高可靠性係統設計包括使用容錯設計方法和選擇適合的組件，以滿足預期環境條件並符合標準要求。

 

高可靠性電源係統的要求

 

在理想的世界裏
，高可靠性係統應該設計為能夠避免單點失效
，有辦法在保持運行 (但也許是在降低的性能水平上) 的情況下隔離故障。高可靠性係統還應該能夠抑製故障，避免故障傳播給下遊或上遊電子組件。

 

內(nei)置(zhi)冗(rong)餘(yu)是(shi)一(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，這(zhe)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)並(bing)聯(lian)電(dian)路(lu)以(yi)主(zhu)動(dong)分(fen)擔(dan)負(fu)載(zai)或(huo)者(zhe)在(zai)故(gu)障(zhang)發(fa)生(sheng)之(zhi)前(qian)以(yi)備(bei)用(yong)模(mo)式(shi)等(deng)待(dai)。在(zai)每(mei)一(yi)種(zhong)內(nei)置(zhi)冗(rong)餘(yu)方(fang)式(shi)中(zhong)，實(shi)現(xian)故(gu)障(zhang)檢(jian)測(ce)和(he)管(guan)理(li)都(dou)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)電(dian)路(lu)開(kai)銷(xiao)，這(zhe)提(ti)高(gao)了(le)總(zong)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)和(he)成(cheng)本(ben)。有(you)些(xie)係(xi)統(tong)還(hai)建(jian)立(li)了(le)不(bu)同(tong)的(de)並(bing)聯(lian)電(dian)路(lu)
，以(yi)增(zeng)加(jia)多(duo)樣(yang)性(xing)
，避(bi)免(mian)產(chan)生(sheng)相(xiang)同(tong)故(gu)障(zhang)機(ji)製(zhi)這(zhe)種(zhong)風(feng)險(xian)，某(mou)些(xie)飛(fei)行(xing)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)就(jiu)是(shi)這(zhe)麼(me)做(zuo)的(de)。

 

提高係統複雜性給電源性能造成了更大負擔
，因此高轉換效率和良好的熱量管理變得至關重要了，因為結溫每上升 10°C，IC 壽命大約減少一半。正如我們將看到的那樣，現在新功能豐富的電源 IC 和專用電源管理功能增強了對 IC 本身及其周圍係統的保護。

 

電源穩壓器的安全功能

 

電dian壓ya穩wen壓ya器qi的de電dian流liu限xian製zhi越yue來lai越yue準zhun確que
，形xing式shi也ye越yue來lai越yue複fu雜za，以yi避bi免mian過guo大da的de輸shu出chu電dian流liu損sun壞huai器qi件jian本ben身shen或huo下xia遊you組zu件jian。內nei部bu保bao護hu電dian路lu也ye相xiang當dang常chang見jian，包bao括kuo電dian池chi反fan向xiang保bao護hu、電流限製、熱量限製和電流反向保護。

 

LTC7801 DC/DC 開關控製器就是一個改進了工藝技術和安全功能的產品實例。該器件可安全地承受高達 150V 的de輸shu入ru電dian壓ya
，並bing提ti供gong一yi種zhong保bao護hu功gong能neng，以yi在zai輸shu入ru電dian壓ya上shang升sheng至zhi高gao於yu可ke編bian程cheng工gong作zuo範fan圍wei時shi
，禁jin止zhi切qie換huan。這zhe種zhong功gong能neng簡jian化hua了le輸shu入ru電dian源yuan瞬shun態tai保bao護hu電dian路lu

，減jian少shao了le組zu件jian數shu並bing縮suo減jian解jie決jue方fang案an尺chi寸cun。運yun用yong針zhen對dui電dian壓ya過guo衝chong提ti供gong保bao護hu的de過guo壓ya比bi較jiao器qi
，也ye可ke以yi很hen好hao地di保bao護hu輸shu出chu，同tong時shi折zhe返fan電dian流liu限xian製zhi器qi在zai過guo流liu和he短duan路lu故gu障zhang情qing況kuang下xia可ke控kong製zhi功gong耗hao。

 

圖 1：LTC7801 高壓降壓型 DC/DC 控製器

 

