Proteggere l’alimentazione nell’avionica

AEROSPAZIO –

L’uso di circuiti di protezione resistenti nelle Lru è fondamentale per poter soddisfare i requisiti di affidabilità dei dispositivi destinati al settore aeronautico.

Le Line Replaceable Unit, sottosistemi
modulari che condividono interfacce fisiche ed elettriche standard, sono molto
utilizzate nell'aviazione, settore in cui è possibile semplificare le
operazioni di manutenzione in luoghi remoti con un semplice scambio di unità. Ogni
Lru deve essere progettata per soddisfare specifiche e standard rigorosi e
garantire compatibilità e affidabilità di funzionamento in ambienti difficili. In
alcuni casi, però, non è possibile rispettare completamente le specifiche a
causa delle dimensioni fisiche dei componenti di soppressione. Cliente e
fornitore sono perciò costretti a concordare alcune modifiche da apportare alle
specifiche. Gli stessi requisiti standard cambiano da un progetto e l'altro. Di
conseguenza, i progettisti, tendendo a procedere esaminando caso per caso, hanno
sviluppato in modo indipendente soluzioni attive basate su componenti discreti
che utilizzano un elemento di commutazione Mosfet, ma richiedono un bench time notevole
per ottimizzare il rilevamento, il loop di controllo e i circuiti del pass
transistor. Spesso la parte più impegnativa del progetto consiste nell'evitare un
surriscaldamento dell'elemento di commutazione del Mosfet che deve essere
mantenuto entro un'area operativa sicura. Talvolta serve comunque un fusibile
per proteggere il Mosfet da un cortocircuito in uscita. Naturalmente la
sostituzione dei fusibili bruciati potrebbe comportare alcuni problemi
logistici indesiderati per l'aviazione civile. Infine il ripple di tensione
sull'alimentatore della Lru in ingresso può porre altri problemi di
progettazione. Vengono adottati altri metodi: ad esempio, il circuito di
protezione può trasferire il ripple alla sezione di regolazione della tensione
o dove il ripple è presente ad ampiezze più modeste, attenuandolo nel circuito
di protezione stesso. In quest'ultimo caso il circuito di protezione deve
essere ottimizzato per resistere alle caratteristiche diverse di grandi picchi
di tensione e piccole ampiezze di ripple che variano lentamente. Un modo per
affrontare questi problemi consiste nell'usare come base della soluzione un surge
stopper dedicato. Linear Technology mette a disposizione una famiglia sempre
più estesa di dispositivi che comprende anche i recenti LT4363 e LTC4366 il cui
funzionamento viene descritto nel dettaglio più avanti.

Tendenze tecnologiche

Le pressioni esercitate su
costi, spazio e peso, oltre alla crescente domanda di rail ad alta potenza e
bassa tensione per alimentare Fpga e processori complessi, hanno evidenziato la
necessità di alimentatori molto efficienti dal punto di vista energetico. I
prodotti nuovi sono caratterizzati da tensioni del core inferiori a 1 volt e da
correnti fino a 30 A, in combinazione con una finestra di regolazione del 3%. I
metodi tradizionali che prevedono l'uso di regolatori fissi con più uscite che
alimentano rail di tensione finali a livello di scheda mediante un backplane stanno
cedendo il passo a regolatori di commutazione Pol (Point-of-load) distribuiti e
ad alta efficienza, come la serie µModule. Un effetto del passaggio
verso le architetture Pol è la possibilità di ridistribuire la protezione contro
la tensione transitoria da una scheda centrale alle singole schede dei circuiti
all'interno della Lru. Il carico inferiore consente di realizzare una soluzione
piccola ma efficiente, che utilizza un circuito integrato dedicato che protegge
dalle sovratensioni.

Proteggere i carichi

Il circuito LT4363 protegge i
carichi da alte tensioni e guasti causati da sovracorrente. Funziona con
tensioni comprese tra 4 e 80 V e può essere facilmente configurato per
resistere fino a 250 V. In condizioni normali viene attivato un Mosfet
a canale N esterno che funge da dispositivo di commutazione con una caduta di
tensione molto limitata. Se la tensione di entrata supera il punto di
regolazione impostato dal partitore resistivo sul pin FB, il Mosfet regola la
tensione sul pin Out, consentendo al circuito di carico di continuare a
funzionare durante l'evento transitorio. Un altro resistore tra i pin Sns e Out
viene usato per controllare gli eventi di sovracorrente; il loop di limitazione
della corrente controlla la tensione sul gate del Mosfet per limitare la
tensione di rilevamento nel resistore a 50 mV. Gli eventi di sovratensione o
sovracorrente generano una corrente che carica un condensatore collegato al pin
Tmr. La corrente di carica è associata al differenziale di tensione di
entrata-uscita, per cui il periodo del timer viene ridotto in base alla gravità
dei guasti e il Mosfet rimane in una fascia di funzionamento sicuro. Quando VTMR
raggiunge 1,275V, il pin Flt commuta a livello basso per indicare la presenza
di una tensione transitoria. Se questa condizione persiste, il Mosfet viene
spento quando VTMR raggiunge 1,375V. L'LT4363-1 con funzione latch-off
richiede un ripristino mediante il pin Shdn, l'LT4363-2 è dotato della funzione
di riavvio, dove il pin Tmr viene scaricato invertendo la corrente e fornendo
al Mosfet un periodo di raffreddamento.

Il surge stopper
fluttuante

Per tensioni transitorie molto
elevate l'LTC4366 utilizza una tipologia fluttuante in cui il limite superiore
dipende dalle caratteristiche del Mosfet. L'LT4363 e gli altri
dispositivi della serie sono alimentati dall'alimentazione in ingresso e sono
quindi limitati dalla tensione di intervento dei pin di entrata. L'LT4366 consente
il funzionamento ad alta tensione usando l'uscita per alimentare la parte. Durante l'avvio una corrente di compensazione attraverso RIN viene
usata per caricare il gate e fornire una corrente di polarizzazione al Mosfet
esterno. Quando l'uscita è sufficientemente elevata da far funzionare la pompa
di carica interna, si attiva la modalità funzionamento. Nella modalità
regolazione la caduta di tensione in RFB1 viene confrontata con il
riferimento 1,23 V e usata per controllare la tensione del gate del Mosfet. Impostando
il giusto rapporto di RFB1 e RFB2 si ottiene un blocco
della tensione di uscita e il circuito integrato fluttua sul transiente con
maggior parte della tensione ridotta in RFB2 e RSS.

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