电源功能安全

早在2016年，ADI公司就宣布将收购凌力尔特技术，从而拥有庞大的电源产品组合。其中一些电路可以为数据中心使用的服务器传输超过100安培的电流，其他电路包括电流隔离，其他电路则专注于与uA一起工作。

我将使用IEC 61800-5-2：2016附录A中的电路来说明这些问题。这是变速驱动器的功能安全标准。

所示输入为工业中的 24V 直流电源。通常，即使在发生故障时，这些电源也限制在低于 60V DC。如果电压监视器未指定为60V，则如图所示的解决方案是使用TVS和保险丝保护电路。如果电压上升到电源监控电路的最大额定工作电压以上，则应将其箝位并选择保险丝，使其在该箝位电流下断开。还显示了串联MOSFET，在监视器的控制下，它可以断开电路其余部分的电源。最后请注意，监控涵盖输入和所有稳压电源。通过这种方式，电源监视器可以完成大部分繁重的安全提升，而实际电源的设计并不那么重要。

IEC 61800-5-2 中的电源示例

上面没有显示的是该电路正在为双通道系统供电。因此，电源电路的任何故障都将是常见原因故障（CCF），因此需要非常高的诊断覆盖率。因此，电压监视器需要加窗。传统上，电源监视器仅监视低于预期的电源电压。但是，为了功能安全，您需要确保所有组件都在其指定的工作电压内运行，无论是在高端还是低压侧。这种监视器称为窗口式电源监视器。上面也没有显示的是，您可能需要对电源显示器进行诊断。这听起来像是诊断程序的诊断程序，但事实并非如此。例如，虽然高功率电源可能代表故障，但低侧电源不是故障，而是正常工作模式，因为在电源打开和关闭期间电源将处于低电平。因此，至少需要通过诊断来覆盖低侧监控的能力。这可能涉及连接一个MOSFET，以根据需要将UV（欠压）电阻节点从uC拉低。

对于电源监视器模块，我特别喜欢LTC4365。对于功能安全最重要的是，它监控过压和欠压（即窗口）。虽然它可以在 2.5V 至 34V 的输入电源下工作，但它的容限高达 60V，因此符合 PELV 要求，适合采用保险丝/齐纳组合进行保护，如 IEC 61800-5-2 示例所示。它的额定温度范围为-40'c至125'c，因此保证在工业中常见的最宽温度范围内提供保护。它还能够控制串联的 MOSFET 以消除电源电压 （ISO 13849 中的基本安全原则），并具有一个集电极开路输出，以便可以组合多个 LTC4365 来监视系统内的其他稳压电压。

小尺寸单 MOSFET 应用可承受 60V 电压

对于机械应用，一旦电源监视器跳闸，应防止重新启动，无需人工干预。对于过程控制应用，您可能希望在供应恢复到规格范围内后立即自动重新启动。

我必须提到的另一个有趣的部分是ADP1031。该多芯片解决方案可在4.5V至60V输入电压范围内工作，并为AD24的5/24mA DAC产生+4V、+20V和-5758V电源。但是，它还包括多个数字隔离通道，额定温度范围为-40'c至+125'c，因此符合上述介绍中提到的方框。

ADP1031数据手册中的典型应用电路

这种集成水平通过最大限度地减少元件总数来最大限度地提高系统的可靠性，并简化模块/PCB级别的设计。它肯定会简化上述系统的FMEDA，与集成度较低的系统相比，所需的组件数量要少得多。

审核编辑：郭婷