寬kuan引yin腳jiao間jian隔ge可ke避bi免mian相xiang鄰lin高gao壓ya和he低di壓ya引yin腳jiao之zhi間jian產chan生sheng危wei險xian的de電dian弧hu，通tong過guo提ti供gong這zhe樣yang的de封feng裝zhuang選xuan擇ze

，也ye增zeng強qiang了le物wu理li封feng裝zhuang方fang麵mian的de安an全quan性xing。擊ji穿chuan電dian壓ya隨sui著zhe氣qi壓ya降jiang低di而er下xia降jiang，因yin此ci非fei正zheng常chang氣qi壓ya的de飛fei機ji應ying用yong可ke以yi選xuan擇ze LTC3895，該器件提供與 LTC7801 相同的功能和性能，但是提供具 0.68mm 雙倍引腳間隔的封裝選擇。另外，還可采用一些具有符合所謂 FMEA (失效模式和影響分析) 標準之引出腳配置的產品，比如容錯型 LT3007 線性穩壓器，在此類引出腳配置中
，如果相鄰的引腳短接在一起或某個引腳被浮置，則輸出維持在或低於調節電壓。

 

控製多個輸入電源

 

含han有you一yi個ge主zhu電dian源yuan和he一yi個ge冗rong餘yu備bei份fen電dian源yuan同tong時shi也ye許xu還hai有you一yi個ge外wai部bu輔fu助zhu電dian源yuan的de電dian源yuan係xi統tong需xu要yao一yi種zhong仲zhong裁cai係xi統tong，以yi確que定ding哪na個ge電dian源yuan有you優you先xian權quan並bing監jian視shi這zhe些xie電dian源yuan的de狀zhuang態tai。此ci外wai
，還hai必bi須xu保bao護hu係xi統tong，防fang止zhi在zai電dian源yuan切qie換huan時shi發fa生sheng交jiao叉cha傳chuan導dao和he反fan向xiang饋kui送song。諸zhu如ru LTC4417 等單芯片 IC 提供一種解決方案
，即針對每個輸入驗證用戶定義的電源門限，依此自動選擇電源。

 

另ling一yi種zhong方fang法fa是shi由you兩liang個ge同tong時shi運yun行xing的de輸shu入ru電dian源yuan分fen擔dan負fu載zai
，從cong而er通tong過guo減jian輕qing每mei個ge電dian源yuan的de負fu擔dan提ti高gao可ke靠kao性xing，如ru果guo每mei個ge電dian源yuan都dou經jing過guo適shi當dang調tiao整zheng，能neng夠gou支zhi持chi滿man負fu載zai需xu求qiu
，那na麼me這zhe種zhong方fang法fa同tong時shi還hai能neng在zai一yi個ge電dian源yuan發fa生sheng故gu障zhang時shi提ti供gong保bao護hu。過guo去qu，可ke能neng一yi直zhi采cai用yong簡jian單dan但dan效xiao率lv低di的de二er極ji管guan“合路”電路，但這種電路要求每個電源都配備有源控製以平衡負載。圖2 顯示，現在怎樣才能用單個芯片解決方案來實現這種控製。LTC4370 是一款均流控製器，具反向隔離，防止一個電源發生故障導致整個電源係統宕機。

 

圖 2：LTC4370 雙冗餘電源均分

 

瞬態和電路保護

 

軍用和航空電子產品必須符合瞬態保護規範
，例如MIL-STD-1275 (車輛) 和 MIL-STD-704/DO-16 (飛機)。不過，人們希望任何高可靠性係統都針對電壓浪湧、尖峰和紋波提供保護
，有些產品專門提供這種保護功能，例如 LT4364。

 

此外，還有多種電路保護功能可用，包括 LTC4368 這類產品。LTC4368 是一款 100V 雙向電路斷路器，針對電源電壓過高
、過低甚至為負、以及針對正向和反向過流故障提供保護。

 

圖 3：提供保護功能的 LTC4368 雙向電路斷路器

 

在這些例子中我們可以觀察到，具日益複雜的保護和安全功能的新產品怎樣簡化了應用電路設計，並減小了解決方案尺寸。

 

數字電源係統管理

 

模擬電源調節有自己的優勢，通過基於 I2C 的 PMBus 接口進行數字控製以支持電源係統遠程管理也有自己的優勢，新型產品正在結合這兩種優勢。遙測和診斷數據可用來監視負載情況
、讀取芯片溫度並以非常高的準確度進行微調和裕度控製，從而最大限度提高係統穩定性、效率和可靠性。

