چگونه تنظیم کننده میکرومژول LTM4641 به طور موثر از اضافه ولتاژ جلوگیری می کند؟

ولتاژهای باس متوسط ​​24 ولت تا 28 ولت در سیستم های صنعتی، هوافضا و دفاعی رایج است که باتری های متصل به سری ممکن است منبع تغذیه پشتیبان باشند و معماری باس 12 ولت به دلیل تلفات توزیع غیرعملی باشد. افزایش شکاف ولتاژ بین گذرگاه سیستم و ورودی‌های توان پردازنده‌های دیجیتال چالش‌های طراحی مربوط به تحویل توان، ایمنی و اندازه راه‌حل را ایجاد می‌کند.

خوشبختانه، رگولاتور μModule LTM4641 مشکلات فوق را از طریق واکنش و بازیابی سریع و مطمئن و همچنین حفاظت از نوسانات ورودی حل می کند. 

این اشتراک به شما معرفی دقیقی از برخی از مشکلاتی که در گذشته با آن‌ها روبه‌رو بودیم و راه‌حل‌های نسبی، از جمله برخی از خطرات، چالش‌ها و مشکلات صنعتی که با آن‌ها مواجه بودیم، ارائه می‌کند. اگر از این مشکلات رنج می‌برید یا دارید، بهتر می‌توانید با استفاده از تنظیم‌کننده μModule LTM4641 از طریق این اشتراک، نحوه حل آن‌ها را بیاموزید. بیایید به خواندن ادامه دهیم!

اشتراک گذاری مراقبت است!

محتوا

● چرا مبدل DC/DC سنتی با اضافه ولتاژ Ri مواجه می شود؟اسک؟

● قطعات تقلبی ارزان باعث ایجاد سردردهای گران قیمت می شوند

● برنامه ریزی کاهش خطر چه چیزی باید داشته باشد؟

● نارسایی های مدار حفاظت سنتی چیست؟

● چگونه رگولاتور LTM4641 به واکنش سریع و قابل اعتماد و بازیابی از آن دست می دهدm اشکالات؟

● پاسخ به برخی سوالات مهم

● نتیجه

چرا مبدل DC/DC سنتی با خطر اضافه ولتاژ مواجه است؟

اگر از یک مبدل تک مرحله ای غیر ایزوله کشویی DC/DC در نقطه بار استفاده شود، باید با زمان بندی بسیار دقیق PFM/PWM کار کند. وقایع موج ورودی می تواند به مبدل های DC/DC فشار وارد کند و خطر اضافه ولتاژ را برای بار ایجاد کند. 

خازن های اشتباه یا تقلبی معرفی شده در تولید ممکن است باعث افزایش ولتاژ خروجی بیش از حد مجاز بار شود که به طور بالقوه باعث ریزپردازنده های پرکاربرد مانند FPGA، ASIC شعله ور شدن

بسته به میزان آسیب، یافتن علت اصلی ممکن است دشوار باشد. یک طرح کاهش ریسک اضافه ولتاژ برای جلوگیری از نارضایتی مشتری کاملاً ضروری است. 

طرح های سنتی حفاظت از اضافه ولتاژ شامل فیوز لزوما به اندازه کافی سریع و به اندازه کافی قابل اعتماد نیستند تا از FPGA ها، ASIC ها و ریزپردازنده های مدرن محافظت کنند، به ویژه زمانی که ریل ولتاژ بالادست 24 ولت یا 28 ولت اسمی باشد. حفاظت فعال در POL DC/DC ضروری است. 

LTM4641 یک تنظیم کننده μModule® با توان 38V ، 10A DC/DC است که در برابر بسیاری از خطاها ، از جمله اضافه ولتاژ خروجی ، محافظت می کند و از آن بهبود می یابد.

اهمیت زمانبندی دقیق سوئیچر با افزایش ولتاژ ورودی و نوسانات هنگامی که یک دیفرانسیل گسترده بین ولتاژ ورودی و خروجی وجود دارد، رگولاتورهای سوئیچینگ DC/DC به دلیل کارایی بسیار بالاتر نسبت به تنظیم کننده های خطی ترجیح داده می شوند. 

● حاشیه خطای رگولاتور DC/DC کاهش یافته است

برای دستیابی به یک اندازه محلول کوچک ، یک مبدل گام به گام بدون ایزوله بهترین انتخاب است که با فرکانس کافی بالا کار می کند تا نیازهای مغناطیسی قدرت و خازن های فیلتر را کوچک کند. 

