電源功能安全

早在2016年，ADI公司就宣布將收購(gòu)凌力爾特技術(shù)，從而擁有龐大的電源產(chǎn)品組合。其中一些電路可以為數(shù)據(jù)中心使用的服務(wù)器傳輸超過(guò)100安培的電流，其他電路包括電流隔離，其他電路則專注于與uA一起工作。

我將使用IEC 61800-5-2：2016附錄A中的電路來(lái)說(shuō)明這些問(wèn)題。這是變速驅(qū)動(dòng)器的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

所示輸入為工業(yè)中的 24V 直流電源。通常，即使在發(fā)生故障時(shí)，這些電源也限制在低于 60V DC。如果電壓監(jiān)視器未指定為60V，則如圖所示的解決方案是使用TVS和保險(xiǎn)絲保護(hù)電路。如果電壓上升到電源監(jiān)控電路的最大額定工作電壓以上，則應(yīng)將其箝位并選擇保險(xiǎn)絲，使其在該箝位電流下斷開。還顯示了串聯(lián)MOSFET，在監(jiān)視器的控制下，它可以斷開電路其余部分的電源。最后請(qǐng)注意，監(jiān)控涵蓋輸入和所有穩(wěn)壓電源。通過(guò)這種方式，電源監(jiān)視器可以完成大部分繁重的安全提升，而實(shí)際電源的設(shè)計(jì)并不那么重要。

IEC 61800-5-2 中的電源示例

上面沒有顯示的是該電路正在為雙通道系統(tǒng)供電。因此，電源電路的任何故障都將是常見原因故障（CCF），因此需要非常高的診斷覆蓋率。因此，電壓監(jiān)視器需要加窗。傳統(tǒng)上，電源監(jiān)視器僅監(jiān)視低于預(yù)期的電源電壓。但是，為了功能安全，您需要確保所有組件都在其指定的工作電壓內(nèi)運(yùn)行，無(wú)論是在高端還是低壓側(cè)。這種監(jiān)視器稱為窗口式電源監(jiān)視器。上面也沒有顯示的是，您可能需要對(duì)電源顯示器進(jìn)行診斷。這聽起來(lái)像是診斷程序的診斷程序，但事實(shí)并非如此。例如，雖然高功率電源可能代表故障，但低側(cè)電源不是故障，而是正常工作模式，因?yàn)樵陔娫创蜷_和關(guān)閉期間電源將處于低電平。因此，至少需要通過(guò)診斷來(lái)覆蓋低側(cè)監(jiān)控的能力。這可能涉及連接一個(gè)MOSFET，以根據(jù)需要將UV（欠壓）電阻節(jié)點(diǎn)從uC拉低。

對(duì)于電源監(jiān)視器模塊，我特別喜歡LTC4365。對(duì)于功能安全最重要的是，它監(jiān)控過(guò)壓和欠壓（即窗口）。雖然它可以在 2.5V 至 34V 的輸入電源下工作，但它的容限高達(dá) 60V，因此符合 PELV 要求，適合采用保險(xiǎn)絲/齊納組合進(jìn)行保護(hù)，如 IEC 61800-5-2 示例所示。它的額定溫度范圍為-40'c至125'c，因此保證在工業(yè)中常見的最寬溫度范圍內(nèi)提供保護(hù)。它還能夠控制串聯(lián)的 MOSFET 以消除電源電壓 （ISO 13849 中的基本安全原則），并具有一個(gè)集電極開路輸出，以便可以組合多個(gè) LTC4365 來(lái)監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)的其他穩(wěn)壓電壓。

小尺寸單 MOSFET 應(yīng)用可承受 60V 電壓

對(duì)于機(jī)械應(yīng)用，一旦電源監(jiān)視器跳閘，應(yīng)防止重新啟動(dòng)，無(wú)需人工干預(yù)。對(duì)于過(guò)程控制應(yīng)用，您可能希望在供應(yīng)恢復(fù)到規(guī)格范圍內(nèi)后立即自動(dòng)重新啟動(dòng)。

我必須提到的另一個(gè)有趣的部分是ADP1031。該多芯片解決方案可在4.5V至60V輸入電壓范圍內(nèi)工作，并為AD24的5/24mA DAC產(chǎn)生+4V、+20V和-5758V電源。但是，它還包括多個(gè)數(shù)字隔離通道，額定溫度范圍為-40'c至+125'c，因此符合上述介紹中提到的方框。

ADP1031數(shù)據(jù)手冊(cè)中的典型應(yīng)用電路

這種集成水平通過(guò)最大限度地減少元件總數(shù)來(lái)最大限度地提高系統(tǒng)的可靠性，并簡(jiǎn)化模塊/PCB級(jí)別的設(shè)計(jì)。它肯定會(huì)簡(jiǎn)化上述系統(tǒng)的FMEDA，與集成度較低的系統(tǒng)相比，所需的組件數(shù)量要少得多。

審核編輯：郭婷