資料介紹
作者:Tom-M
2016年,ADI公司宣布收購(gòu)凌力爾特,于是一個(gè)強(qiáng)大的電源產(chǎn)品系列產(chǎn)生了。其中部分電路可以攜帶超過100A的電流,流向數(shù)據(jù)中心內(nèi)使用的服務(wù)器,其他電路則提供電氣隔離,還有的電路專注于處理uA。
最近,我在加利福尼亞州米爾皮塔斯參加了一個(gè)電力峰會(huì),如果我之前沒有考慮升壓、降壓、降壓-升壓、SEPIC和反激式轉(zhuǎn)換器,那我一定會(huì)感到驚訝。作為此次訪問的一部分,我準(zhǔn)備了一篇關(guān)于電源電路功能安全要求的演示文稿,下面我要與大家分享其中的部分內(nèi)容。
我將使用IEC 61800-5-2:2016附錄A中的這個(gè)電路來(lái)說(shuō)明問題。這是變速驅(qū)動(dòng)的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。
所示輸入為工業(yè)領(lǐng)域常見的24V DC電源。即使發(fā)生故障,這些電源通常限制在60V DC以下。如果電壓監(jiān)視器未指定為60V,那么如圖所示的解決方案將保護(hù)帶有TVS和保險(xiǎn)絲的電路。如果電壓超過電源監(jiān)控電路的最大指定工作電壓,那么電壓應(yīng)該箝位,并且應(yīng)該選擇能夠在該箝位電流下保持打開的保險(xiǎn)絲。圖中還顯示了串聯(lián)MOSFET,在監(jiān)視器的控制下,MOSFET可以斷開剩余電路的電力。最后請(qǐng)注意,監(jiān)控范圍涵蓋輸入和所有調(diào)節(jié)電源。通過這種方式,電源監(jiān)視器負(fù)責(zé)執(zhí)行大部分重要安全提升工作,而實(shí)際電源的設(shè)計(jì)并沒有那么重要。
IEC 61800-5-2中的電源示例
該電路為一個(gè)雙通道系統(tǒng)供電,這一點(diǎn)沒有在上圖中體現(xiàn)出來(lái)。因此,電源電路的任何故障將為共因失效(CCF),需要非常高的診斷覆蓋率。電壓監(jiān)視器將需要窗口化。傳統(tǒng)上,電源監(jiān)視器僅負(fù)責(zé)監(jiān)視低于預(yù)期的電源電壓。但是,出于功能安全,你需要確保所有組件均在其指定工作電壓范圍內(nèi)(無(wú)論是高端還是低端)工作。此類監(jiān)視器被稱為窗口化電源監(jiān)視器。上圖沒有體現(xiàn)的一點(diǎn)還包括,你可能需要對(duì)電源監(jiān)視器進(jìn)行診斷。這聽起來(lái)可能像是基于你的診斷進(jìn)行診斷,實(shí)則不然。舉個(gè)例子,雖然高電源可能表示故障,但低端的電源并不是故障,而是正常工作模式,因?yàn)樵陔娫创蜷_和關(guān)閉期間,電源將較低。因此,診斷工作至少需要能夠在低端進(jìn)行監(jiān)視。這可能包括連接MOSFET以便從uC按需拉低UV(欠壓)電阻節(jié)點(diǎn)。
對(duì)于電源監(jiān)視器模塊,我尤其青睞 LTC4365。它能夠監(jiān)視過壓和欠壓(即,窗口化),這對(duì)于功能安全最為重要。雖然它可以使用2.5V至34V的輸入電源操作,但最高可承受60V,因此滿足PELV要求,適合使用保險(xiǎn)絲/Zener組合提供保護(hù),如IEC 61800-5-2示例所示。其額定溫度范圍為-40℃至125℃,因此保證能夠在工業(yè)領(lǐng)域常見的最大溫度范圍內(nèi)提供保護(hù)。它還可以控制串聯(lián)MOSFET,以斷開電源電壓(ISO 13849中的基本安全原則),它具備開集輸出,因此多個(gè)LTC4365可以相結(jié)合,用于監(jiān)視系統(tǒng)中的其他調(diào)節(jié)電壓。
小尺寸單一MOSFET應(yīng)用可提供60V保護(hù)
對(duì)于機(jī)械應(yīng)用,電源監(jiān)視器導(dǎo)致系統(tǒng)斷路后,應(yīng)避免在沒有人為干預(yù)的情況下重新啟動(dòng)。對(duì)于過程控制應(yīng)用,你可能需要在電源回到規(guī)范后自動(dòng)重新啟動(dòng)。
另一個(gè)不得不提的有趣部分是ADP1031。該多裸片解決方案可以在4.5V至60V輸入電壓范圍內(nèi)運(yùn)行,并為4/20mA DAC的AD5758生成+24V、+5V和-24V電源。但是,其中還包括多個(gè)數(shù)字隔離通道,額定溫度范圍為-40℃至+125℃,因此請(qǐng)勾選上方簡(jiǎn)介中提到的方框。
ADP1031數(shù)據(jù)手冊(cè)中的典型應(yīng)用電路
通過盡量減少組件的總數(shù)量并在模塊/PCB級(jí)別簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),此集成度可最大限度提高系統(tǒng)的可靠性。對(duì)于類似上述系統(tǒng),它一定可以簡(jiǎn)化FMEDA,并且需要可靠性預(yù)測(cè)和分析的組件數(shù)量比集成度較低的系統(tǒng)少得多。
本文轉(zhuǎn)自:【工程師博客】電源功能安全
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