با این حال ، در کاربردهای نسبت بالا به پایین ، مبدل سوئیچینگ DC/DC باید در چرخه های وظیفه تا 3 operate کار کند و زمان دقیق PWM/PFM را بخواهد. 

علاوه بر این، تنظیم ولتاژ سخت توسط پردازنده های دیجیتال مورد نیاز است، و پاسخ سریع گذرا برای حفظ ولتاژ در محدوده ایمن مورد نیاز است. در ولتاژهای ورودی نسبتاً بالا، حاشیه خطا در زمان روشن بودن سوئیچ سمت بالایی رگولاتور DC/DC کاهش می یابد.

نوسانات ولتاژ اتوبوس، که اغلب در کاربردهای هوافضا و دفاعی وجود دارد، نه تنها برای مبدل DC/DC، بلکه برای بار نیز خطرناک است. مبدل DC/DC باید برای تنظیم از طریق افزایش ولتاژ با یک حلقه کنترل سریع درجه بندی شود، به طوری که رد خط کافی حاصل شود. 

اگر مبدل DC/DC نتواند در یک موج باس تنظیم یا زنده بماند، یک اضافه ولتاژ به بار ارائه می شود. خطاهای اضافه ولتاژ همچنین ممکن است به دلیل کاهش خازن های بای پس بار با افزایش سن و دما معرفی شوند که منجر به کاهش پاسخ بار گذرا در طول عمر محصول نهایی می شود. 

● خازن ها فراتر از محدودیت های طراحی حلقه کنترل تخریب می شوند

اگر خازن ها فراتر از محدوده طراحی حلقه کنترل تنزل پیدا کنند، بار را می توان با دو مکانیسم ممکن در معرض اضافه ولتاژ قرار داد: 

اولاً، حتی اگر حلقه کنترل ثابت بماند، رویدادهای گذرای بار سنگین، ولتاژهای بالاتری را نسبت به آنچه در ابتدای طراحی انتظار می‌رفت نشان می‌دهند. 

دوم، اگر حلقه کنترل به طور مشروط پایدار شود (یا بدتر از آن، ناپایدار)، ولتاژ خروجی می تواند با پیک های بیش از حد مجاز نوسان کند. 

خازن ها همچنین می توانند به طور غیرمنتظره یا پیش از موعد زمانی که از مواد دی الکتریک نادرست استفاده می شود، یا زمانی که اجزای تقلبی وارد جریان تولید می شوند، تخریب شوند.

طراحی و تست منبع تغذیه خطی Poewr ولتاژ بالا (0 - 200 ولت)

قطعات تقلبی ارزان باعث ایجاد سردرد گران قیمت می شوندs

اجزای تقلبی بازار خاکستری یا بازار سیاه می توانند فریبنده باشند، اما استانداردهای کالای اصلی را برآورده نمی کنند (مثلاً ممکن است بازیافت شوند، از زباله های الکترونیکی بازیابی شوند، یا از مواد ضعیف ساخته شده باشند). پس‌انداز کوتاه‌مدت زمانی که یک محصول تقلبی با شکست مواجه می‌شود، به یک هزینه طولانی‌مدت هنگفت تبدیل می‌شود. به عنوان مثال، خازن های تقلبی می توانند به روش های مختلفی خراب شوند. مشکلات عبارتند از: 

1. دیده شده است که خازن های تانتالیوم تقلبی از خود گرمایش داخلی با مکانیزم بازخورد مثبت رنج می برند تا جایی که به فرار حرارتی می رسند. 

2. خازن های سرامیکی تقلبی ممکن است حاوی مواد دی الکتریک ضعیف یا ضعیفی باشند که منجر به تسریع از دست دادن ظرفیت خازن با افزایش سن یا دمای عملیاتی بالا می شود. 

3. هنگامی که خازن ها به طور فاجعه آمیزی از کار می افتند یا ارزششان کاهش می یابد تا ناپایداری حلقه کنترل را القا کنند، شکل موج ولتاژ می تواند از نظر دامنه بسیار بیشتر از آنچه در ابتدا طراحی شده بود شود و بار را به خطر بیندازد. 

متأسفانه برای صنعت، قطعات تقلبی به طور فزاینده ای راه خود را به زنجیره تامین و جریان تولید الکترونیک پیدا می کنند، حتی در حساس ترین و ایمن ترین برنامه ها. 

