Bagaimana LTM4641 Modul Regulator Secara Efisien Mencegah Tegangan Lebih?

Tegangan bus menengah dengan nominal 24V~28V adalah hal biasa dalam sistem industri, kedirgantaraan, dan pertahanan di mana baterai yang terhubung seri dapat menjadi sumber daya cadangan dan arsitektur bus 12V cenderung tidak praktis karena kehilangan distribusi. Kesenjangan tegangan yang melebar antara bus sistem dan input daya prosesor digital menghadirkan tantangan desain yang berkaitan dengan pengiriman daya, keamanan, dan ukuran solusi.

Untungnya, regulator LTM4641 Modul memecahkan masalah di atas melalui reaksi dan pemulihan yang cepat dan andal, serta perlindungan lonjakan input. 

Bagian ini akan memberi Anda pengenalan terperinci tentang beberapa masalah yang kami hadapi di masa lalu dan solusi relatif, termasuk beberapa risiko, tantangan, dan masalah industri yang kami hadapi. Jika Anda pernah atau sedang bermasalah dengan masalah ini, Anda dapat mempelajari lebih baik bagaimana menyelesaikannya dengan LTM4641 Modul regulator melalui share ini. Mari terus membaca!

Berbagi adalah peduli!

Konten

● Mengapa Konverter DC/DC Tradisional Menghadapi Ri Tegangan Lebihsk?

● Komponen Palsu Murah Menghasilkan Sakit Kepala Mahal

● Apa yang Harus Diisi Perencanaan Mitigasi Risiko?

● Apa Kekurangan Sirkuit Proteksi Tradisional?

● Bagaimana Regulator LTM4641 Mencapai Reaksi dan Pemulihan yang Cepat dan Dapat Diandalkan darim Kesalahan?

● FAQ

● Kesimpulan

Mengapa Konverter DC/DC Tradisional Menghadapi Risiko Tegangan Lebih?

Jika konverter DC/DC step-down non-isolasi satu tahap digunakan pada titik beban, konverter tersebut harus beroperasi dengan pengaturan waktu PFM/PWM yang sangat akurat. Peristiwa lonjakan input dapat menekankan konverter DC/DC, yang menghadirkan risiko tegangan lebih pada beban. 

Kapasitor yang salah atau palsu yang diperkenalkan di pabrik dapat menyebabkan lonjakan tegangan keluaran melebihi peringkat beban yang berpotensi menyebabkan: mikroprosesor yang banyak digunakan seperti FPGA, ASIC untuk menyalakan.

Tergantung pada tingkat kerusakannya, akar masalahnya mungkin sulit ditemukan. Rencana mitigasi risiko tegangan lebih mutlak diperlukan untuk mencegah ketidakpuasan pelanggan. 

Skema perlindungan tegangan lebih tradisional yang melibatkan sekering tidak selalu cukup cepat, atau cukup dapat diandalkan, untuk melindungi FPGA, ASIC, dan mikroprosesor modern, terutama ketika rel tegangan hulu adalah nominal 24V atau 28V. Perlindungan aktif pada POL DC/DC diperlukan. 

LTM4641 adalah regulator Module® step-down dengan peringkat 38V, 10A DC/DC yang bertahan melawan, dan memulihkan dari, banyak kesalahan, termasuk tegangan lebih keluaran.

Pentingnya Waktu Switcher yang Akurat Meningkat dengan Tegangan Input & Lonjakan Ketika ada perbedaan yang lebar antara tegangan input dan output, regulator DC/DC switching lebih disukai daripada regulator linier karena efisiensinya yang jauh lebih tinggi. 

● Margin untuk Kesalahan Regulator DC/DC Dikurangi

Untuk mencapai ukuran solusi yang kecil, konverter step-down nonisolated adalah pilihan utama, beroperasi pada frekuensi yang cukup tinggi untuk mengecilkan persyaratan ukuran magnet daya dan kapasitor filternya. 

