Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
W2 Usługi badań i pomiarów
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Monitorowanie przepływu prądu i ciepła na płytce drukowanej

ghost666 13 Maj 2019 09:00 903 0
  • Kluczowy aspektem w zarządzaniu termiką układów elektronicznych jest monitorowanie nie tylko przepływu prądu w systemie, ale także ciepła. Zarządzanie temperaturą współczesnych urządzeń jest niezwykle trudne i wymagające. Trzy trendy, obecne aktualnie w przemyśle, sprawiają, że jest to coraz trudniejsze i bardziej złożone:

    * Zwiększanie wydajności systemów;
    * Miniaturyzacja urządzeń elektronicznych;
    * Modularyzacja wszystkich systemów, co przekłada się na konieczność rozproszonego monitorowania parametrów pracy układu. Pomiar temperatury jest jednym z precyzyjniejszych indykatorów kondycji systemu, niestety jest także jednym z najwolniej zmieniających się parametrów.

    W większości wypadków wzrost temperatury w układzie wywołany jest zwiększeniem płynącego przezeń prądu. Mierząc jego przepływ w systemie i modelując układ, możliwe jest wydajniejsze estymowanie temperatury i proaktywne reagowanie na wszelkie anomalie. Jeśli połączy się pomiary temperatury i przepływu prądu, to uzyska się jeszcze wyższy poziom niezawodności systemu.

    Zmniejszanie awaryjności urządzeń

    Ilość płynącego przez układ prądu przekłada się zazwyczaj na jego awaryjność. Zwiększenie np. prądu pobieranego przez układ scalony zwiększa temperaturę złącz w nim, a ona - oprócz zwiększenia awaryjności systemu - wpływa negatywnie na parametry takie jak napięcie offsetu czy błąd wzmocnienia (jak pokazano na rysunku 1). W skrajnym przypadku zwiększenie temperatury złącza doprowadzić może, jeżeli przekroczy ono dopuszczalny poziom, do trwałego uszkodzenia struktury połprzewodnikowej układu i awarii całego urządzenia.

    Monitorowanie przepływu prądu i ciepła na płytce drukowanej
    Rys.1. Duże zmiany temperatury układu wpływają negatywnie na jego parametry.


    Innym modem awarii układu jest zwarcie sygnału do masy lub zasilania. Wiąże się to z skokowym wzrostem płynącego przez układ prąd. Z uwagi na to, krytyczne jest szybkie wykrywanie zwiększenia się przepływu prądy, by zminimalizować uszkodzenia urządzenia w przypadku wystąpienia takiej sytuacji.

    Charakteryzacja systemu, pozwalająca na zrozumienie rozłożenia obciążeń elektrycznych w układzie, dostarcza wartościowych informacji na temat jego działania i potencjalnych problemów. Dzięki rozproszonemu pomiarowi prądu, jaki zużywany jest przez poszczególne układy w systemie, możliwe jest dokładne zbadanie i szybsze wykrycie problematycznych sekcji urządzenia.

    Aby pomóc w tego rodzaju pomiarach, firma Texas Instruments wprowadziła do swojej oferty dwie nowe rodziny układów scalonych - INA301 oraz INA381. Oba układy dedykowane są do pomiaru prądu i monitorowania, czy mieści się on w założonym zakresie, Na rysunku 2 pokazano diagram funkcjonalny układu INA381.

    Monitorowanie przepływu prądu i ciepła na płytce drukowanej
    Rys.2. Schemat blokowy układu INA381.


    Połączenie tych dwóch funkcji - wzmacniacza pomiarowego do pomiaru prądu (poprzez pomiar spadku napięcia na rezystorze pomiarowym) i komparatora - pozwala na integrację wszystkich funkcji potrzebnych do monitorowania przepływu prądu w systemie, bez potrzeby obciążania tym np. mikrokontrolera. Zapewnia to wysoką elastyczność systemowi aktywnego monitorowania prądu. Układ może np. alarmować mikrokontroler w systemie o przekroczeniu preprogramowanego prądu - wtedy możliwy jest pomiar dokładnej wartości prądu przez np. przetwornik analogowo-cyfrowy w mikrokontrolerze lub inne układy w systemie. Dodatkowo, INA381 dostępny jest w miniaturowej obudowie UQFN o wymiarach zaledwie 2 mm x 2 mm.

    Poprawianie parametrów pracy urządzenia

    Monitorowanie prądów pobieranych przez system może pozwolić na zmaksymalizowanie wydajności naszego urządzenia. Przeanalizujmy to na przykładzie biurowej centralki telefonicznej. W dosyć dużym biurze centralka taka wyposażona będzie w kilka kart liniowych, pozwalających na wyjście komunikacji na świat. Monitorowanie prądu pobieranego przez każdą z tych kart jest istotne, gdyż pozwala na równoważenie obciążenia na każdej z tych art, co przekłada się na zwiększanie wydajności systemu z jednej strony, a z drugiej strony - dzięki możliwości wyłączania kart, gdy obciążenie systemu jest mniejsze - na oszczędzanie energii elektrycznej potrzebnej do zasilania centralki.

    Bezwzględne zabezpieczenie termiczne

    Nawet przy zastosowaniu proaktywnych metod pomiaru obciążenia i monitorowania prądu, w systemie zawsze trzeba zaimplementować zabezpieczenie termiczne, które będzie chronić system przed awarią na skutek przegrzania. Jednym z popularniejszych układów, stosowanych w tym celu, jest TMP302. Zapewnia on bardzo intuicyjne monitorowanie nadmiernej temperatury systemu w postaci niewielkiego, scalonego przełącznika termicznego, pokazanego w przykładowej implementacji na rysunku 3.

    Monitorowanie przepływu prądu i ciepła na płytce drukowanej
    Rys.3. Przykładowa implementacja układu TMP302 na płytce drukowanej.


    Podsumowanie

    Dzięki nowym układom do pomiaru prądu, jakie pojawiły się na rynku, możliwe jest zoptymalizowanie działania systemu. Wystarczy zaimplementować w naszym urządzeniu miniaturowe układy do monitorowania płynącego prądu, by móc na podstawie pomiarów wartości tego prądu i temperatury, w dokładny sposób monitorować kondycję systemu.

    Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2018/10/04/key-to-accurate-system-thermal-management

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • W2 Usługi badań i pomiarów