گزارش کمیته خدمات مسلح سنای ایالات متحده (SASC) که به طور عمومی در می 2012 منتشر شد، قطعات الکترونیکی تقلبی گسترده ای را در هواپیماهای نظامی و سیستم های تسلیحاتی نشان داد که می تواند عملکرد و قابلیت اطمینان آنها را به خطر بیندازد - سیستم هایی که توسط پیمانکاران برتر در صنعت دفاعی ساخته شده اند. 

همراه با افزایش تعداد قطعات الکترونیکی در چنین سیستم هایی - بیش از 3,500 مدار مجتمع در جنگنده مشترک مشترک - اجزای تقلبی عملکرد سیستم و خطر اطمینان را ایجاد می کنند که دیگر نمی توان آنها را نادیده گرفت. 

برنامه ریزی کاهش خطر چه باید داشته باشدکه در؟

هر طرح کاهش خطر باید در نظر بگیرد که سیستم چگونه به شرایط اضافه ولتاژ پاسخ می دهد و از آن بازیابی می کند. مشکلات از جمله: 

1. آیا احتمال دود یا آتش سوزی ناشی از خطای اضافه ولتاژ قابل قبول است؟ 

2. آیا تلاش برای تعیین علت اصلی و اجرای اقدامات اصلاحی با آسیب ناشی از خطای اضافه ولتاژ مختل می شود؟ 

3. اگر یک اپراتور محلی یک سیستم آسیب‌دیده را چرخه برق (راه‌اندازی مجدد) کند، آیا آسیب حتی بیشتر به سیستم منجر به اختلال بیشتر در تلاش‌های بازیابی می‌شود؟

4. فرآیند و زمان مورد نیاز برای تعیین علت خطا و از سرگیری عملکرد عادی سیستم چیست؟

نارسایی های مدار حفاظت سنتی چیست؟

A طرح سنتی حفاظت از اضافه ولتاژ تشکیل شده است فیوز، یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی (SCR) و دیود زنر (شکل 1). اگر ولتاژ ورودی ورودی از ولتاژ شکست زنر بیشتر شود، SCR فعال می شود و جریان کافی برای باز کردن فیوز بالادست را می کشد.

 شکل 1. مدار سنتی حفاظت از اضافه ولتاژ متشکل از فیوز، SCR و Zeneدیود r

● زمان بر - در حالی که ارزان است، زمان پاسخ این مدار برای محافظت مطمئن از آخرین مدارهای دیجیتال کافی نیست، به ویژه زمانی که ریل منبع تغذیه بالادست یک گذرگاه ولتاژ متوسط ​​باشد. علاوه بر این، بازیابی از یک خطای اضافه ولتاژ تهاجمی و زمان بر است. 

● خرابیs - این مدار ساده نسبتاً ساده و ارزان است، اما اشکالاتی در این رویکرد وجود دارد: تغییرات در ولتاژ شکست دیود زنر（锚文本，16px，蓝色，arial，加粗，下划线）، آستانه ماشه گیت SCR، و جریان مورد نیاز برای منفجر شدن فیوز منجر به زمان پاسخ ناسازگار می شود. محافظ ممکن است خیلی دیر درگیر شود تا از رسیدن ولتاژ خطرناک به بار جلوگیری کند. 

● تلاش زیادی برای بهبودی - سطح تلاش مورد نیاز برای بازیابی یک خطا بالا است که شامل سرویس فیزیکی فیوز و راه اندازی مجدد سیستم می شود. اگر ریل ولتاژ مورد بررسی، هسته دیجیتال را تغذیه کند، قابلیت حفاظت یک SCR محدود است، زیرا افت رو به جلو در جریان های بالا با ولتاژ هسته جدیدترین پردازنده های دیجیتال قابل مقایسه یا بالاتر است. 

به دلیل این اشکالات، طرح سنتی حفاظت از اضافه ولتاژ برای بارهای تغذیه کننده تبدیل DC/DC ولتاژ بالا به ولتاژ پایین مانند ASIC یا FPGA که می توانند صدها یا هزاران دلار ارزش گذاری شوند، مناسب نیست.

چگونه رگولاتور LTM4641 به واکنش سریع و قابل اعتماد و بازیابی از خطاها دست می یابد؟

یک راه حل بهتر، تشخیص دقیق یک وضعیت اضافه ولتاژ قریب الوقوع و پاسخ دادن با قطع سریع منبع تغذیه در حین تخلیه ولتاژ اضافی در بار با یک مسیر امپدانس کم است. این با ویژگی های حفاظتی در LTM4641 امکان پذیر است. 

