(niebieski V FLT, żółty V IN, czerwony I OUT, zielony V OUT)
Przetężenie i zwarcie obciążenia do napięcia zasilania to najtrudniejsze zdarzenia, z którymi musimy się zmierzyć podczas pracy wyjścia cyfrowego. W tych złych wydarzeniach stopnie wyjściowe muszą przetrwać, rozpraszając całą związaną z tym energię. Poza tym obciążenia podłączone do stopni wyjściowych muszą być chronione przed szczytami prądu, które mogą osiągnąć nieoczekiwane wartości.
Aby bezpiecznie zarządzać bardzo dużymi wartościami szczytowymi prądów podczas zwarcia wyjść do napięcia zasilania, na chipie zintegrowano blok ograniczenia prądu. W rezultacie dozwolony jest jedynie krótkotrwały wzrost prądu; wystarczy czas potrzebny na interwencję obwodu ograniczającego prąd, a więc przycięcie maksymalnego prądu wyjściowego za pomocą zewnętrznego rezystora.
Tak samo jest podczas mocnego przeciążenia. Jednak wewnętrznie ograniczony prąd wyjściowy nie wystarczy; w rzeczywistości, jeśli zwarcie lub czas trwania przeciążenia trwa w tym czasie, moc rozpraszana w urządzeniu, jak również w obciążeniu, staje się ważna, powodując przegrzanie, które może zniszczyć urządzenie i / lub obciążenie.
Z tego powodu na chip wbudowany został „nierozpraszający blok zwarcia”, który ogranicza czas trwania stanu ograniczenia prądu przeciążonych kanałów. Czas trwania, zwany czasem opóźnienia prądu odcięcia (T Coff,), jest ustawiany przez rezystor zewnętrzny (R CoD) podłączony między wtykiem CoD a płaszczyzną uziemienia SGND. Po tym czasie kanały pozostają wyłączone przez pewien czas, zwany czasem opóźnienia restartu stopnia mocy (tres), aby uniknąć degradacji PCB w przypadku dużej liczby kanałów w warunkach przeciążenia i zmniejszyć energię przepływającą zarówno w urządzeniu, jak i masa.
Jeżeli w czasie T Coff temperatura złącza przeciążonych kanałów osiągnie wewnętrznie nastawioną wartość (T JSD), zabezpieczenie termiczne złącza blokuje, po jednym na każdy kanał, wyłącza kanały. Ponownie uruchamiają się tylko wtedy, gdy Tj wróci poniżej progu resetowania.
Istnieje możliwość wyłączenia „nierozpraszającego bloku zwarć” łączącego zwarcie wtyku CoD z płaszczyzną uziemienia SGND, dzięki czemu tylko zabezpieczenie termiczne złącza jest aktywne w IPS4260L.
(czerwony V FLT, niebieski I OUT)
Na rysunkach 9 i 10 przebiegi przedstawiają prąd wyjściowy (Iout) w jednym kanale i napięcie diagnostyczne (V FLT) w warunkach zwarcia; jak widać na obu wykresach prąd wyjściowy, po krótkim szczycie, jest ograniczony do stałej wartości.
Na rysunku 9 dodatkowo podajemy napięcie wyjściowe odpowiedniego kanału i napięcie wejściowe, które podąża za przebiegiem napięcia zwarcia, ponieważ styki wejściowe IPS4260L są używane do celów diagnostycznych.
Na rys. 10, gdy funkcja „nierozpraszającego bloku zwarć” jest wyłączona, widzimy, że potrzebny jest pierwszy długi krok, aby dojść do wyłączenia złącza termicznego. Następnie przeciążony kanał jest wyłączany, więc wyzerowanie ograniczonego prądu wyjściowego. Sygnał diagnostyczny przeciążonego kanału jest normalnie wysoki do momentu wyłączenia go przez zadziałanie zabezpieczenia termicznego, w tym czasie diagnostyka na pinie FLT i odpowiednim pinie wejściowym spada, sygnalizując interwencję termiczną. Normalne działanie zostaje wznowione, gdy temperatura złącza, T J, wróci poniżej progu resetowania, T JSD - T JHYST i cykl zaczyna się od nowa.
Zachowanie przy obciążeniu pojemnościowym
(żółty Vout, niebieski Iout, czerwony Vflt)
IPS4260L może również bez problemów sterować obciążeniem pojemnościowym; jest w stanie napędzać kondensatory o bardzo dużej pojemności. Na rysunku 11 przedstawiono przebiegi zasilające kondensator 3,3 mF / 63 V. Ze względu na dużą pojemność prąd wyjściowy podczas ładowania kondensatora jest ograniczony prądem, więc nie widzimy rzeczywistego prądu ładowania, ale prąd ograniczenia ustawiony zewnętrznie przez rezystor. Po T Coofmożna zobaczyć interwencję „nierozpraszającego zabezpieczenia zwarciowego”, dzięki czemu obciążona moc wyjściowa jest wyłączana, jak również w przypadku przeciążenia lub zwarcia. Gdy kondensator jest prawie całkowicie naładowany, prąd spada poniżej ustawionego ograniczenia prądu: jest to wyraźnie pokazane na rysunku 13, gdzie w środku niebieskiego przebiegu można zaobserwować nagłą zmianę nachylenia prądu ładowania do wartości zerowej (kondensator całkowicie naładowany). Gdy kondensator wyjściowy jest ładowany i podasz niskie napięcie na wejście, zachowanie styku OL odpowiada zwarciu do masy, ze względu na napięcie na nim. Oznacza to, że w stanie OFF (niskie napięcie wejściowe) sygnał diagnostyczny pinu OL (normalnie wysoki) przechodzi w stan niski (patrz tabela prawdy na rysunku 12).
(żółty Vout, niebieski Iout, czerwony Vflt)
VI. Wniosek
Zaprezentowano inteligentny monolityczny poczwórny dolny przełącznik boczny. Nowy inteligentny wyłącznik zasilania (IPS) zapewnia lepszą dokładność, minimalizując straty energii i zapobiegając błędom systemu w przypadku wystąpienia awarii. Korzyści te osiągnięto dzięki zastosowaniu technologii Multipower-BCD najnowszej generacji firmy ST, która umożliwia programowalne ograniczenie prądu przeciążenia w celu utrzymania stabilnych warunków zasilania podczas przywracania systemu.
Zapewniając zintegrowane rozwiązanie dla czterech kanałów wyjściowych, IPS4260L upraszcza również projektowanie, zwiększa niezawodność i oszczędza miejsce na płytce drukowanej. Ten nowy czterokanałowy układ scalony jest ważnym dodatkiem do portfolio przemysłowych systemów IPS firmy ST, które już obejmuje pojedyncze, podwójne, poczwórne i ósemkowe urządzenia high side.
Bibliografia
„IPS4260L Quad low-side inteligentny przełącznik zasilania” , arkusz danych , www.st.com.
„UM2297: Pierwsze kroki z STEVAL-IFP029V1 dla szybkiego, poczwórnego sterownika low-side IPS4260L z dedykowanym graficznym interfejsem użytkownika” Podręcznik użytkownika, www.st.com.
o autorze
Michelangelo Marchese
Starszy inżynier ds. Marketingu technicznego
Inteligentne przełączniki zasilania (IPS) i produkty IO-Link
Dział Przemysłu i Konwersji Mocy
STMicroelectronics