應(yīng)設(shè)計(jì)高可靠性系統(tǒng)，以避免單點(diǎn)失敗，并提供一種隔離故障的方法，以至于操作可能會(huì)在降低的性能水平下繼續(xù)進(jìn)行。它也應(yīng)該能夠包含故障，以避免向下游或上游電子設(shè)備傳播。
　　內(nèi)置的冗余，要么以平行電路的形式積極地共享負(fù)載，要么在備用備用等待直到發(fā)生故障，這是一種解決方案。在每種情況下，故障檢測(cè)和管理都需要額外的間接費(fèi)用電路，以促進(jìn)整體復(fù)雜性和成本。一些系統(tǒng)還會(huì)產(chǎn)生不同的平行電路，以增加多樣性并避免出現(xiàn)共同故障機(jī)制的風(fēng)險(xiǎn)；某些飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)就是這種情況。
　　增加的系統(tǒng)復(fù)雜性會(huì)給電源性能帶來(lái)更大的負(fù)擔(dān)，因此轉(zhuǎn)化效率高，良好的熱管理至關(guān)重要，因?yàn)樵谶B接溫度下每10°C每增加一個(gè)10°C，IC壽命大約減半。正如我們將看到的那樣，現(xiàn)在，新型功能豐富的電源和專用的電源管理功能為IC本身和周圍系統(tǒng)提供了更多的保護(hù)。
　　高可靠性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涵蓋了耐故障設(shè)計(jì)技術(shù)的使用，選擇合適的組件以滿足預(yù)期的環(huán)境條件和遵守標(biāo)準(zhǔn)。本文著重于半導(dǎo)體解決方案，以實(shí)施高可易發(fā)電源，這是電力電子設(shè)備的一部分，包括冗余，電路保護(hù)和遠(yuǎn)程系統(tǒng)管理。它將強(qiáng)調(diào)半導(dǎo)體技術(shù)和新安全功能的改進(jìn)如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并增強(qiáng)組件可靠性。
　　高可靠性電力系統(tǒng)的要求
　　在一個(gè)完美的世界中，應(yīng)設(shè)計(jì)高可靠性的電力系統(tǒng)，以避免單點(diǎn)失敗，并提供一種隔離故障的方法，以至于操作可能會(huì)持續(xù)下降。它也應(yīng)該能夠包含故障，以避免向下游或上游電子設(shè)備傳播。
　　內(nèi)置的冗余，要么以平行電路的形式積極地共享負(fù)載，要么以備用等待直到發(fā)生故障，這是一種解決方案。在每種情況下，故障檢測(cè)和管理都需要額外的間接費(fèi)用電路，以促進(jìn)整體復(fù)雜性和成本。某些系統(tǒng)還會(huì)產(chǎn)生不同的并行電路，尤其是在電力電子中，以增加多樣性并避免出現(xiàn)常見(jiàn)故障機(jī)制的風(fēng)險(xiǎn)；某些飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)就是這種情況。
　　增加的系統(tǒng)復(fù)雜性會(huì)給電源性能帶來(lái)更大的負(fù)擔(dān)，因此轉(zhuǎn)化效率高，良好的熱管理至關(guān)重要，因?yàn)樵谶B接溫度下每10°C每增加一個(gè)10°C，IC壽命大約減半。正如我們將看到的那樣，現(xiàn)在，新型功能豐富的電源和專用的電源管理功能為IC本身和周圍系統(tǒng)提供了更多的保護(hù)。
　　電源調(diào)節(jié)器安全功能
　　電壓調(diào)節(jié)器已經(jīng)看到越來(lái)越準(zhǔn)確和復(fù)雜的當(dāng)前限制形式，以避免損壞設(shè)備本身或下游組件的過(guò)度輸出電流。找到內(nèi)部保護(hù)電路，包括反向電池保護(hù)，電流限制，熱限制和反向電流保護(hù)也很常見(jiàn)。
　　LTC7801 DC/DC開(kāi)關(guān)控制器是一個(gè)提供改進(jìn)過(guò)程技術(shù)和安全功能的示例的產(chǎn)品。它可以安全地維持高達(dá)150V的輸入電壓，并實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)保護(hù)功能，該保護(hù)功能在輸入電壓上升到可編程操作范圍以上時(shí)會(huì)抑制切換。此功能簡(jiǎn)化了輸入供應(yīng)瞬態(tài)保護(hù)電路減少組件計(jì)數(shù)和解決方案大小。該輸出還通過(guò)過(guò)電壓比較器得到了很好的保護(hù)，該比較器可防止電壓超出沖壓，而折疊電流限制器控制在過(guò)電流和短路斷層條件下的功率耗散。