● اجزای کامل برای نظارت و حفاظت

در قلب دستگاه یک رگولاتور کاهنده 38 آمپر با درجه 10 ولت با سلف، آی سی کنترل، سوئیچ های برق و جبران همگی در یک بسته نصب سطحی قرار دارد. 

همچنین شامل مدارهای نظارتی و حفاظتی گسترده برای محافظت از بارهای با ارزش بالا مانند ASIC، FPGA و ریزپردازنده است. 

LTM4641 یک ساعت ثابت برای افت ولتاژ ورودی، اضافه ولتاژ ورودی، اضافه دما و ولتاژ خروجی و شرایط اضافه جریان را حفظ می کند و برای محافظت از بار به طور مناسب عمل می کند. 

● آستانه های ماشه قابل تنظیم

برای جلوگیری از اجرای نادرست یا زودهنگام ویژگی‌های حفاظتی، هر یک از این پارامترهای نظارت شده دارای ایمنی نقص داخلی و آستانه‌های ماشه قابل تنظیم توسط کاربر است، به استثنای حفاظت در برابر جریان اضافه، که به طور قابل اعتماد، چرخه به چرخه با کنترل حالت جریان اجرا می‌شود. 

در مورد شرایط اضافه ولتاژ خروجی، LTM4641 در عرض 500 ثانیه پس از تشخیص خطا واکنش نشان می دهد (شکل 2).   

 

شکل 2. LTM4641 به شرایط اضافه ولتاژ در عرض 500 ثانیه پاسخ می دهد و از بار در برابر تنش ولتاژ محافظت می کند.

راه حل های حفاظتی LTM4641

● LTM4641 برای محافظت از دستگاه‌های پایین‌دستی به‌صورت زیرک و قابل اعتماد پاسخ می‌دهد، و برخلاف راه‌حل‌های مبتنی بر فیوز، می‌تواند پس از فروکش کردن شرایط خطا، به‌طور خودکار تنظیم مجدد و مسلح شود. 

● LTM4641 از تقویت‌کننده حس تفاضلی داخلی برای تنظیم ولتاژ در پایانه‌های برق بار استفاده می‌کند، و خطاهای ناشی از نویز حالت معمول و افت ولتاژ PCB بین LTM4641 و بار را به حداقل می‌رساند. 

● ولتاژ DC در بار به دقت بهتر از ± 1.5٪ روی خط، بار و دما تنظیم می شود. این اندازه گیری دقیق ولتاژ خروجی همچنین به مقایسه کننده اضافه ولتاژ خروجی سریع تغذیه می شود که ویژگی های حفاظتی LTM4641 را فعال می کند. 

● هنگامی که یک وضعیت اضافه ولتاژ تشخیص داده می شود، تنظیم کننده μModule به سرعت چندین دوره عمل همزمان را آغاز می کند. یک ماسفت خارجی (MSP در شکل 3) منبع تغذیه ورودی را قطع می کند و مسیر ولتاژ بالا را از رگولاتور و بار با ارزش بالا حذف می کند. ماسفت خارجی دیگر (MCB در شکل 3) الف را پیاده سازی می کند پایین عملکرد کلنگ، خازن های بای پس بار را به سرعت تخلیه می کند (COUT در شکل 3). 

● رگولاتور تعبیه‌شده DC/DC داخلی LTM4641 به حالت خاموش شدن بسته می‌شود و یک سیگنال خطا را صادر می‌کند که با پین HYST نشان داده می‌شود که می‌تواند توسط سیستم برای شروع یک توالی خاموش کردن به خوبی مدیریت شده و/یا بازنشانی سیستم استفاده شود. یک مرجع ولتاژ اختصاصی مستقل از ولتاژ مرجع حلقه کنترل برای تشخیص شرایط خطا استفاده می شود. در صورتی که مرجع حلقه کنترل از کار بیفتد، در برابر شکست تک نقطه ای انعطاف پذیری را فراهم می کند.

 شکل 3. طرح حفاظت از اضافه ولتاژ خروجی LTM4641. نمادهای پروب با شکل موج در شکل 2 مطابقت دارند

● ویژگی های حفاظتی LTM4641 با گزینه های بازیابی عیب آن تقویت شده است. در طرح حفاظت فیوز اضافه ولتاژ/SCR سنتی، برای جدا کردن منبع تغذیه از بار با ارزش بالا، از فیوز استفاده می شود. بازیابی یک خطای دمیدن فیوز مستلزم مداخله انسانی است - شخصی که دسترسی فیزیکی به فیوز برای برداشتن و جایگزینی آن دارد - که تاخیر غیرقابل قبولی در بازیابی خطا برای سیستم‌های با زمان بالا یا از راه دور ایجاد می‌کند.

