ZHCADN2 July   2023 LM139AQML-SP , LM4050QML-SP , TMP461-SP , TPS50601A-SP , TPS7A4501-SP , TPS7H1101A-SP , TPS7H2201-SP , TPS7H4001-SP

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1SpaceFibre 和 STAR-Tiger
  5. 2STAR-Tiger 电源设计
    1. 2.1 电源输入
    2. 2.2 KU060 电源轨
    3. 2.3 电源序列
    4. 2.4 故障保护
  6. 3结语
  7. 4致谢

故障保护

为了确保在其中一个 POL 转换器发生故障时关闭所有 POL 转换器,EN 链上的上游转换器由故障控制电路禁用。

Xilinx KU060 FPGA 在电源轨上具有严格的容差,并且具有接近工作电压的过压限制。这意味着无法使用来自 POL 转换器的电源正常信号进行过压检测。使用了单独的过压检测电路。它包括一个电压基准 (LM4050QML-SP) 和一组比较器 (LM139AQML-SP),每个 POL 转换器一个,将检测到的电压与最大允许值进行比较。如果检测到过压,过压检测电路会将 OVD(L) 信号置为有效。此外,电源板上还有三个额外的过压检测电路,可用于监控 STAR-Tiger 单元中其他电路板上的电压,并在发生潜在破坏性故障时关闭该单元。其他电路板上的额外 POL 转换器由这些电路板上的过压电路进行监控。如果检测到过压,则将 FAULTx(L) 信号置为有效,用于驱动电源板上的 OVD(L)信号,从而禁用电源。

在 STAR-Tiger 单元中,为其他电路板上的外部 POL 转换器提供了额外的 POL 使能信号 XPOLEN。当 XPOLEN 被置为有效时,外部 POL 转换器被启用。

故障控制电路包含一个复位计时器 ONTIME (LM139AQML-SP) 和一些逻辑门 (SN54AC00-SP),它们由 3.3V 稳压器 TPS7H1101A-SP(由 Vmain 供电)供电。当输入电源开关打开时,计时器由稳压器供电,并且输出在上电超时时间内保持有效。该上电超时设置为比 POL 转换器全部上电以及将 PGC 置为有效的最大预期时间更长。在这个初始加电间隔期间,不会检测到任何故障。上电超时也用于提供系统复位信号。可以检测到以下故障:

  • POL 转换器在预期的时间段内未达到其电源正常状态。在上电超时计时器到期之前未置为有效 PGPOLx(H) 可以检测到这种情况。其他电路板上的 POL 转换器是线性稳压器,不具有电源正常输出。
  • 一个或多个 POL 转换器发生过压、欠压或过热。POL 转换器检测到这种故障条件时,会将电源正常信号取消置为有效,该信号沿 POL 电源正常和电源使能链传播,导致 PGPOLx(H) 取消置为有效。当 PGPOLx(H) 在上电计时器过期后的任何时间取消置为有效时,会检测到故障。
  • 过压检测电路检测到其中一个检测电压已超过设定的阈值,有损坏 FPGA 的危险。当在任何检测到的电压上检测到这种情况时,OVD(L) 信号置为有效。
  • FPGA 板上还有两个线性稳压器。POLH 是一款 TPS7H1101A-SP LDO 稳压器,提供 1.2V VMGTAVTTRCAL,POLJ 是一款 TPS7A4501-SP 线性稳压器,为 FPGA 板上的 SpaceWire 收发器提供 3.3V 电压。POLH 和 POLJ 也由电源板上的过压检测电路进行监控。
  • POLH 和 POLJ 由电源板上的过压检测器通过信号 POLH_MON 和 POLJ_MON 进行监控。POLG_MON 用于监控 FPGA 板上的 MGTVCCAUX 电源轨。
  • 在配置和清理电路板上还有三个 TPS7A4501-SP 线性稳压器,它们由本地过压比较器进行监控。当检测到过压故障时,FAULTx(L) 信号变为低电平。FPGA 和其他电路板上的 FAULTx(L) 连接到 PSU 板上的 OVD(L),因此当 FAULTx(L) 变为低电平时,电源开关将关闭,POL 转换器将被禁用。
  • FPGA 或 FPGA 板的过热由 TMP461-SP 温度传感器检测。此传感器位于 FPGA 板上,可监测本地(板)或远程 (FPGA) 温度,并在发生过热情况时将 FAULTx(L) 输出置为有效。

发生故障时,故障控制电路会禁用 POL 转换器并将 OFF(H) 信号置为有效,从而关闭两个电源开关。故障控制电路和比较器由 3.3V 稳压器 (REG_3V3) 供电,该稳压器直接由 5V 标称输入或冗余输入供电。由于负载较低,因此使用二极管 ORing 将这两个电源组合在一起以提供 REG_3V3 电源。由于故障控制电路未被电源开关关闭,因此一旦发生故障,电源开关将保持禁用状态。要从这种故障情况中恢复,请将标称和冗余 5V 输入断电,然后再次打开其中一个。

REG_3V3 电源还为其他电路板提供 3V3AUX 电源,用于为这些电路板上的过压检测电路供电。