降低從中間總線電壓直接為低電壓處理器和 FPGA 供電的風(fēng)險(xiǎn)

觀看 LTM4641 的實(shí)時(shí)保護(hù)：http://video.linear.com./143

圖2: LTM4641 在 500ns 內(nèi)響應(yīng)過(guò)壓狀態(tài)，保護(hù)負(fù)載不受電壓應(yīng)力的影響。(VIN = 38V，VOUT = 1.0V，可調(diào)過(guò)壓觸發(fā)門(mén)限設(shè)置在 +11%)

LTM4641 內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)不但使其能夠迅速可靠的響應(yīng)，而且，在故障狀態(tài)減弱后，甚至能夠自動(dòng)復(fù)位，恢復(fù)工作。采用了差分感測(cè)放大器對(duì)負(fù)載的電源終端電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，減小了共模噪聲，以及 LTM4641 和負(fù)載之間 PCB 走線壓降導(dǎo)致的誤差。在電路、負(fù)載和溫度變化時(shí)，負(fù)載的 DC 電壓穩(wěn)壓精度優(yōu)于 ±1.5%。這一精確的輸出電壓測(cè)量結(jié)果被送入高速輸出過(guò)壓比較器，觸發(fā) LTM4641 的保護(hù)功能。

探測(cè)到過(guò)壓狀態(tài)后，μModule 穩(wěn)壓器同時(shí)迅速采取多種措施。外部 MOSFET (圖3中的 MSP) 斷開(kāi)輸入供電，從穩(wěn)壓器和昂貴的負(fù)載上去除高電壓通路。另一個(gè)外部 MOSFET (圖3中的 MCB) 負(fù)責(zé)執(zhí)行一種低阻抗放電功能，可對(duì)負(fù)載的旁路電容器實(shí)施快速放電 (圖 3 中的 C)。LTM4641 中的 DC/DC 降壓穩(wěn)壓器進(jìn)入閉鎖關(guān)斷狀態(tài)，在 HYST 引腳上發(fā)出故障信號(hào)，系統(tǒng)可以使用該信號(hào)來(lái)啟動(dòng)很好管理的關(guān)斷過(guò)程和 / 或進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。采用了獨(dú)立于控制環(huán)參考電壓的專(zhuān)用電壓參考來(lái)探測(cè)故障狀態(tài)。如果控制環(huán)的參考出現(xiàn)故障，這就實(shí)現(xiàn)了抗單點(diǎn)失效的功能。

圖3: LTM4641 輸出過(guò)壓保護(hù)圖。兩個(gè)探針圖標(biāo)對(duì)應(yīng)于圖2 中的波形

系統(tǒng)怎樣從故障中恢復(fù)進(jìn)一步顯示了 LTM4641 保護(hù)功能相對(duì)于傳統(tǒng)熔絲 / SCR 保護(hù)方法的優(yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)過(guò)壓保護(hù)方法中，熔絲方法取決于電源與昂貴的負(fù)載相分離。因此，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，必須采取實(shí)際措施來(lái)去掉并替換熔絲，以便系統(tǒng)恢復(fù)正常的工作。作為對(duì)比，通過(guò)觸發(fā)邏輯電平控制引腳，或者配置 LTM4641 為用戶設(shè)定的超時(shí)時(shí)間過(guò)期后自治重啟，清除故障狀態(tài)，LTM4641 能夠迅速恢復(fù)正常工作。不需要實(shí)際替換元器件，對(duì)于要求長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和 / 或在遠(yuǎn)端工作的系統(tǒng)，這一點(diǎn)非常關(guān)鍵。如果 LTM4641 恢復(fù)工作后，又出現(xiàn)了故障，那么，立即會(huì)采取后續(xù)保護(hù)措施來(lái)保護(hù)負(fù)載。

輸入浪涌保護(hù)

在某些情況下，僅有輸出過(guò)壓保護(hù)功能是不夠的，還需要輸入過(guò)壓保護(hù)功能。 LTM4641 的保護(hù)電路能夠監(jiān)視輸入電壓，一旦超過(guò)了用戶配置的電壓門(mén)限，激活其保護(hù)功能。如果預(yù)計(jì)的最大輸入電壓超過(guò)了模塊的額定 38V，通過(guò)增加一個(gè)外部高電壓 LDO，輸入浪涌保護(hù)可以增大到 80V， LTM4641 仍然能夠正常工作，保持控制和保護(hù)電路存在運(yùn)作 (圖4)。

圖4: 使用 LTM4641 和外部 LDO 可使輸入浪涌保護(hù)高達(dá) 80V

結(jié)論

市場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)性能和運(yùn)行時(shí)間的要求越來(lái)越高，并且大量使用了最新的數(shù)字處理器，工程師必須考慮降低風(fēng)險(xiǎn)的策略，特別是采用了 12V~28V 的分布式電源總線或者有浪涌的系統(tǒng)。最新一代而且通常非常昂貴的 FPGA、ASIC 和微處理器供電電壓的最大限制低至中間電源軌的 3%~10%，因此，它們對(duì)損害非常敏感，在過(guò)壓故障時(shí)有可能被燒壞。這類(lèi)故障可能是由開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的定時(shí)錯(cuò)誤、輸入電壓浪涌或制造過(guò)程中混入的劣質(zhì)元器件所造成。所選擇的過(guò)壓保護(hù)方法的反應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間必須非?？欤葌鹘y(tǒng)電路中采用熔絲和 SCR 的方法更精確和更一致。 LTM4641 結(jié)合高效的 10A DC/DC 降壓穩(wěn)壓器，在一個(gè)表面安裝封裝中含有精確的高速輸出過(guò)壓保護(hù)電路，構(gòu)成了完整的低風(fēng)險(xiǎn)策略，可滿足最新任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)這些嚴(yán)格的要求。