Los supresores de sobretensiones facilitan el cumplimiento de MIL-STD-1275D

Un vehículo militar es un entorno hostil para la electrónica, donde el potencial de fluctuaciones en el suministro de energía es alto. El MILSTD-1275D del Departamento de Defensa de EE. UU. define los requisitos para la electrónica cuando se alimenta con una fuente de alimentación de 28 V, lo que garantiza que la electrónica sobrevivirá en el campo.

El cumplimiento de MIL-STD-1275D se puede lograr mediante la fuerza bruta, desviando altos niveles de energía a tierra utilizando componentes pasivos voluminosos. Este método no garantiza el suministro de energía a los componentes electrónicos aguas abajo y es posible que los componentes de protección dañados deban reemplazarse cuando hagan su trabajo. Una solución más robusta es usar supresores de picos de alto voltaje como el LTC4366 y el LT4363, que usan MOSFET en serie para limitar el voltaje de salida frente a picos y picos de voltaje de entrada.

Un diseño de referencia de apagado por sobrevoltaje para MIL-STD-1275D está disponible como circuito de demostración de tecnología lineal DC2150A-C. Esta placa limita su voltaje de salida a 44 V cuando los voltajes de entrada son tan altos como 250 V, proporcionando 4 A de corriente de salida en todos los casos excepto en la prueba de ondulación de ±7 V, cuando la corriente disponible se reduce a 2,8 A. En la mayoría de los casos, cumplir con MIL-STD-1275D es tan simple como colocar este circuito frente a un dispositivo pasivo de 44 V. Un informe de certificación está disponible en www.analog.com/dc2150a-c.

MIL-STD-1275D define una variedad de desviaciones de suministro, desde operación estable hasta perturbaciones de arranque, picos, sobretensiones y fluctuaciones, y establece requisitos para cada una de estas condiciones en tres "modos de operación" distintos:

  • Método de arranque: arranque y condiciones de arranque.
  • Modo normal: suministro de batería nominal sin fallo.
  • Solo generador: una batería desconectada sale del generador para alimentar los componentes electrónicos directamente.
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La Tabla 1 compara los límites MIL-STD-1275D para el modo normal y el modo de solo generador. Este artículo se centra en un método generador porque es el más riguroso.

Tabla 1. Especificaciones MIL-STD-1275D seleccionadas en modo de funcionamiento normal y modo de solo generador

En el modo de solo generador, el voltaje de suministro se fija entre 23V y 33V. En el esquema simplificado de la Figura 1, el LT4363 en combinación con la resistencia de detección RSENTIDO límites máximos de corriente continua a 4A mínimo/5A típico. Esto protege el sistema contra fallas que ocurren en la salida y evita que se fundan fusibles en la entrada.

Diagrama de circuito simplificado de MIL-STD-1275D

Diagrama de circuito simplificado de MIL-STD-1275D

Por lo general, hay un pico oscilante (anillo) y decae a un voltaje constante en 1 ms. La cobertura del peor de los casos MIL-STD-1275D se define en la Figura 2 (solo para el modo generador).

Cobertura de picos solo en modo generador

Cobertura de picos solo en modo generador

En la Figura 1, el MOSFET M1 maneja la condición de pico de 250 V, que está diseñado para soportar más de 300 V desde el drenaje hasta la fuente. Durante el pico de -250 V, el diodo D1 tiene polarización inversa, bloqueando el pico M2 y la salida. (El pararrayos LTC4366 soporta voltajes inversos y picos de -250 V sin protección adicional).

Las sobretensiones que duran más de 1 ms son transitorias. La Figura 3 muestra las limitaciones del método de solo generador. La prueba recomendada en MIL-STD-1275D establece que se deben aplicar cinco ráfagas de 100 V de 50 ms de duración a la entrada del sistema con un tiempo de repetición de 1 s. La cobertura de la condición de sobretensión que se muestra en la Figura 3 es más difícil de satisfacer, ya que no vuelve a 40 V durante 500 ms. La solución presentada satisface ambas condiciones.

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Cobertura contra sobretensiones solo en modo generador

Cobertura contra sobretensiones solo en modo generador

Durante un boom de entrada, el LTC4366 regula la fuente de M1 a 66 V y el LT4363 regula la fuente de M2 ​​(y la salida) a 44 V. En comparación con el uso de un solo MOSFET, reduce la potencia que debe disiparse en los MOSFET individuales y aumenta la potencia disponible en la salida.

Ondulación se refiere a oscilaciones de 50 Hz a 200 kHz del voltaje de suministro alrededor de su voltaje de CC constante. De acuerdo con la especificación solo en modo generador, la ondulación puede alcanzar ± 7 V alrededor del voltaje de CC de estado estable.

El diodo D1 en combinación con el condensador C1 crea un rectificador de CA que evita que los componentes de ondulación de alta frecuencia lleguen a la salida. Tenga en cuenta que los flancos ascendentes de la forma de onda de ondulación de entrada intentan levantar el capacitor de salida, lo que hace que el LT4363 limite inmediatamente la corriente a través de M2. Por esta razón, la corriente disponible para la carga de salida durante la condición de ondulación es de 2,8 A, menos que los 4 A disponibles durante el funcionamiento normal. En Linear Technology Journal of Analog Innovation, volumen 24, número 1, "MILSTD-1275D facilita el cumplimiento de los topes quirúrgicos de alto voltaje reemplazando los componentes pasivos a granel".

Las variaciones de voltaje debidas al arranque y arranque se describen mediante el método de arranque MIL-STD-1275D: el voltaje de suministro puede caer a 6 V antes de volver a por lo menos 16 V en un segundo y el voltaje continúa en estado estable en 30 segundos. La solución presentada aquí generalmente funciona al menos a 6V. Pero solo se garantiza que funcione a 8 V debido a las tolerancias de los componentes, siendo las más importantes los voltajes de umbral especificados de manera general por los fabricantes de MOSFET.

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MIL-STD-1275D se refiere a otro estándar, MILSTD-461, para compatibilidad electromagnética. Por lo general, se coloca un filtro IEA en la entrada de un sistema compatible con MILSTD-1275D. Aunque los supresores de sobretensiones no eliminan la necesidad de filtrado, su funcionamiento en modo lineal no introduce ningún ruido adicional.

Los productos de pararrayos de Linear Technology simplifican el cumplimiento de MIL-STD-1275D mediante el uso de MOSFET para bloquear picos y sobretensiones de entrada de alto voltaje y proporcionar energía ininterrumpida a los circuitos aguas abajo. Bloquear el voltaje con componentes en serie previene fusibles quemados y daños que pueden ocurrir cuando los circuitos intentan desviar alta energía a tierra con grandes componentes pasivos.

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