降低從中間總線電壓直接為低電壓處理器和 FPGA 供電的風險

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圖2: LTM4641 在 500ns 內(nèi)響應過壓狀態(tài)，保護負載不受電壓應力的影響。(VIN = 38V，VOUT = 1.0V，可調(diào)過壓觸發(fā)門限設置在 +11%)

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

探測到過壓狀態(tài)后，μModule 穩(wěn)壓器同時迅速采取多種措施。外部 MOSFET (圖3中的 MSP) 斷開輸入供電，從穩(wěn)壓器和昂貴的負載上去除高電壓通路。另一個外部 MOSFET (圖3中的 MCB) 負責執(zhí)行一種低阻抗放電功能，可對負載的旁路電容器實施快速放電 (圖 3 中的 C)。LTM4641 中的 DC/DC 降壓穩(wěn)壓器進入閉鎖關斷狀態(tài)，在 HYST 引腳上發(fā)出故障信號，系統(tǒng)可以使用該信號來啟動很好管理的關斷過程和 / 或進行系統(tǒng)復位。采用了獨立于控制環(huán)參考電壓的專用電壓參考來探測故障狀態(tài)。如果控制環(huán)的參考出現(xiàn)故障，這就實現(xiàn)了抗單點失效的功能。

圖3: LTM4641 輸出過壓保護圖。兩個探針圖標對應于圖2 中的波形

系統(tǒng)怎樣從故障中恢復進一步顯示了 LTM4641 保護功能相對于傳統(tǒng)熔絲 / SCR 保護方法的優(yōu)勢。在傳統(tǒng)過壓保護方法中，熔絲方法取決于電源與昂貴的負載相分離。因此，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，必須采取實際措施來去掉并替換熔絲，以便系統(tǒng)恢復正常的工作。作為對比，通過觸發(fā)邏輯電平控制引腳，或者配置 LTM4641 為用戶設定的超時時間過期后自治重啟，清除故障狀態(tài)，LTM4641 能夠迅速恢復正常工作。不需要實際替換元器件，對于要求長時間運行和 / 或在遠端工作的系統(tǒng)，這一點非常關鍵。如果 LTM4641 恢復工作后，又出現(xiàn)了故障，那么，立即會采取后續(xù)保護措施來保護負載。

輸入浪涌保護

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

圖4: 使用 LTM4641 和外部 LDO 可使輸入浪涌保護高達 80V

結(jié)論

市場對系統(tǒng)性能和運行時間的要求越來越高，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險的策略，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，它們對損害非常敏感，在過壓故障時有可能被燒壞。這類故障可能是由開關穩(wěn)壓器的定時錯誤、輸入電壓浪涌或制造過程中混入的劣質(zhì)元器件所造成。所選擇的過壓保護方法的反應和恢復時間必須非?？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，在一個表面安裝封裝中含有精確的高速輸出過壓保護電路，構(gòu)成了完整的低風險策略，可滿足最新任務關鍵系統(tǒng)這些嚴格的要求。