Namun, dalam aplikasi rasio step-down yang tinggi, konverter switching DC/DC harus beroperasi pada duty-cycle hingga 3%, menuntut waktu PWM/PFM yang akurat. 

Selanjutnya, pengaturan tegangan yang ketat diperlukan oleh prosesor digital, dan respon transien cepat diperlukan untuk menjaga tegangan dalam batas aman. Pada tegangan input yang relatif tinggi, margin kesalahan pada waktu on-time dari sakelar sisi atas regulator DC/DC berkurang.

Lonjakan tegangan bus, yang sering terjadi dalam aplikasi luar angkasa dan pertahanan, menimbulkan bahaya tidak hanya pada konverter DC/DC, tetapi juga pada beban. Konverter DC/DC harus memiliki rating untuk mengatur lonjakan tegangan lebih dengan loop kontrol cepat, sehingga tercapai penolakan saluran yang memadai. 

Jika konverter DC/DC gagal mengatur atau bertahan dari lonjakan bus, tegangan lebih diberikan ke beban. Kesalahan tegangan lebih juga dapat terjadi karena kapasitor bypass beban menurun seiring dengan usia dan suhu, yang menghasilkan respons beban transien yang lebih longgar selama masa pakai produk akhir. 

● Penurunan Kapasitor Melebihi Batas Desain Loop Kontrol

Jika kapasitor mengalami degradasi di luar batas desain loop kontrol, beban dapat terkena tegangan lebih melalui dua kemungkinan mekanisme: 

Pertama, bahkan jika loop kontrol tetap stabil, kejadian langkah beban transien yang berat akan menunjukkan ekskursi tegangan yang lebih tinggi daripada yang diharapkan pada awal desain. 

Kedua, jika loop kontrol menjadi stabil bersyarat (atau, lebih buruk lagi, tidak stabil), tegangan output dapat berosilasi dengan puncak melebihi batas yang dapat diterima. 

Kapasitor juga dapat terdegradasi secara tiba-tiba atau sebelum waktunya ketika bahan dielektrik yang salah digunakan, atau ketika komponen palsu memasuki aliran manufaktur.

Desain dan Pengujian Pasokan Poewr Linear Tegangan Tinggi (0 - 200V)

Komponen Palsu Murah Menghasilkan Sakit Kepala Mahals

Komponen palsu pasar gelap atau pasar gelap dapat menarik, tetapi tidak memenuhi standar barang asli (misalnya, komponen tersebut dapat didaur ulang, diambil kembali dari limbah elektronik, atau dibuat dari bahan yang lebih rendah). Penghematan jangka pendek menjadi pengeluaran jangka panjang yang besar ketika produk palsu gagal. Kapasitor palsu, misalnya, bisa gagal dalam beberapa cara. Masalah tersebut meliputi: 

1. Kapasitor tantalum palsu terlihat mengalami pemanasan internal sendiri dengan mekanisme umpan balik positif hingga mencapai titik pelarian termal. 

2. Kapasitor keramik palsu mungkin mengandung bahan dielektrik yang rusak atau lebih rendah, yang mengakibatkan hilangnya kapasitansi yang dipercepat seiring bertambahnya usia atau pada suhu pengoperasian yang tinggi. 

3. Ketika kapasitor gagal secara serempak atau menurunkan nilainya untuk menginduksi ketidakstabilan loop kontrol, bentuk gelombang tegangan dapat menjadi jauh lebih besar dalam amplitudo daripada yang dirancang semula, membahayakan beban. 

Sayangnya untuk industri, komponen palsu semakin banyak ditemukan dalam rantai pasokan dan aliran manufaktur elektronik, bahkan dalam aplikasi yang paling sensitif dan aman. 

