新功能简化高可靠性电源设计

如果我们在一个完美的世界上，那么高可靠性系统应该设计成能够避免单点故障，提供隔离故障的方法，以使系统在发生故障时能够继续运行，当然也许性能所有下降。这种系统还应该能够防止故障蔓延，避免故障传递到下游或上游电子组件，并向管理系统报告诊断信息。

部署冗余系统

一种常见的方法是提供内置冗余，采用主动共享负载的并联电路形式或以备用方式应对故障发生。故障检测和管理需要额外的电路开销，以判断优先使用哪个电源，并监视每个电源的状态。此外，内置必须在电源切换时，保护系统免受交叉传导和反馈影响。LTC4417 等产品提供了一种具备这些功能的单芯片解决方案，可验证用户针对每个输入定义的电源门限，并基于验证结果自动选择电源。

另一种方法是在两个同时运行的输入电源之间共享负载，这减轻了每个电源的负担，同时如果每个电源的规格设定得当以满足满负载要求，那么还可在一个电源发生故障时提供保护，这些都提高了可靠性。过去也许会采用一种简单但低效率的二极管 "合路"，但是这种电路要求每个电源提供有源控制以平衡负载。图 1 显示了现在怎样用单芯片解决方案来实现。LTC4370 是一款均流控制器，具备反向隔离，可防止一个电源发生故障导致整个电源系统崩溃。

图 1：LTC4370 冗余电源共享电路

备份电源电路

高可靠性应用的电源常常规定电源轨的最短保持时间，以便系统能够 "穿越" 供电中断，保持正常工作。随着 LTC3355 等新产品的出现，备份系统的设计得到了极大简化，该器件在单芯片中提供了一个完整的 1A DC/DC 开关稳压器和备份系统。

LTC3355 集成了 4 种主要功能：

• 异步 1A DC/DC 降压型转换器，适用于在 3V 至 20V 输入范围内工作的主电源。
• 可编程 1A 恒定电流 / 恒定电压线性充电器由 VOUT 供电，为单个超级电容器、电介质电容器或镍氢金属电池充电。热调节环路最大限度提高充电电流，同时将芯片温度限制到 110 °C。
• 当 VIN 电源降至低于可编程输入门限时，恒定频率异步电流模式 5A 升压型开关稳压器从超级电容器向 VOUT 供电。该稳压器设计为电容器电压低至 0.5V 时依然正常工作，以尽可能延长备份电源工作时间。
• 在电源发生故障时，无损耗 "合路" 功能实现从降压模式到升压模式的无缝切换。

图 2：LTC3355 DC/DC 稳压器和备份系统 IC

热量管理和安全功能

随着系统密度和功率不断上升，热量管理变得越来越富有挑战性，这对 IC 的可靠性产生了直接影响，因为结温每升高 10°C，IC 的寿命就缩短一半左右。现在，功能丰富的最新电源 IC 和专用电源管理功能对 IC 本身及其周围系统提供了更强的保护。

大部分采用内部功率晶体管的电源稳压器 IC 都采用了过热保护措施。典型的过热停机大约在 155°C  至 165°C 时触发，触发后器件被禁止工作，直到温度下降大约 10°C 为止。有些新产品提供芯片温度输出，用户能够设定 3 种芯片温度门限之一。

其他常见安全功能包括提供电池反向保护、限流和电流反向保护的内部保护电路。故障保护开关及线性稳压器LT3667 等新产品包括这些功能，并为每路输出增加了准确的用户可编程电流限制，以进一步简化设计。

瞬态保护

军用和航天电子产品必须符合 MIL-STD-1275 (车辆) 和 MIL-STD-704 / DO-160 (飞机) 瞬态保护规范要求。不过，任何高可靠性系统都希望提供防止电压浪涌、尖峰及纹波影响的保护功能，而且已有专门提供这类功能的产品。尽管现在由于芯片工艺技术的进步，稳压器 IC 能够以 100V 或更高的输入电压工作，但是专用瞬态保护 IC 提供更多功能和更强的控制能力。在图 3 中，LTC4364 提供 27V 箝位输出 (用户可编程)，以保护下游稳压器免受瞬态影响，并在输入短路或断接 / 复位时保持输出不变。

图 3：瞬态保护和输出保持

数字电源系统管理

一些新产品正在通过基于两线 PMBus I2C 的数字接口协议整合模拟电源