● در مقابل، LTM4641 می‌تواند پس از رفع شرایط خطا یا با جابجایی پین کنترل سطح منطقی یا با پیکربندی LTM4641 برای راه‌اندازی مجدد خودکار پس از یک بازه زمانی مشخص، به کار عادی خود ادامه دهد. اگر شرایط خطا پس از شروع مجدد کار LTM4641 دوباره ظاهر شود، محافظ های ذکر شده بلافاصله دوباره درگیر می شوند تا از بار محافظت کنند.

حفاظت از نوسانات ورودی LTM4641

در برخی موارد، حفاظت از اضافه ولتاژ خروجی به تنهایی کافی نیست و حفاظت از اضافه ولتاژ ورودی لازم است. مدار حفاظتی LTM4641 می تواند ولتاژ ورودی را نظارت کرده و ویژگی های حفاظتی آن را در صورت تجاوز از آستانه ولتاژ پیکربندی شده توسط کاربر فعال کند. 

اگر حداکثر ولتاژ ورودی پیش‌بینی‌شده از امتیاز 38 ولت ماژول بیشتر شود، حفاظت از نوسانات ورودی را می‌توان تا 80 ولت افزایش داد با LTM4641 که هنوز کاملاً فعال است، با افزودن یک LDO ولتاژ بالا خارجی برای زنده نگه داشتن مدار کنترل و حفاظت (شکل 4).

 

شکل 4. حفاظت از نوسانات ورودی تا 80 ولت، با استفاده از LTM4641 و یک LDO خارجی

پرسش و پاسخهای متداول

1. س: نقش تنظیم کننده چیست؟

پاسخ: رگولاتور بر کل سیستم نظارت دارد و مسئولیت اصلی آن اطمینان از انطباق با چارچوب نظارتی است.

2. س: تفاوت بین مبدل DC / DC و رگولاتور چیست؟

A: مبدل های DC/DC با روشن و خاموش کردن عناصر کلید (FET و غیره) توان الکتریکی را تنظیم می کنند. از سوی دیگر، رگولاتورهای LDO منبع تغذیه را با کنترل مقاومت روی FET ها تنظیم می کنند. مبدل های DC/DC در تبدیل برق توسط کنترل سوئیچینگ بسیار کارآمد هستند.

3. س: چرا به مبدل DC به DC نیاز دارید؟

A: مبدل DC-DC برای کاهش ورودی DC ولتاژ بالا به خروجی DC ولتاژ پایین تجهیزات خاص استفاده می شود. همچنین برای جداسازی برخی از قطعات بسیار حساس در مدار از سایر اجزای مدار استفاده می شود تا از هر گونه آسیبی جلوگیری شود.

4. س: تنظیم کننده ولتاژ DC / DC چیست؟

ج: مبدل DC-DC یک سیستم (دستگاه) الکتریکی است که منابع جریان مستقیم (DC) را از یک سطح ولتاژ به سطح دیگر تبدیل می کند. به عبارت دیگر، مبدل DC-DC یک ولتاژ ورودی DC را به عنوان ورودی می گیرد و یک ولتاژ DC متفاوت را خروجی می دهد. مبدل DC-DC مبدل برق DC-DC یا تنظیم کننده ولتاژ نیز نامیده می شود.

نتیجه

از طریق این اشتراک، چالش‌ها و مشکلات صنعت و راه‌حل‌های مربوطه در گذشته را یاد می‌گیریم و نحوه حل آن‌ها توسط رگولاتور LMT4641 μModule. این یک رگولاتور کارآمد DC/DC را با یک مدار حفاظت از اضافه ولتاژ خروجی سریع و دقیق ترکیب می کند و به طور موثر از خطرات اضافه ولتاژ جلوگیری می کند. نظر شما در مورد این محصول چیست؟ نظرات خود را در زیر بنویسید و ایده خود را به ما بگویید!

همچنین خواندن

● μM تنظیم کننده ها حجم منبع تغذیه و تلاش را کاهش می دهند

● چگونه دیود زنر را تشخیص دهیم رگولاتورهای مبتنی بر ولتاژ؟

● یک راهنمای کامل برای تنظیم کننده LDO در سال 2021

● چگونه رگولاتور LTC3035 LDO ولتاژ افت پایین و حجم کم را متعادل می کند؟

ترک یک پیام 

فهرست پیام