Sebuah laporan Komite Layanan Bersenjata Senat Amerika Serikat (SASC) yang dirilis secara publik pada Mei 2012 menemukan komponen elektronik palsu yang tersebar luas di pesawat militer dan sistem senjata yang dapat membahayakan kinerja dan keandalannya—sistem yang dibangun oleh kontraktor terkemuka di industri pertahanan. 

Ditambah dengan meningkatnya jumlah komponen elektronik dalam sistem tersebut—lebih dari 3,500 sirkuit terpadu di Joint Strike Fighter baru—komponen palsu menimbulkan risiko kinerja dan keandalan sistem yang tidak dapat lagi diabaikan. 

Apa yang Harus Dilakukan dalam Perencanaan Mitigasi Risikodi?

Setiap rencana mitigasi risiko harus mempertimbangkan bagaimana sistem akan merespon dan pulih dari kondisi tegangan lebih. Masalah tersebut antara lain: 

1. Apakah kemungkinan asap atau kebakaran akibat gangguan tegangan lebih dapat diterima? 

2. Apakah upaya untuk menentukan akar penyebab dan menerapkan tindakan korektif akan terhambat oleh kerusakan akibat gangguan tegangan lebih? 

3. Jika operator lokal menjalankan siklus daya (me-boot ulang) sistem yang disusupi, apakah kerusakan yang lebih besar pada sistem akan semakin menghambat upaya pemulihan?

4. Bagaimana proses dan waktu yang diperlukan untuk menentukan penyebab kesalahan dan melanjutkan operasi sistem normal?

Apa Kekurangan Sirkuit Proteksi Tradisional?

A skema perlindungan tegangan lebih tradisional terdiri sekering, penyearah terkontrol silikon (SCR), dan dioda Zener (Gambar 1). Jika tegangan suplai input melebihi tegangan tembus Zener, SCR aktif, menarik arus yang cukup untuk membuka sekring upstream.

 Gambar 1. Sirkuit proteksi tegangan lebih tradisional yang terdiri dari sekering, SCR dan Zenedioda r

● Membuang-buang waktu - Meskipun murah, waktu respons sirkuit ini tidak cukup untuk melindungi sirkuit digital terbaru dengan andal, terutama jika rel suplai hulu adalah bus tegangan menengah. Selain itu, pemulihan dari kesalahan tegangan lebih invasif dan memakan waktu. 

● Kelemahans - Rangkaian langsung ini relatif sederhana dan murah, tetapi ada kekurangan dari pendekatan ini: Variasi dalam Tegangan tembus dioda zener16px，蓝色，arial，加粗，下划线）, ambang pemicu gerbang SCR, dan arus yang diperlukan untuk meniup sekring menghasilkan waktu respons yang tidak konsisten. Perlindungan mungkin terlambat untuk mencegah tegangan berbahaya mencapai beban. 

● Banyak usaha untuk pulih - Tingkat upaya yang diperlukan untuk memulihkan dari kesalahan tinggi, yang melibatkan servis fisik sekring dan memulai ulang sistem. Jika rel tegangan yang dipertimbangkan memberi daya pada inti digital, kemampuan perlindungan SCR terbatas, karena penurunan maju pada arus tinggi sebanding dengan atau di atas tegangan inti prosesor digital terbaru. 

Karena kelemahan ini, skema perlindungan tegangan lebih tradisional tidak cocok untuk tegangan tinggi ke tegangan rendah DC/DC konversi tegangan seperti ASIC atau FPGA yang dapat bernilai ratusan bahkan ribuan dolar.

Bagaimana Regulator LTM4641 Mencapai Reaksi Cepat dan Dapat Diandalkan serta Pulih dari Kesalahan?

Solusi yang lebih baik adalah mendeteksi secara akurat kondisi tegangan lebih yang akan segera terjadi dan merespons dengan memutus suplai input dengan cepat sambil mengeluarkan tegangan berlebih pada beban dengan jalur impedansi rendah. Ini dimungkinkan dengan fitur perlindungan di LTM4641. 

