(blu V FLT, gul V IN, rød I UD, grøn V UD)
Overstrøm og kortslutning af belastningen til forsyningsspændingen er de hårdeste begivenheder, vi skal støde på under den digitale outputoperation. I disse dårlige begivenheder skal outputstadierne overleve og sprede al den tilknyttede energi. Udover belastningerne, der er forbundet med udgangstrinnene, skal de beskyttes mod strømtoppen, der kan nå uventede værdier.
For sikkert at styre meget høje toppe af strøm under kortslutning af udgange til forsyningsspændingen er en strømbegrænsningsblok integreret på chippen. Som følge heraf er kun en strømspids i kort tid tilladt; netop den nødvendige tid til at gribe ind i strømbegrænsningskredsløbet, så trimning af den maksimale udgangsstrøm ved hjælp af en ekstern modstand.
Det er det samme under en hård overbelastning. Internt begrænset udgangsstrøm er dog ikke nok; hvis kortslutnings- eller overbelastningsvarighed varer i løbet af tiden, bliver effekten spredt i enheden såvel som i belastningen vigtig, hvilket forårsager en overophedning, der er i stand til at ødelægge enheden og / eller den involverede belastning.
På grund af denne "ikke-dissipative kortslutningsblok" er der indbygget på chip, som begrænser varigheden af den aktuelle begrænsningstilstand for de overbelastede kanaler. Varigheden, der hedder Afskæringsstrømforsinkelsestid (T Coff,), indstilles af en ekstern modstand (R CoD) forbundet mellem CoD-pin og SGND-jordplan. Efter dette tidspunkt hviler kanalerne i OFF i et stykke tid, kaldet forsinkelsestid for genstart af strøm (tres), for at undgå PCB-nedbrydning i tilfælde af et stort antal kanaler under overbelastningsforhold og for at reducere den energi, der strømmer i både enhed belastninger.
Hvis krydsetemperaturen for de overbelastede kanaler når T internt når en internt indstillet værdi (T JSD), blokerer krydset den termiske beskyttelsesbeskyttelse, en for hver kanal, kanalerne. De genstarter kun, når Tj kommer tilbage under reset-tærsklen.
Det er muligt at deaktivere den "ikke-dissipative kortslutningsblok", der forbinder CoD-stiften kort med SGND-jordplanet, og derfor er kun krydset termisk beskyttelse aktiv i IPS4260L.
(rød V FLT, blå I UD)
I figur 9 og 10 rapporterer bølgeformer udgangsstrøm (Iout) i en kanal og diagnostisk spænding (V FLT) under kortslutningsforhold; som du kan se i begge figurer, er udgangsstrømmen efter en kort peak begrænset til en fast værdi.
I figur 9 rapporterer vi desuden udgangsspændingen for den relevante kanal og den indgangsspænding, der følger bølgeformen for fejlspænding, fordi indgangsstifterne på IPS4260L bruges til diagnostisk formål.
I fig. 10, når funktionen af "ikke-dissipativ kortslutningsblok" er deaktiveret, ser vi, at der er behov for et første langt trin for at nå nedlukningen af den termiske knudepunkt. Herefter er den overbelastede kanal slået fra, så nul den begrænsede udgangsstrøm. Diagnostisk signal fra den overbelastede kanal er normalt højt, indtil den termiske beskyttelsesintervention slukker for den, på det tidspunkt diagnosticeres FLT-stiften og i den relevante indgangsstiften lavt, hvilket signaliserer den termiske intervention. Normal drift genstartes, når krydsetemperatur, T J, kommer tilbage under reset-tærsklen, T JSD - T JHYST, og cyklussen begynder igen.
Adfærd med kapacitiv belastning
(gul Vout, blå Iout, rød Vflt)
IPS4260L kan også køre en kapacitiv belastning uden problemer; det er i stand til at drive kondensatorer med meget høj kapacitans. I figur 11 rapporteres bølgeformer, der kører en 3,3mF / 63V kondensator. På grund af den store kapacitans er udgangsstrømmen under kondensatoropladning i strømbegrænsning, så vi ikke ser den reelle opladningsstrøm, men begrænsningsstrømmen eksternt indstillet af modstanden. Efter T Coofdu kan se interventionen "ikke-dissipativ kortslutningsbeskyttelse", så den belastede effekt er slukket såvel som pr. overbelastning eller kortslutning. Når kondensatoren er næsten fuldt opladet, går strømmen under den indstillede strømbegrænsning: dette vises tydeligt i figur 13, hvor du kan observere midt i den blå farvebølgeform en pludselig ændring af hældningen i ladestrømmen, indtil du når nulværdien (kondensator fuldt opladet). Når udgangskondensatoren er opladet, og du giver en lav spænding til indgangen, svarer OL-pinadfærden til den korte til GND-sag på grund af spændingen på den. Dette betyder, at i OFF-tilstand (lav indgangsspænding) bliver diagnosesignalet for OL-pin (normalt høj) lavt (se sandhedstabel i figur 12).
(gul Vout, blå Iout, rød Vflt)
VI. Konklusion
Der er præsenteret en smart monolitisk firkantet switch med lave sider. Den nye intelligente afbryder (IPS) giver forbedret nøjagtighed for at minimere energitab og forhindre systemfejl, når der opstår fejl. Disse fordele opnås ved hjælp af STs nyeste generation af Multipower-BCD-teknologi, som muliggør en programmerbar overbelastningsstrømgrænse for at opretholde stabile strømforhold, mens systemet er ved at komme sig.
Ved at levere en integreret løsning til fire outputkanaler forenkler IPS4260L også design, forbedrer pålideligheden og sparer plads på pc-kortet. Denne nye quad-channel IC er en vigtig tilføjelse til ST's portefølje af industriel IPS, som allerede indeholder enkelt-, dual-, quad- og octal-kanaler-enheder med høj side.
Referencer
"IPS4260L Quad intelligent side-afbryder med lav side," Dataark, www.st.com.
“UM2297: Kom godt i gang med STEVAL-IFP029V1 til IPS4260L high-speed quad low-side driver med dedikeret GUI” Brugervejledning, www.st.com.
Om forfatteren
Michelangelo Marchese
Senior teknisk marketingingeniør
Intelligent Power Switches (IPS) & IO-Link-produkter
Industrial & Power Conversion Division
STMikroelektronik