3. Pyetje: Pse ju nevojitet një konvertues DC në DC?

Përgjigje: Konvertuesi DC-DC përdoret për të reduktuar hyrjen DC të tensionit të lartë në daljen DC me tension të ulët të pajisjeve të caktuara specifike. Ato përdoren gjithashtu për të izoluar disa komponentë shumë të ndjeshëm në qark nga komponentët e tjerë në qark për të shmangur çdo dëmtim.

4. Pyetje: Çfarë është rregullatori i tensionit DC/DC?

Përgjigje: Një konvertues DC-DC është një sistem (pajisje) elektrik që konverton burimet e rrymës direkte (DC) nga një nivel tensioni në tjetrin. Me fjalë të tjera, një konvertues DC-DC merr si hyrje një tension të hyrjes DC dhe nxjerr një tension të ndryshëm DC. Një konvertues DC-DC quhet gjithashtu një konvertues i fuqisë DC-DC ose rregullator i tensionit.

Përfundim

Nëpërmjet kësaj pjese, ne mësojmë sfidat dhe problemet e industrisë, dhe zgjidhjet përkatëse në të kaluarën, dhe si i zgjidh ato rregullatori μModule LMT4641. Ai kombinon një rregullator efikas DC/DC me një qark të shpejtë dhe të saktë të mbrojtjes nga mbitensioni i daljes dhe parandalon në mënyrë efikase rreziqet e mbitensionit. Si e mendoni këtë produkt? Lini komentet tuaja më poshtë dhe na tregoni idenë tuaj!

Gjithashtu lexoni

● μRregullatorët e modulit zvogëlojnë madhësinë dhe përpjekjen e projektimit të furnizimit me energji elektrike

● Si të zbuloni diodën Zener Rregullatorët e Tensionit të Bazuar?

● Një udhëzues i plotë për Rregullatorin LDO në 2021

● Si balancon rregullatori LTC3035 LDO me tensionin e ulët të daljes dhe vëllimin e vogël?

Lini një mesazh 

Lista mesazh