● Komponen Lengkap untuk Pemantauan dan Perlindungan

Di jantung perangkat ini terdapat regulator step-down dengan nilai 38V,10A dengan induktor, IC kontrol, sakelar daya, dan kompensasi, semuanya terkandung dalam satu paket pemasangan permukaan. 

Ini juga mencakup pemantauan ekstensif dan sirkuit perlindungan untuk melindungi beban bernilai tinggi seperti ASIC, FPGA, dan mikroprosesor. 

LTM4641 mempertahankan pengawasan konstan untuk tegangan masukan, tegangan lebih masukan, suhu lebih dan tegangan keluaran dan kondisi arus lebih dan bertindak dengan tepat untuk melindungi beban. 

● Ambang Batas Pemicu yang Dapat Disesuaikan

Untuk menghindari eksekusi fitur perlindungan yang salah atau prematur, masing-masing parameter yang dipantau ini memiliki kekebalan kesalahan bawaan dan ambang pemicu yang dapat disesuaikan pengguna dengan pengecualian perlindungan arus berlebih, yang diterapkan dengan andal, siklus demi siklus dengan kontrol mode saat ini. 

Dalam kasus kondisi tegangan lebih keluaran, LTM4641 bereaksi dalam 500ns deteksi kesalahan (Gambar 2).   

 

Gambar 2. LTM4641 merespons kondisi tegangan lebih dalam 500ns, melindungi beban dari tegangan tegangan

Solusi Perlindungan LTM4641

● LTM4641 merespons dengan gesit dan andal untuk melindungi perangkat hilir, dan, tidak seperti solusi berbasis sekering, LTMXNUMX dapat secara otomatis mengatur ulang dan mempersenjatai kembali dirinya sendiri setelah kondisi gangguan mereda. 

● LTM4641 menggunakan penguat indera diferensial internal untuk mengatur tegangan pada terminal daya beban, meminimalkan kesalahan yang berasal dari gangguan mode umum dan penurunan tegangan jejak PCB antara LTM4641 dan beban. 

● Tegangan DC pada beban diatur ke akurasi yang lebih baik dari ±1.5% pada saluran, beban, dan suhu. Pengukuran tegangan output yang akurat ini juga diumpankan ke komparator tegangan lebih output cepat, yang memicu fitur perlindungan LTM4641. 

● Ketika kondisi tegangan lebih terdeteksi, Modul regulator dengan cepat memulai beberapa tindakan simultan. MOSFET eksternal (MSP pada Gambar 3) memutuskan suplai input, menghilangkan jalur tegangan tinggi dari regulator dan beban bernilai tinggi. MOSFET eksternal lain (MCB pada Gambar 3) mengimplementasikan a rendah fungsi linggis, dengan cepat mengosongkan kapasitor bypass beban (COUT pada Gambar 3). 

● Regulator step-down DC/DC built-in LTM4641 memasuki status shutdown latched-off dan mengeluarkan sinyal kesalahan yang ditunjukkan oleh pin HYST yang dapat digunakan oleh sistem untuk memulai urutan shutdown yang dikelola dengan baik dan/atau reset sistem. Referensi tegangan khusus yang independen dari tegangan referensi loop kontrol digunakan untuk mendeteksi kondisi gangguan. Ini memberikan ketahanan terhadap kegagalan satu titik, jika referensi loop kontrol gagal.

 Gambar 3. Rencana proteksi tegangan lebih keluaran LTM4641. Ikon probe sesuai dengan bentuk gelombang pada Gambar 2.

● Fitur perlindungan LTM4641 didukung oleh opsi pemulihan kesalahannya. Dalam skema perlindungan sekring/SCR tegangan lebih tradisional, sekering diandalkan untuk memisahkan catu daya dari beban bernilai tinggi. Pemulihan dari gangguan sekering yang putus memerlukan campur tangan manusia—seseorang dengan akses fisik ke sekering untuk melepas dan menggantinya—memperkenalkan penundaan yang tidak dapat diterima dalam pemulihan gangguan untuk waktu kerja tinggi atau sistem jarak jauh.

