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

觀(guān)看 LTM4641 的實(shí)時(shí)保護：http://video.linear.com./143

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

LTM4641 內部體系結構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(dòng)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(jìn)行穩壓，減小了共模噪聲，以及 LTM4641 和負載之間 PCB 走線(xiàn)壓降導致的誤差。在電路、負載和溫度變化時(shí)，負載的 DC 電壓穩壓精度優(yōu)于 ±1.5%。這一精確的輸出電壓測量結果被送入高速輸出過(guò)壓比較器，觸發(fā) LTM4641 的保護功能。

探測到過(guò)壓狀態(tài)后，μModule 穩壓器同時(shí)迅速采取多種措施。外部 MOSFET (圖3中的 MSP) 斷開(kāi)輸入供電，從穩壓器和昂貴的負載上去除高電壓通路。另一個(gè)外部 MOSFET (圖3中的 MCB) 負責執行一種低阻抗放電功能，可對負載的旁路電容器實(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，系統可以使用該信號來(lái)啟動(dòng)很好管理的關(guān)斷過(guò)程和 / 或進(jìn)行系統復位。采用了獨立于控制環(huán)參考電壓的專(zhuān)用電壓參考來(lái)探測故障狀態(tài)。如果控制環(huán)的參考出現故障，這就實(shí)現了抗單點(diǎn)失效的功能。

圖3: LTM4641 輸出過(guò)壓保護圖。兩個(gè)探針圖標對應于圖2 中的波形

系統怎樣從故障中恢復進(jìn)一步顯示了 LTM4641 保護功能相對于傳統熔絲 / SCR 保護方法的優(yōu)勢。在傳統過(guò)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，在系統出現故障后，必須采取實(shí)際措施來(lái)去掉并替換熔絲，以便系統恢復正常的工作。作為對比，通過(guò)觸發(fā)邏輯電平控制引腳，或者配置 LTM4641 為用戶(hù)設定的超時(shí)時(shí)間過(guò)期后自治重啟，清除故障狀態(tài)，LTM4641 能夠迅速恢復正常工作。不需要實(shí)際替換元器件，對于要求長(cháng)時(shí)間運行和 / 或在遠端工作的系統，這一點(diǎn)非常關(guān)鍵。如果 LTM4641 恢復工作后，又出現了故障，那么，立即會(huì )采取后續保護措施來(lái)保護負載。

輸入浪涌保護

在某些情況下，僅有輸出過(guò)壓保護功能是不夠的，還需要輸入過(guò)壓保護功能。 LTM4641 的保護電路能夠監視輸入電壓，一旦超過(guò)了用戶(hù)配置的電壓門(mén)限，激活其保護功能。如果預計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

結論

市場(chǎng)對系統性能和運行時(shí)間的要求越來(lái)越高，并且大量使用了最新的數字處理器，工程師必須考慮降低風(fēng)險的策略，特別是采用了 12V~28V 的分布式電源總線(xiàn)或者有浪涌的系統。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(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)穩壓器的定時(shí)錯誤、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)壓保護方法的反應和恢復時(shí)間必須非?？?，要比傳統電路中采用熔絲和 SCR 的方法更精確和更一致。 LTM4641 結合高效的 10A DC/DC 降壓穩壓器，在一個(gè)表面安裝封裝中含有精確的高速輸出過(guò)壓保護電路，構成了完整的低風(fēng)險策略，可滿(mǎn)足最新任務(wù)關(guān)鍵系統這些嚴格的要求。