　　圖1。LTC7801高壓向下降下DC/DC控制器
　　還可以通過(guò)提供廣泛間隔的銷釘?shù)陌b選項(xiàng)來(lái)解決安全的物理包裝方面，以避免在相鄰的高壓和低壓引腳之間施加弧形的危險(xiǎn)。擊穿電壓以較低的氣壓降低，因此未壓力的飛機(jī)應(yīng)用可以選擇LTC3895，該LTC3895提供的功能和性能與LTC7801相同，但具有0.68mm的雙針間距套件。
　　某些產(chǎn)品（例如耐故障LT3007線性調(diào)節(jié)器）也可以使用所謂的FMEA（故障模式和效果分析）兼容的PINOUT，如果相鄰的引腳短路或銷腳引腳，則輸出保持在調(diào)節(jié)電壓下或低于調(diào)節(jié)電壓。
　　控制電源系統(tǒng)中的多個(gè)輸入源
　　包含主電源或電源電路的電源系統(tǒng)以及帶有外部輔助供應(yīng)的冗余備份需要一個(gè)系統(tǒng)來(lái)仲裁哪個(gè)供應(yīng)有優(yōu)先級(jí)并監(jiān)視其狀態(tài)。此外，它必須保護(hù)系統(tǒng)在源切換過(guò)程中免受交叉導(dǎo)向和反饋。單芯片IC（例如LTC4417）提供了一個(gè)解決方案，可以自動(dòng)根據(jù)每個(gè)輸入的用戶定義的供應(yīng)閾值驗(yàn)證來(lái)源選擇源。
　　另一種方法是在兩個(gè)輸入源之間共享同時(shí)運(yùn)行的兩個(gè)輸入源之間的負(fù)載，從而通過(guò)減少每個(gè)來(lái)源的負(fù)擔(dān)來(lái)提高可靠性，同時(shí)提供一個(gè)適當(dāng)尺寸以支持滿載負(fù)載要求的源，從而提供防止失敗的保護(hù)。
　　過(guò)去，可能已經(jīng)采用了簡(jiǎn)單但效率低下的二極管或安排，但要求每個(gè)供應(yīng)都具有主動(dòng)控制以平衡負(fù)載。圖2顯示了如何使用單芯片解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。 LTC4370是一個(gè)當(dāng)前的共享控制器，其反向阻塞阻止了一個(gè)供應(yīng)的故障，從而降低了電源系統(tǒng)?！　TC4370雙冗余電源共享

　　圖2。LTC4370雙冗余電源共享
　　瞬態(tài)和電路保護(hù)
　　軍用和飛機(jī)電子設(shè)備必須符合瞬態(tài)保護(hù)規(guī)格，例如MIL-STD-1275（車輛）和MIL-STD-704 / DO-160（飛機(jī)）。然而，在任何高可靠性系統(tǒng)中都需要防止電壓，尖峰和漣漪，并且有產(chǎn)品和電涌保護(hù)設(shè)備專用于該功能，例如LT4364集成電路。
　　還有多種可用的電路保護(hù)功能，包括LTC4368（100V雙向斷路器）等產(chǎn)品，其中包括防止電源電壓，可能太高，太低甚至是負(fù)面的，并且在正向和反向方向上都無(wú)法發(fā)生過(guò)電壓。　　LTC4368雙向斷路器帶有保護(hù)

　　圖3。LTC4368雙向斷路器帶有保護(hù)
　　在這些示例中，我們可以觀察到具有越來(lái)越復(fù)雜的保護(hù)和安全功能集的新的集成電路產(chǎn)品如何簡(jiǎn)化應(yīng)用電路設(shè)計(jì)并降低解決方案尺寸。
　　數(shù)字電力系統(tǒng)管理
　　新產(chǎn)品將模擬功率調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)與對(duì)基于I2C的PMBUS接口的數(shù)字控制相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)電源電子電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理。遙測(cè)和診斷數(shù)據(jù)可用于監(jiān)視負(fù)載條件，讀取模具溫度，并提供修剪和邊緣的訪問(wèn)權(quán)限，以達(dá)到非常高的精度，最大化系統(tǒng)穩(wěn)定性，效率和可靠性。
　　數(shù)字電源管理的一個(gè)問(wèn)題是軟件的復(fù)雜性，但是，LTC3815實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化的PMBUS“ Lite”命令集，而沒(méi)有芯片上的非揮發(fā)性內(nèi)存或微控制器，它簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，同時(shí)提供了數(shù)字控制和監(jiān)視的好處。
　　如前所述，良好的熱控制對(duì)于可靠性至關(guān)重要，LTC3815具有兩個(gè)級(jí)別的熱閾值和兩個(gè)響應(yīng)水平。當(dāng)內(nèi)部模具溫度超過(guò)150°C時(shí)，過(guò)時(shí)的條件被標(biāo)記為PMBUS，警報(bào)銷較低以提醒PMBUS主機(jī)。如果溫度持續(xù)升高并超過(guò)170°C，則LTC3815會(huì)關(guān)閉所有電路，包括輸出調(diào)節(jié)，直到過(guò)度過(guò)度的條件清除為止。
　　可以報(bào)告其狀態(tài)的系統(tǒng)提供了從基于時(shí)間的維護(hù)時(shí)間表轉(zhuǎn)變?yōu)榛跅l件的維護(hù)的機(jī)會(huì)，并有可能在系統(tǒng)故障狀況下降之前突出性能退化。
　　高可靠性電源系統(tǒng)通常包括一個(gè)隔離屏障，以保護(hù)電動(dòng)總線免受下游線路可更換單元的斷層的影響。越來(lái)越多的傳感器和執(zhí)行器也在推動(dòng)對(duì)較小的，本地隔離的電源和數(shù)據(jù)接口的需求，以減少地面環(huán)和共同模式干擾的噪聲引起的問(wèn)題。
　　現(xiàn)在有完整的電流隔離BGA模塊解決方案，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并提高可靠性。 LTM9100隔離開(kāi)關(guān)控制器是控制，保護(hù)和監(jiān)視高壓電源的多合一解決方案。 5KVRMS電流隔離屏障將數(shù)字界面與開(kāi)關(guān)控制器分開(kāi)，驅(qū)動(dòng)外部N通道MOSFET或IGBT開(kāi)關(guān)。通過(guò)I2C/ SMBUS界面訪問(wèn)負(fù)載電流，總線電壓和溫度的孤立數(shù)字測(cè)量值，從而使高壓總線的功率和能量監(jiān)測(cè)能夠訪問(wèn)。

　　圖4。LTM9100帶有遙測(cè)的隔離開(kāi)關(guān)控制器