(blu V FLT, žlutá V IN, červená I OUT, zelená V OUT)
Nadproud a zkrat zátěže na napájecí napětí jsou nejdrsnějšími událostmi, kterým musíme během provozu digitálního výstupu čelit. V těchto špatných událostech musí výstupní fáze přežít a rozptýlit veškerou související energii. Kromě zátěží připojených k výstupním stupňům musí být chráněna před špičkou proudu, která by mohla dosáhnout neočekávaných hodnot.
Aby bylo možné bezpečně zvládat velmi vysoké špičky proudů během zkratu výstupů na napájecí napětí, je na čip integrován blok omezení proudu. Ve výsledku je povolen pouze krátkodobý proud; jen čas potřebný k zásahu do obvodů omezujících proud, takže seřízne maximální výstupní proud pomocí externího rezistoru.
Stejné je to i při silném přetížení. Interně omezený výstupní proud však nestačí; ve skutečnosti, pokud během doby přetrvává zkrat nebo přetížení, stane se důležitý výkon rozptýlený do zařízení i do zátěže, což způsobí přehřátí schopné zničit zařízení a / nebo zátěž.
Z tohoto důvodu byl na čipu zabudován „nedisipativní zkratový blok“, který omezuje dobu trvání aktuálního omezení stavu přetížených kanálů. Doba trvání, pojmenovaná Doba zpoždění proudu (T Coff,), se nastavuje pomocí externího rezistoru (R CoD) připojeného mezi pinem CoD a zemní rovinou SGND. Po uplynutí této doby kanály zůstanou po určitou dobu v klidu, pojmenované jako doba zpoždění restartu výkonového stupně (tres), aby se zabránilo degradaci desky plošných spojů v případě velkého počtu kanálů v podmínkách přetížení a aby se snížila energie, která proudí jak v zařízení, tak v zatížení.
Pokud během T Coff teplota spojení přetížených kanálů dosáhne interně nastavené hodnoty (T JSD), tepelné ochranné bloky spojení, jeden pro každý kanál, vypněte kanály. Restartují se, pouze když se Tj vrátí pod prahovou hodnotu pro reset.
Je možné deaktivovat „nedisipativní zkratový blok“ spojující zkratku CoD s uzemňovací rovinou SGND, takže do IPS4260L je aktivní pouze tepelná ochrana spojení.
(červená V FLT, modrá I OUT)
Na obr. 9 a 10 průběhy hlásí výstupní proud (Iout) v jednom kanálu a diagnostické napětí (V FLT) během zkratu; jak vidíte na obou obrázcích, výstupní proud je po krátkém vrcholu omezen na pevnou hodnotu.
Na obrázku 9 navíc uvádíme výstupní napětí příslušného kanálu a vstupní napětí, které sledují průběh poruchového napětí, protože vstupní kolíky IPS4260L se používají pro diagnostické účely.
Na obr. 10, když je deaktivována funkce „nedisipativního zkratového bloku“, vidíme, že je třeba udělat první dlouhý krok k dosažení vypnutí tepelného spojení. Poté se přetížený kanál vypne, takže vynulování výstupního omezeného proudu. Diagnostický signál přetíženého kanálu je obvykle vysoký, dokud jej tepelný ochranný zásah nevypne, v té době diagnostika v pinu FLT a v příslušném vstupním pinu neklesne, takže signalizuje tepelný zásah. Normální provoz znovu spustí, když spojovací teplotu, T J, se vrací pod resetování prahem, T JSD - T JHYST, a celý cyklus začíná znovu.
Chování s kapacitní zátěží
(žlutý Vout, modrý Iout, červený Vflt)
IPS4260L může také bez problémů řídit kapacitní zátěž; je schopen řídit kondenzátory s velmi vysokou kapacitou. Na obrázku 11 jsou hlášeny průběhy řízení kondenzátoru 3,3 mF / 63V. Kvůli velké kapacitě je výstupní proud během nabíjení kondenzátoru v proudovém omezení, takže nevidíme skutečný nabíjecí proud, ale omezovací proud externě nastavený rezistorem. Po T Coofmůžete vidět zásah „nedisipativní ochrany proti zkratu“, takže vypnutý výstupní výkon je vypnut, stejně jako při přetížení nebo zkratu. Když je kondenzátor téměř úplně nabitý, proud klesne pod nastavenou mezní hodnotu proudu: to je jasně znázorněno na obrázku 13, kde můžete ve středu modré barevné křivky pozorovat náhlou změnu strmosti nabíjecího proudu až do dosažení nulové hodnoty zcela nabitá). Když je výstupní kondenzátor nabitý a dáte vstupu nízké napětí, chování pinů OL odpovídá případu zkratu na GND kvůli napětí na něm. To znamená, že ve vypnutém stavu (nízké vstupní napětí) klesá diagnostický signál kolíku OL (obvykle vysoký) (viz tabulka pravdy na obrázku 12).
(žlutý Vout, modrý Iout, červený Vflt)
VI. Závěr
Byl představen inteligentní monolitický quad přepínač na nízké straně. Nový inteligentní vypínač napájení (IPS) poskytuje vylepšenou přesnost pro minimalizaci energetických ztrát a prevenci chyb systému při výskytu poruch. Těchto výhod je dosaženo pomocí nejnovější generace technologie Multipower-BCD společnosti ST, která umožňuje programovatelné omezení proudu při přetížení udržovat stabilní podmínky napájení, zatímco se systém zotavuje.
Poskytnutím integrovaného řešení pro čtyři výstupní kanály IPS4260L také zjednodušuje design, zvyšuje spolehlivost a šetří místo na desce počítače. Tento nový čtyřkanálový integrovaný obvod je důležitým přírůstkem do portfolia průmyslových IPS společnosti ST, které již zahrnuje jedno, duální, čtyřkanálové a osmičkové kanály na vysoké straně.
Reference
„Quad IPS4260L Quad low-side intelligent power switch,“ datový list, www.st.com.
„UM2297: Začínáme s STEVAL-IFP029V1 pro vysokorychlostní čtyřpásmový ovladač IPS4260L s vyhrazeným grafickým uživatelským rozhraním“ Uživatelská příručka, www.st.com.
o autorovi
Michelangelo Marchese
Senior Technical Marketing Engineer
Intelligent Power Switches (IPS) & IO-Link products
Industrial & Power Conversion Division
STMicroelectronics