(blu V FLT, geel V IN, rood I OUT, groen V OUT)
Overstroom en kortsluiting van de belasting naar de voedingsspanning zijn de zwaarste gebeurtenissen waarmee we te maken krijgen tijdens de werking van de digitale uitgang. Bij deze slechte gebeurtenissen moeten de eindtrappen overleven door alle bijbehorende energie te verdrijven. Bovendien moeten de belastingen, aangesloten op de eindtrappen, worden beschermd tegen de piekstroom die onverwachte waarden kan bereiken.
Om zeer hoge stroompieken veilig te beheren tijdens kortsluiting van uitgangen naar de voedingsspanning is een stroombeperkingsblok op de chip geïntegreerd. Als resultaat is slechts een stroompiek voor een korte tijd toegestaan; precies de tijd die nodig is om het stroombegrenzingscircuit in te schakelen, dus de maximale uitgangsstroom afstellen met behulp van een externe weerstand.
Het is hetzelfde tijdens een zware overbelasting. Een intern beperkte uitgangsstroom is echter niet voldoende; in feite, als kortsluiting of overbelasting gedurende de tijd aanhoudt, wordt het vermogen dat zowel in het apparaat als in de belasting wordt gedissipeerd belangrijk, waardoor een oververhitting ontstaat die het apparaat en / of de betreffende belasting kan vernietigen.
Vanwege dat "niet-dissipatieve kortsluitblok" is ingebouwd op de chip die de duur van de huidige beperkingstoestand van de overbelaste kanalen beperkt. De duur, genaamd Cut-off current delay time (T Coff,), wordt ingesteld door een externe weerstand (R CoD) die is aangesloten tussen CoD-pin en SGND-aardingsvlak. Na deze tijd rusten de kanalen enige tijd UIT, genaamd power stage herstartvertragingstijd (tres), om degradatie van de printplaat te voorkomen in het geval van een groot aantal kanalen in overbelastingscondities en om de energie te verminderen die in zowel het apparaat als ladingen.
Als tijdens de T Coff de junctietemperatuur van de overbelaste kanalen een intern ingestelde waarde (T JSD) bereikt, schakelen de thermische junctiebeveiligingsblokken, één voor elk kanaal, de kanalen UIT. Ze herstarten pas als Tj weer onder de reset-drempel komt.
Het is mogelijk om het "niet-dissipatieve kortsluitblok", dat de CoD-pin verbindt, kortweg met het SGND-grondvlak, uit te schakelen, dus alleen de thermische junctiebeveiliging is actief in de IPS4260L.
(rood V FLT, blauw I OUT)
In figuur 9 en 10 rapporteren golfvormen uitgangsstroom (Iout), in één kanaal, en diagnostische spanning (V FLT) tijdens kortsluitingsomstandigheden; zoals je in beide figuren kunt zien, is de uitgangsstroom, na een korte piek, begrensd op een vaste waarde.
In figuur 9 rapporteren we bovendien de uitgangsspanning van het relevante kanaal en de ingangsspanning die de golfvorm van de foutspanning volgt, omdat de ingangspennen van de IPS4260L worden gebruikt voor diagnostische doeleinden.
In afb. 10, wanneer de functie van "niet-dissipatieve kortsluitblokkering" is uitgeschakeld, zien we dat er een eerste lange stap nodig is om de thermische junctie-uitschakeling te bereiken. Hierna wordt het overbelaste kanaal UIT geschakeld, zodat de beperkte uitgangsstroom op nul wordt gezet. Diagnostisch signaal van het overbelaste kanaal is normaal gesproken hoog totdat de thermische beveiligingsinterventie het UITschakelt, op dat moment worden de diagnostiek in de FLT-pin en in de relevante ingangspen laag, wat de thermische interventie signaleert. De normale werking begint opnieuw wanneer de junctietemperatuur, T J, weer onder de reset-drempel komt, T JSD - T JHYST, en de cyclus begint opnieuw.
Gedrag bij capacitieve belasting
(gele Vout, blauwe Iout, rode Vflt)
De IPS4260L kan ook zonder problemen een capacitieve belasting aansturen; het is in staat om condensatoren met een zeer hoge capaciteit aan te sturen. In figuur 11 worden golfvormen gerapporteerd die een 3.3mF / 63V condensator aansturen. Vanwege de grote capaciteit is de uitgangsstroom tijdens het laden van de condensator in stroombegrenzing, zodat we niet de echte laadstroom zien, maar de limietstroom die extern is ingesteld door de weerstand. Na de T Coofzie je de interventie “niet-dissipatieve kortsluitbeveiliging”, zodat zowel het geladen vermogen als per overbelasting of kortsluiting wordt uitgeschakeld. Wanneer de condensator bijna volledig is opgeladen, daalt de stroom onder de ingestelde stroombegrenzing: dit wordt duidelijk weergegeven in figuur 13 waar u in het midden van de blauwe kleurgolfvorm een plotselinge verandering van de helling in de laadstroom kunt waarnemen totdat de waarde nul bereikt (condensator volledig opgeladen). Wanneer de uitgangscondensator is opgeladen en je geeft een lage spanning aan de ingang, komt het OL-pin-gedrag overeen met de kortsluiting naar GND-behuizing, vanwege de spanning erop. Dit betekent dat in de UIT-toestand (ingangsspanning laag) het diagnosesignaal van de OL-pin (normaal hoog) laag wordt (zie waarheidstabel in afbeelding 12).
(gele Vout, blauwe Iout, rode Vflt)
VI. Conclusie
Er is een slimme monolithische viervoudige lage zijschakelaars gepresenteerd. De nieuwe intelligente aan / uit-schakelaar (IPS) biedt verbeterde nauwkeurigheid om energieverliezen te minimaliseren en systeemfouten te voorkomen wanneer er fouten optreden. Deze voordelen worden bereikt met behulp van ST's nieuwste generatie Multipower-BCD-technologie, die een programmeerbare overbelastingsstroomlimiet mogelijk maakt om stabiele stroomomstandigheden te behouden terwijl het systeem herstelt.
Door een geïntegreerde oplossing te bieden voor vier uitgangskanalen, vereenvoudigt de IPS4260L ook het ontwerp, verbetert de betrouwbaarheid en bespaart hij ruimte op de printplaat. Deze nieuwe quad-channel IC is een belangrijke toevoeging aan ST's portfolio van industriële IPS, die al single-, dual-, quad- en octale-kanaals high side-apparaten omvat.
Referenties
"IPS4260L Quad low-side intelligente aan / uit-schakelaar," Datasheet, www.st.com.
“UM2297: Aan de slag met de STEVAL-IFP029V1 voor de IPS4260L high-speed quad low-side driver met speciale GUI” Gebruikershandleiding, www.st.com.
Over de auteur
Michelangelo Marchese
Senior Technical Marketing Engineer
Intelligent Power Switches (IPS) & IO-Link-producten
Industrial & Power Conversion Division
STMicroelectronics