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节能四路低压侧智能电源开关

   日期:2019-11-18     浏览:3    
核心提示:节能四路低压侧智能电源开关
 

节能四路低压侧智能电源开关

摘要 -在本文中,咱们简介了特地设计用于最大水准降低总功耗的新型四路低端智能电源开关;因为其每通道的Rds(on)低,况且在市场上存在怪异的可编程输入电流限制和可编程截止迟延工夫。此处报告了该设备的首要恪守以及基于特别垦荒的公司参考板的应用亮点。

一,弁言

本文先容了一种单片高速中,f SW高达100kHz,四低侧开关能够与毗连到电源电压(Vcc)一侧驱动任何类型的负载(电阻,电感与电容)。

该器件名为IPS4260L,它在芯片上集成了四个45V功率MOSFET通道(在25摄氏度时范例的260mW Rds(on))以及逻辑,驱动器,珍惜与诊断。IPS4260L接纳小型Jedec标准HTSSOP 20引线电源封装。 

该器件采纳意法半导体的Multipower-BCD技术手段制成;这是意法半导体(STMicroelectronics)的智能电源妙技,它应允将控制有部分和功率级都集成在对立芯片中。

 

二。IPS4260L框图

该装备的框图如图1所示。

检查框图,您会留意到每一个通道都遭到彻底关切。咱们内置在硅片上:欠压锁定,结过热珍爱,每一个通道独立于热,可编程电流限度(在ILIM引脚与SGND之间使用外部电阻R LIM邻接),电感钳位(一样平常为58V) )并供给导轨断线顾惜。

因为电流限度,截至时间与热关切,每个通道都存在自我眷注屈从,可防止负载短路和过电流。由于钳位链为58V,是以可以实现去磁电路。该装备确实能够办理较大的感应负载,并以极快办法监管感触能量。假如感性负载很大,则必须在VZ引脚与GND或电源轨之间连接一个齐纳二极管或TVS二极管,以极快开释负载(请拜见下图),或者必需将Vz引脚毗连至电源轨以将其放电。慢的方式。

 

欠压眷注可防备在尤其低的电源电压下发展异常操作,而获得接地顾惜恪守会在因为任何缘由而失去接地参考时即时封闭功率级。从而防止装备废弛。

每个通道的结关断温度范例值为160 ° C;它在通用过载的情况下关心通道。

装备的输入块是输入/输入。它们是TTL / CMOS兼容的,其设计目的是最大水准地削减输入切换岁月,并批准经过串联电阻器邻接光耦合器。

通道以最小电平输入电压> 2.0V接通。当通道处于截止或热关断形状时,相关的输入引脚经过漏极开路晶体管内部关断。 

开漏共通形状引脚能够直接驱动发光二极管(LED),它们指示关断顾惜或结过热保护(FLT引脚),况且在OFF形状或与GND短路时开路负载( OL针)。

 

三,非耗散短路电路

如前所述,IPS4260L器件具有可以使用外部电阻器设置的限流关心集成。

IPS4260L连同每一个通道上的结点热眷注和检测一同,还集成为了所谓的“非耗散短路块”,旨在限定整个设施的耗散。因为器件温度的快捷举高,在过载状况下有少量通道时,这类进一步的珍爱可防范PCB退化。

实践上,在过载条件下,输入电流在一个工夫间隔(t COFF限度为I LIM,该时间隔断毗连在CoD引脚和SGND引脚之间的外部电阻(R CoD定义(见图1)。或2)。通道在t RES年光内关闭,然后踊跃从头翻开,因此保持通道结温低于JSD(结关断温度)。

在图4中,呈报了过载期间的过热波形。INX显现施加到INx引脚的电压,每当FLT引脚降落时,它就会下降,而MCUx电压维持恒定。

如果结温抵达T JSD,则仅当结温降至T JSD -T JHYST(复位温度)时过载通道才会再次重启需要夸大的是,热关切仅感化于过载通道。非过载通道继续畸形运转。

 

IV。断开形状下的空载检测

为了在OFF形状下检测开路负载故障,必须在PGND线和输入引脚之间连接一个下拉电阻器(见图5)。在正常情况下,电流流过由下拉电阻与负载组成的网络。负载中间的电压小于最小开路负载电压,因而OL引脚维持高电平。

当输入之一发生开路负载事件时,相关输出引脚的电压上升到低于最小开路负载电压的值,况且在消隐年华(t BKT之后,在OL引脚上呈报劝阻环境,以削减噪音侵害。尔后,OL引脚变成低电平,从而发出开路负载旌旗灯号。

 

在图。图6显示了发生开放负载事项时与竣事时通用输入引脚电压,关连的输出电压和OL引脚电压的波形。

在图7中,您可以看处处于OFF状态的打开负载依顺。为了模拟开路负载前提,已将输入电压从0V强逼为10V,频次为10kHz。在该图中,V OL在t BKT时日(典范值16.5 ms)以后下降。  

 

V.参考板与应用测试

在图9中,呈文了设施IPS4260L的楷模应用电路。它代表设计用于财出产积极化或过程管教的可编程逻辑管束器的输入级。咱们供应用户手册和专用的图形用户界面(GUI)来驱动它。