● Sebaliknya, LTM4641 dapat melanjutkan operasi normal setelah kondisi kesalahan teratasi baik dengan mengaktifkan pin kontrol level logika atau dengan mengonfigurasi LTM4641 untuk restart otomatis setelah periode waktu habis yang ditentukan. Jika kondisi gangguan muncul kembali setelah LTM4641 kembali beroperasi, proteksi yang disebutkan di atas segera diaktifkan kembali untuk melindungi beban.

Perlindungan Lonjakan Masukan LTM4641

Dalam beberapa kasus, proteksi tegangan lebih output saja tidak cukup, dan proteksi tegangan lebih input diperlukan. Sirkuit perlindungan LTM4641 dapat memantau tegangan input dan mengaktifkan fitur perlindungannya jika ambang tegangan yang dikonfigurasi pengguna terlampaui. 

Jika tegangan input maksimum yang diantisipasi melebihi peringkat modul 38V, perlindungan lonjakan input dapat diperpanjang hingga 80V dengan LTM4641 masih beroperasi penuh dengan menambahkan LDO tegangan tinggi eksternal untuk menjaga sirkuit kontrol dan perlindungan tetap hidup (Gambar 4).

 

Gambar 4. Perlindungan lonjakan input hingga 80V, menggunakan LTM4641 dan LDO eksternal

Tanya Jawab Umum (FAQ)

1. Q: Apa Peran Regulator?

J: Regulator mengawasi seluruh sistem, dan tanggung jawab utamanya adalah memastikan kepatuhan terhadap kerangka peraturan.

2. Q: Apa Perbedaan Konverter DC/DC dan Regulator?

A: Konverter DC/DC mengatur daya listrik dengan menghidupkan dan mematikan elemen sakelar (FET, dll.). Di sisi lain, regulator LDO mengatur catu daya dengan mengontrol resistansi FET. Konverter DC/DC sangat efisien dalam mengkonversi listrik dengan kontrol switching.

3. T: Mengapa Anda memerlukan konverter DC ke DC?

A: Konverter DC-DC digunakan untuk mengurangi input DC tegangan tinggi ke output DC tegangan rendah dari peralatan tertentu. Mereka juga digunakan untuk mengisolasi beberapa komponen yang sangat sensitif di sirkuit dari komponen lain di sirkuit untuk menghindari kerusakan.

4. T: Apa itu Pengatur Tegangan DC / DC?

A: Konverter DC-DC adalah sistem (perangkat) kelistrikan yang mengubah sumber arus searah (DC) dari satu level tegangan ke level tegangan lainnya. Dengan kata lain, konverter DC-DC mengambil tegangan input DC sebagai input dan mengeluarkan tegangan DC yang berbeda. Konverter DC-DC disebut juga konverter daya DC-DC atau pengatur tegangan.

Kesimpulan

Melalui bagian ini, kami mempelajari tantangan dan masalah industri, dan solusi terkait di masa lalu, dan bagaimana regulator modul LMT4641 menyelesaikannya. Ini menggabungkan regulator DC/DC yang efisien dengan sirkuit perlindungan tegangan lebih keluaran yang cepat dan akurat, dan secara efisien mencegah risiko tegangan lebih. Bagaimana menurut Anda tentang produk ini? Tinggalkan komentar Anda di bawah dan beri tahu kami ide Anda!

Juga Baca

● Pengatur Modul Kecilkan Ukuran Catu Daya dan Upaya Desain

● Cara Mendeteksi Dioda Zener Regulator Tegangan Berbasis?

● Panduan Lengkap untuk Regulator LDO pada tahun 2021

● Bagaimana Regulator LTC3035 LDO Menyeimbangkan Tegangan Putus Sekolah Rendah dan Volume Kecil?

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan