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(ADIサージサプレッサー-製品の信頼できる操作をエスコートします)

Posted by: Yoyokuo 2022-01-04 (ADIサージサプレッサー-製品の信頼できる操作をエスコートします) はコメントを受け付けていません

「「自動車、産業機器、航空電子機器の電源環境は非常に複雑です。 この過酷な電源環境で動作するには、さまざまなサージによる損傷に耐える能力が必要です。 自動車を取る 電子 例としてシステム電源アプリケーション。 システムは、高い信頼性要件を満たす必要があるだけでなく、比較的不安定なバッテリ電圧にも対処する必要があります。これは困難です。 車両のバッテリーに接続されている電子システムと機械システムの違いもあります。これにより、公称12V電源から大きな電圧エクスカーションが発生します。

「「

1.複雑な電子環境

自動車、産業機器、航空電子機器の電源環境は非常に複雑です。 この過酷な電源環境で動作するには、さまざまなサージによる損傷に耐える能力が必要です。 例として、自動車用電子システムの電源アプリケーションを取り上げます。 システムは、高い信頼性要件を満たす必要があるだけでなく、比較的不安定なバッテリ電圧にも対処する必要があります。これは困難です。 車両のバッテリーに接続されている電子システムと機械システムの違いもあります。これにより、公称12V電源から大きな電圧エクスカーションが発生します。

実際、一定期間内に、12V電源はC14Vから+ 35Vまで変化し、+ 150VからC220Vまでの電圧ピークが現れる場合があります。 この非常に高い過渡電圧は、自動車や産業用システムで一般的であり、マイクロ秒から数百ミリ秒まで続く可能性があり、これは巨大なエネルギーをもたらします。 これらのサージやトランジェントの一部は日常の使用で発生しますが、その他は誤動作や人為的エラーによって引き起こされます。

原因にかかわらず、自動車の電子システムに与える損傷は診断が難しく、修理費用が高くなります。 障害のリスクを回避するために、システム内の電子デバイスは、これらのサージに耐える能力を備えているか、慎重に保護されている必要があります。

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図1工業用地での一般的なサージフォーム

2.対処の伝統的な方法

従来の過電圧(OV)および過電流(OC)保護システムには、多くの場合、低エネルギースパイクをフィルタリングするためのコンデンサとインダクタ、過電圧保護のための過渡電圧サプレッサ(TVS)、DC過電流保護ヒューズ、バッテリの逆保護用の直列ダイオードなどが含まれます。 。

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図2従来の保護アーキテクチャ

これらのデバイスは絶えず改善されていますが、これらの個別のソリューションはかさばり、十分に正確ではなく、継続的な障害時にヒューズが飛ぶため、次のより広範なシャットダウンと障害が発生する可能性があります。

(1)同じエネルギーを吸収するために、ディスクリートデバイスはより大きな体積を必要とします。
(2)パラメータは離散的です。 たとえば、同じSMBパッケージの78V TVSのツェナー降伏電圧範囲は、最大1Vです。
(3)連続またはDC過渡現象により、ヒューズまたはTVSが飛ぶ可能性があり、手動によるメンテナンスが必要になります。
(4)逆保護のために電源経路に直列に接続されたダイオードは、損失を増加させ、熱の問題を引き起こします。

3.ADIの革新的なテクノロジー-SURGESTOPPER

技術認定エージェントであるExcelpointShijianのエンジニアであるAlexYangは、ADIの革新的なテクノロジーであるSURGESTOPPERを紹介しました。 SURGE STOPPERはどのような機能を実現できますか?

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図3自動車におけるサージサプレッサの適用

その機能の中核は、負荷側の電子システムを高電圧ショックから保護することです。 また、サージがシステムのフロントエンドに適用されると、システムの中断のない動作を保証できます。 システムのフロントエンド電源装置が継続している場合、またはDC障害が発生した場合、フロントエンド電源装置が再び正常になるまで負荷接続を切断でき、保護システムが自動的に電源装置を復元します。 一方、過負荷や短絡などのダウンストリームステージに障害が発生した場合、SURGE STOPPERは、フロントエンド電源が障害のある負荷によって引き下げられるのを防ぎ、障害のあるチャネルが戻るまできれいに遮断することもできます。通常に。

コア機能の実現に基づいて、SURGESTOPPERは設計の多くの詳細を考慮しました。 たとえば、エンジニアは、TVS選択テーブルに受動的に移動して、ニーズに最も近いデバイスを選択することなく、クランプ電圧を高精度で微調整できます。 これにより、エンジニアの設計変更と反復が容易になるだけでなく、過剰設計が最小限に抑えられ、コストが削減されます。

市場の需要に応じて、ADIは、リニアサージサプレッサ、スイッチングサージサプレッサ、および保護コントローラを含む、サージ問題用の3種類の製品を革新的に開発しました。 さらに、ADIはまだ新しいアイデアでサージ問題を解決しようとしています。

リニアサージサプレッサ

通常の動作中、リニアサージサプレッサはMOSFETのチャネルを完全に開き、負荷電流用の低抵抗パスを提供します。

入力電源電圧が変動すると、出力電圧は抵抗分割器によって設定された安全電圧に直線的に調整され、下流の負荷回路を保護する目的を達成します。

保護状態では、後続の回路は動作し続けます。

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図4リニアサージサプレッサ

サージサプレッサの切り替え

通常動作時、スイッチングサージサプレッサは外部MOSFETを完全にオンにし、電力が保護段をスムーズに通過できるようにして、下流の負荷に電力を供給します。

入力電圧サージが発生すると、動作モードが即座に切り替えられ、外部MOSFETが高効率BUCKレギュレータの一部として使用され、重要なダウンストリームを保護します。 コンポーネント 出力電圧と電流を制限することによって。
保護状態では、後続の回路は動作し続けます。

