應設計高可靠性系統(tǒng)，以避免單點失敗，并提供一種隔離故障的方法，以至于操作可能會在降低的性能水平下繼續(xù)進行。它也應該能夠包含故障，以避免向下游或上游電子設備傳播。
　　內置的冗余，要么以平行電路的形式積極地共享負載，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，故障檢測和管理都需要額外的間接費用電路，以促進整體復雜性和成本。一些系統(tǒng)還會產生不同的平行電路，以增加多樣性并避免出現(xiàn)共同故障機制的風險；某些飛機飛行控制系統(tǒng)就是這種情況。
　　增加的系統(tǒng)復雜性會給電源性能帶來更大的負擔，因此轉化效率高，良好的熱管理至關重要，因為在連接溫度下每10°C每增加一個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。
　　高可靠性系統(tǒng)的設計涵蓋了耐故障設計技術的使用，選擇合適的組件以滿足預期的環(huán)境條件和遵守標準。本文著重于半導體解決方案，以實施高可易發(fā)電源，這是電力電子設備的一部分，包括冗余，電路保護和遠程系統(tǒng)管理。它將強調半導體技術和新安全功能的改進如何簡化設計并增強組件可靠性。
　　高可靠性電力系統(tǒng)的要求
　　在一個完美的世界中，應設計高可靠性的電力系統(tǒng)，以避免單點失敗，并提供一種隔離故障的方法，以至于操作可能會持續(xù)下降。它也應該能夠包含故障，以避免向下游或上游電子設備傳播。
　　內置的冗余，要么以平行電路的形式積極地共享負載，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，故障檢測和管理都需要額外的間接費用電路，以促進整體復雜性和成本。某些系統(tǒng)還會產生不同的并行電路，尤其是在電力電子中，以增加多樣性并避免出現(xiàn)常見故障機制的風險；某些飛機飛行控制系統(tǒng)就是這種情況。
　　增加的系統(tǒng)復雜性會給電源性能帶來更大的負擔，因此轉化效率高，良好的熱管理至關重要，因為在連接溫度下每10°C每增加一個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。
　　電源調節(jié)器安全功能
　　電壓調節(jié)器已經(jīng)看到越來越準確和復雜的當前限制形式，以避免損壞設備本身或下游組件的過度輸出電流。找到內部保護電路，包括反向電池保護，電流限制，熱限制和反向電流保護也很常見。
　　LTC7801 DC/DC開關控制器是一個提供改進過程技術和安全功能的示例的產品。它可以安全地維持高達150V的輸入電壓，并實現(xiàn)一項保護功能，該保護功能在輸入電壓上升到可編程操作范圍以上時會抑制切換。此功能簡化了輸入供應瞬態(tài)保護電路減少組件計數(shù)和解決方案大小。該輸出還通過過電壓比較器得到了很好的保護，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
　　還可以通過提供廣泛間隔的銷釘?shù)陌b選項來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。擊穿電壓以較低的氣壓降低，因此未壓力的飛機應用可以選擇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。
　　某些產品（例如耐故障LT3007線性調節(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，則輸出保持在調節(jié)電壓下或低于調節(jié)電壓。
　　控制電源系統(tǒng)中的多個輸入源
　　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的冗余備份需要一個系統(tǒng)來仲裁哪個供應有優(yōu)先級并監(jiān)視其狀態(tài)。此外，它必須保護系統(tǒng)在源切換過程中免受交叉導向和反饋。單芯片IC（例如LTC4417）提供了一個解決方案，可以自動根據(jù)每個輸入的用戶定義的供應閾值驗證來源選擇源。
　　另一種方法是在兩個輸入源之間共享同時運行的兩個輸入源之間的負載，從而通過減少每個來源的負擔來提高可靠性，同時提供一個適當尺寸以支持滿載負載要求的源，從而提供防止失敗的保護。
　　過去，可能已經(jīng)采用了簡單但效率低下的二極管或安排，但要求每個供應都具有主動控制以平衡負載。圖2顯示了如何使用單芯片解決方案來實現(xiàn)這一目標。 LTC4370是一個當前的共享控制器，其反向阻塞阻止了一個供應的故障，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
　　軍用和飛機電子設備必須符合瞬態(tài)保護規(guī)格，例如MIL-STD-1275（車輛）和MIL-STD-704 / DO-160（飛機）。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，并且有產品和電涌保護設備專用于該功能，例如LT4364集成電路。
　　還有多種可用的電路保護功能，包括LTC4368（100V雙向斷路器）等產品，其中包括防止電源電壓，可能太高，太低甚至是負面的，并且在正向和反向方向上都無法發(fā)生過電壓?！　TC4368雙向斷路器帶有保護

　　圖3。LTC4368雙向斷路器帶有保護
　　在這些示例中，我們可以觀察到具有越來越復雜的保護和安全功能集的新的集成電路產品如何簡化應用電路設計并降低解決方案尺寸。
　　數(shù)字電力系統(tǒng)管理
　　新產品將模擬功率調節(jié)的優(yōu)勢與對基于I2C的PMBUS接口的數(shù)字控制相結合，以實現(xiàn)電源電子電源系統(tǒng)的遠程管理。遙測和診斷數(shù)據(jù)可用于監(jiān)視負載條件，讀取模具溫度，并提供修剪和邊緣的訪問權限，以達到非常高的精度，最大化系統(tǒng)穩(wěn)定性，效率和可靠性。
　　數(shù)字電源管理的一個問題是軟件的復雜性，但是，LTC3815實現(xiàn)了簡化的PMBUS“ Lite”命令集，而沒有芯片上的非揮發(fā)性內存或微控制器，它簡化了設計，同時提供了數(shù)字控制和監(jiān)視的好處。
　　如前所述，良好的熱控制對于可靠性至關重要，LTC3815具有兩個級別的熱閾值和兩個響應水平。當內部模具溫度超過150°C時，過時的條件被標記為PMBUS，警報銷較低以提醒PMBUS主機。如果溫度持續(xù)升高并超過170°C，則LTC3815會關閉所有電路，包括輸出調節(jié)，直到過度過度的條件清除為止。
　　可以報告其狀態(tài)的系統(tǒng)提供了從基于時間的維護時間表轉變?yōu)榛跅l件的維護的機會，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)通常包括一個隔離屏障，以保護電動總線免受下游線路可更換單元的斷層的影響。越來越多的傳感器和執(zhí)行器也在推動對較小的，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題。
　　現(xiàn)在有完整的電流隔離BGA模塊解決方案，以簡化設計并提高可靠性。 LTM9100隔離開關控制器是控制，保護和監(jiān)視高壓電源的多合一解決方案。 5KVRMS電流隔離屏障將數(shù)字界面與開關控制器分開，驅動外部N通道MOSFET或IGBT開關。通過I2C/ SMBUS界面訪問負載電流，總線電壓和溫度的孤立數(shù)字測量值，從而使高壓總線的功率和能量監(jiān)測能夠訪問。

　　圖4。LTM9100帶有遙測的隔離開關控制器