为了关心低端配置中的设备免受电源线的尖酸财产条件的影响,一般使用光耦合器二极管来撮合应用管制

电源电路以及输入和诊断引脚中的电路。

Transil二极管可爱惜高压侧开关(LSS)免受正负浪涌脉冲的影响,从而使器件合乎IEC 61000-4-5的申请。

必需在总线(Vcc)上布置一个电解电容器,以过滤总线电感效应,从而使电源电压强项并预防欠压关断。

电解电容器的大小是根据输入电流的斜率,烦复电源电缆的阻抗以及配备上核准的最大压降来决议的。提倡使用一个尽可能低的ESR电容器,该电容器应尽量靠近LSS,以便对电源线发展滤波以解决电磁兼容性问题。在咱们的示例中,决议了47uF电容器。

在工厂主动化/历程控制中,最苛刻的负载是感应负载;一样平常会驱动1.15亨利额定负载。用于筹划此类电感性负载的相干能量尤为可观,可完成合理的功耗和很高的结温:IPS4260L设计为使用VZ引脚与GND或电源之间的外部齐纳二极管或TVS二极管驱动如此大的负载导轨以神速解放负载(请拜见图2),大要必须将Vz引脚连贯到电源轨以机灵羁系负载。

负载短路时的行为

负载到电源电压的过电流和短路是我们在数字输出哄骗时期必需面临的最严酷的事故。在这些不良事故中,输入级必须能够消散所有相干的能量。除了联接到输入级的负载外,还必须爱惜其免受可能抵达非预期值的电流峰值的影响。

为了在输出到电源电压短路时期保险地妄想尤为高的电流峰值,在芯片上集成了一个限流模块。结果,仅批准在短工夫内孕育发生电流尖峰。只是干与限流电路所需的时日,于是可以使用外部电阻来微调最大输出电流。

硬过载时期相反。然则,内部限定的输出电流还缺失。理论上,如果短路或过载继续工夫在这段工夫内继续,那末耗散到配备以及负载中的功率就变得很必要,于是会导致过热,从而破不好设施和/或所触及的负载。

因此,“非耗散短路块”已内置在芯片上,从而限定了过载通道电流限定前提的持续年光。该持续年华称为截至电流延误光阴(T Coff,),由毗连在CoD引脚和SGND接地层之间的外部电阻(R CoD设置在这段时日以后,通道会在一段年光内处于“开启”形状,喻为功率级重启迟延时间(tres),以防范在过载前提下有少量通道的情况下PCB退化,并削减在两个器件与两个器件中运动的能量。负载。

要是在T Coff时期,过载通道的结温到达外部设定值(T JSD),则结温珍爱模块(每个通道一个)将这些通道封闭。仅当Tj前往到复位阈值下列时,它们才会从新创议。

可以禁用将CoD引脚与SGND接地层短接的“非耗散短路块”,因而IPS4260L仅激活告终热爱惜。

在图9与10中,波形呈报了一个通道的输入电流(Iout)和短路环境下的诊断电压(V FLT)。正如您在两个图中均可以看到的,在短峰值之后,输入电流被限度为固定值。

其他,在图9中,由于IPS4260L的输入引脚用于诊断指数,因此咱们呈文相关通道的输出电压与仆从阻截电压波形的输入电压。

 

在图。如图10所示,当禁用“非耗散短路块”死守时,我们看到需要迈出第一步,才力使热结点开启。今后,过载通道将封锁,是以将输出限制电流归零。在热爱护干涉将其封闭早年,过载通道的诊断信号一般是高,这时候,FLT引脚与关连输入引脚中的诊断变为低电平,从而收回热干涉信号。当结温T J前去到复位阈值T JSD -T JHYST如下时,畸形工作重新起源而且该周期再次劈头劈脸。  

容性负载行为

IPS4260L还可以毫无题目地驱动电容性负载。它能够驱动具有很高电容的电容器。在图11中,呈报了驱动3.3mF / 63V电容器的波形。由于电容大,电容器充电期间的输出电流受到电流限度,因而咱们看不到现实的充电电流,而是由电阻器外部设置的限制电流。恤后您会看到“无耗散短路顾惜”过问,于是负载输入的功率以及过载或短路都邑被开启。当电容器几乎彻底满盈电时,电流会低于设定的电流限制:这在图13中清楚显示,您可以在蓝色波形的中间考查到充电电流的斜率突然变换,直到抵达零值为止(电容器完全充电)。当输出电容器充电况且您为输入提供低电压时,因为引脚上的电压,OL引脚的举止与短路到GND的状况绝对应。这意味着在OFF状态(输入电压低)下,OL引脚的诊断信号(一样平常为高)变低(请拜见图12的真值表)。 

VI。结论

曾经提出了一种智能单片四路低端开关。新的智能电源开关(IPS)可以行进准确性,以最大水平地削减能量消散,并在发生劝止时防止零碎差池。这些优势是使用意法半导体最新一代的Multipower-BCD技术手段完成的,该手艺核准可编程的过载电流限制,以在零碎复原时维持拘泥的功率前提。

经由为四个输入通道提供集成解决方案,IPS4260L还可简化设计,增强可靠性并挥霍电路板空间。这类新的四通道IC是ST的财制造IPS制作品系列的重要补充,该产品已涵概单通道,双通道,四通道和八通道高端配备。

 

参照文献

[1]“ IPS4260L四路低端智能电源开关”,数据表, www.st.com

[2]“ UM2297:存在专用GUI的IPS4260L高速四路低端驱动器的STeval-IFP029V1入门”用户手册,www.st.com

 

关于作者

米开畅基罗·马尔凯塞(Michelangelo Marchese)

意法半导体初级妙技营销工程师
智能电源开关(IPS)和IO-link制作品
财富与电源转换部

 
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