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図5スイッチングサージサプレッサ

保護コントローラー

後続回路を保護する目的で、電源電圧が異常な場合はすぐに保護コントローラを切断します。
保護状態では、後続の回路は動作を停止します。

LTC4368を例にとると、過電圧(OV)、低電圧(UV)、過電流(OC)、および逆入力(RI)の4種類の保護を実現できます。これは、基本的にアプリケーションサイトに現れるさまざまな動作条件をカバーします。 次の回路は完全な保護ソリューションを提供します。

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図6LTC4368のブロック図

4、製品例

Alexは、ADIの線形サージサプレッサLT4363を共有しました。

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図7LT4363回路アーキテクチャ

LT4363の紹介

外部NチャネルMOSFETのゲートを制御して、過電圧状態(自動車アプリケーションのロードダンプ状態など)中に出力電圧を調整できます。 出力は安全な値に制限され、負荷が動作し続けることができます。
LT4363は、SNSピンとOUTピンの間の電圧降下も監視して、過電流障害を防ぎます。

障害状態に関係なく、タイマーの開始はMOSFETのストレスに反比例します。 タイマーが動作を終了する前に、FLTピンがローレベルにプルされ、「すぐに電源がオフになります」という警告が発行されます。 この状態が続くと、MOSFETがオフになります。 リセットする前は、LT4363-1はオフのままですが、LT4363-2は冷却サイクル後に再起動します。

2つの高精度コンパレータは、入力電源の過電圧(OV)および低電圧(UV)状態を監視できます。 電圧がUVしきい値よりも低い場合、外部MOSFETはオフのままです。 入力電源電圧がOVしきい値よりも高い場合、MOSFETは再びオンになりません。 ショットキーダイオードの代わりにバックツーバックMOSFETを使用して逆入力保護を提供し、それによって電圧降下と電力損失を減らすことができます。 シャットダウンピンは、シャットダウン中の静止電流を7μA未満に減らす役割を果たします。

デザインポイント

過電圧障害

過電圧状態が発生すると、LT4363はMOSFETのゲート電圧を制御してMOSFETを可変抵抗領域で動作させ、出力電圧サンプリングピンFBの電圧が1.275Vに維持されるようにします。 設定した電圧に電圧をクランプするという目的を達成するために。 同時に、過電圧現象が続く場合、タイマーはMOSFETを制御してオフにします。

過電流障害

短絡または過電流状態が発生すると、LT4363はGATEピンを制御して、SNSピンとOUTピンの間の電流検出電圧を50mVに制限します。 深刻な出力短絡(通常、出力電圧が2V未満)の場合、電流検出しきい値が元の50mVから25mVに減少し、MOSFETの電力ストレスが減少します。 それでも障害が続く場合は、タイマーがMOSFETを制御してオフにします。

MOSFETの選択

LT4363は、NチャネルMOSFETを駆動することにより負荷電流を流します。 MOSFETの重要なパラメータは、オン抵抗RDS(ON)、最大ドレイン-ソース間電圧V(BR)DSS、ゲートしきい値電圧V(BR)GSおよびSOAです。

V(BR)DSSドレイン-ソース間電圧の最大値:

V(BR)DSSドレイン-ソース間電圧の最大値は、最大電源電圧より高くなければなりません。 グランドへの出力短絡が発生した場合、または過電圧イベント中に発生した場合、MOSFETのソースとドレインは電源電圧全体に耐えます。

V(BR)GSゲート駆動電圧:

9Vを超えるVCC電源を使用するアプリケーションの場合、汎用に必要なゲート駆動電圧範囲は10V〜16Vです。 9V未満のVCC電源を使用するアプリケーションの場合、NチャネルMOSFETのゲート駆動電圧は4.5Vより低くすることはできません。

MOSFETのSOA:

SOA(Safe Operation Area)は、すべてのMOSFETのパラメーターであり、アイコンの形で仕様に反映されています。 これは、Vds、Id、および時間Tの3つの関連パラメーターの関係を反映しています。典型的なアプリケーションでのN-MOSFETを取り上げます。例としてFDB33N25:

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図8電界効果管FDB33N25のSOA曲線

MOSFETにSOAを選択するときは、すべての障害状態を考慮する必要があります。

通常の動作では、チャネルは完全に開いているため、MOSFETの電力損失は非常に小さくなります。
過電圧または過電流障害が発生した場合、GATEピンはMOSFET上のDSの両端の電圧またはMOSFETを流れる電流の制御を開始します。 このとき、MOSFETには高電圧と高電流が同時に存在するため、SOAデータに基づいてフォールトタイマーの設定を慎重に決定する必要があります。

V.結論

LT4363は、ADIの多くのサージ抑制コントローラシリーズの1つにすぎません。 自動車や産業などの複雑な電源環境では、Shijianが提供するADIサージサプレッサは、製品が過酷な電源環境に耐え、さまざまな波に耐えられる製品を作るのに役立ちます。 損傷を急増させる能力は、製品の信頼できる操作を保護します。