 

數字電源管理的一個引人關切問題是軟件的複雜性
，然而，LTC3815 執行一種簡化的 PMBus “Lite” 命令集，沒有片內非易失性存儲器或微控製器
，它在簡化設計的同時提供了數字控製和監視的好處。

 

正如之前提到的那樣，良好的熱量控製對於可靠性是非常重要的
，LTC3815 提供兩級過熱門限和兩級響應。當內部芯片溫度超過 150°C 時
，過熱狀態被標記到 PMBus 上，ALERT 引腳拉低以向 PMBus 主器件發出警報。如果溫度繼續上升並超過 170°C，那麼 LTC3815 就關斷所有電路，包括輸出調節電路

，直到過熱狀態清除為止。

 

這zhe類lei能neng夠gou報bao告gao其qi狀zhuang態tai的de係xi統tong為wei改gai變bian維wei護hu方fang式shi提ti供gong了le機ji會hui，即ji從cong基ji於yu時shi間jian的de維wei護hu安an排pai轉zhuan變bian到dao基ji於yu狀zhuang態tai的de維wei護hu
，並bing有you可ke能neng在zai係xi統tong故gu障zhang形xing成cheng之zhi前qian，凸tu顯xian性xing能neng下xia降jiang問wen題ti。

 

隔離式係統

 

gaokekaoxingdianyuanxitongtongchangbaokuoyigegelishilei，yibaohudianyuanzongxianmianzaoxiayouxianlukegenghuandanyuanguzhangdesunhuai。lingwai，buduanzengjiadechuanganqihezhixingqishumuyezaituidongzheduiyujiaoxiao
、局部隔離式電源和數據接口的需求
，旨在減少源自接地環路和共模幹擾的噪聲感應問題。現在已經有了完整的電流隔離型 BGA 模塊解決方案，以簡化設計和提高可靠性。LTM9100 隔離型開關控製器是一款一體化解決方案
，用於控製
、保護和監視高達 1000VDC的高電壓電源。一個 5kVRMS電氣隔離勢壘隔離了數字接口和開關控製器，從而可驅動一個外部 N 溝道 MOSFET 或 IGBT 開關。通過 I2C/SMBus 接口可對負載電流
、總線電壓及溫度進行隔離式數字測量，從而實現高電壓總線的功率和能耗監視。

 

圖 4：具遙測功能的 LTM9100 隔離式開關控製器

 

組件選擇

 

本(ben)文(wen)大(da)部(bu)分(fen)內(nei)容(rong)都(dou)專(zhuan)門(men)用(yong)來(lai)探(tan)討(tao)簡(jian)化(hua)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)的(de)新(xin)功(gong)能(neng)，或(huo)者(zhe)針(zhen)對(dui)故(gu)障(zhang)或(huo)粗(cu)暴(bao)使(shi)用(yong)情(qing)況(kuang)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)的(de)產(chan)品(pin)功(gong)能(neng)。然(ran)而(er)
，至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)
，不(bu)要(yao)忽(hu)視(shi)組(zu)件(jian)質(zhi)量(liang)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)以(yi)針(zhen)對(dui)預(yu)期(qi)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)選(xuan)擇(ze)正(zheng)確(que)組(zu)件(jian)級(ji)別(bie)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)。例(li)如(ru) ADI 的軍用塑料封裝等級器件提供了經過 100% 測試和有保證的性能 (在 -55°C 至 +125°C 溫度範圍內)，從而免除了對預期存在非常嚴酷條件的應用電路中的組件進行昂貴二次篩分或特性分析之需。

 

結論

 

憑借用戶可編程特性、gengjiajingxifuzadepianneibaohujilihesuojianlezhengtijiejuefanganzhanbanmianjidegenggaojichengdu，yishigaokekaoxingdianyuandeshejideyijianhua。shuzidianyuanxitongguanlitigonglefangfayiyuanchengjianshihekongzhidianyuanxitongyijijinyibugaishanxiaolvhekekaoxing。zuihou
，xuanzeyijiaxinyulianghaogongyingshangdezhengquezujiandengjijiangjiangdifashengzhilianghekekaoxingwentidekenengxing。

 

 

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