(blau V FLT, gelb V IN, rot I OUT, grün V OUT)
Überstrom und Kurzschluss der Last mit der Versorgungsspannung sind die härtesten Ereignisse, denen wir während des digitalen Ausgangsbetriebs begegnen müssen. In diesen schlechten Ereignissen müssen die Ausgangsstufen überleben und die gesamte zugehörige Energie abführen. Außerdem müssen die an die Endstufen angeschlossenen Lasten vor Stromspitzen geschützt werden, die unerwartete Werte erreichen können.
Um sehr hohe Stromspitzen während des Kurzschlusses der Ausgänge zur Versorgungsspannung sicher zu handhaben, ist ein Strombegrenzungsblock auf dem Chip integriert. Infolgedessen ist nur eine Stromspitze für kurze Zeit zulässig; Nur die Zeit, die benötigt wird, um in die Strombegrenzungsschaltung einzugreifen, um den maximalen Ausgangsstrom mithilfe eines externen Widerstands zu reduzieren.
Dies gilt auch für eine harte Überlastung. Intern begrenzter Ausgangsstrom reicht jedoch nicht aus; Wenn ein Kurzschluss oder eine Überlastdauer während der Zeit andauert, wird die in das Gerät sowie in die Last abgegebene Leistung wichtig, was zu einer Überhitzung führt, die das Gerät und / oder die betroffene Last zerstören kann.
Aus diesem Grund wurde auf dem Chip ein „nicht dissipativer Kurzschlussblock“ eingebaut, der die Dauer der Strombegrenzungsbedingung der überlasteten Kanäle begrenzt. Die Dauer, die als Abschaltstromverzögerungszeit (T Coff) bezeichnet wird, wird durch einen externen Widerstand (R CoD) eingestellt, der zwischen dem CoD-Pin und der SGND-Masseebene angeschlossen ist. Nach dieser Zeit ruhen die Kanäle für eine Zeit im AUS, die als Verzögerungsstart für den Neustart der Leistungsstufe (tres) bezeichnet wird, um die Verschlechterung der Leiterplatte bei einer großen Anzahl von Kanälen unter Überlastbedingungen zu vermeiden und den Energiefluss sowohl im Gerät als auch im Gerät zu verringern Ladungen.
Wenn während des T Coff die Sperrschichttemperatur der überlasteten Kanäle einen intern eingestellten Wert (T JSD) erreicht, schalten die Wärmeschutzblöcke der Sperrschicht, einer für jeden Kanal, die Kanäle aus. Sie werden erst neu gestartet, wenn Tj die Rücksetzschwelle wieder unterschreitet.
Es ist möglich, den „nicht dissipativen Kurzschlussblock“ zu deaktivieren, der den CoD-Pin kurz mit der SGND-Masseebene verbindet, sodass nur der Wärmeschutz der Verbindungsstelle im IPS4260L aktiv ist.
(rotes V FLT, blaues I OUT)
In 9 und 10 geben Wellenformen den Ausgangsstrom (Iout) in einem Kanal und die Diagnosespannung (V FLT) während Kurzschlussbedingungen an; Wie Sie in beiden Abbildungen sehen können, ist der Ausgangsstrom nach einer kurzen Spitze auf einen festen Wert begrenzt.
In Abbildung 9 geben wir außerdem die Ausgangsspannung des betreffenden Kanals und die Eingangsspannung an, die der Wellenform der Fehlerspannung folgen, da die Eingangspins des IPS4260L zu Diagnosezwecken verwendet werden.
In Abb. In 10 sehen wir, wenn die Funktion des "nicht dissipativen Kurzschlussblocks" deaktiviert ist, dass ein erster langer Schritt erforderlich ist, um die Abschaltung des thermischen Übergangs zu erreichen. Danach wird der überlastete Kanal ausgeschaltet, sodass der Ausgangsstrom auf Null gesetzt wird. Das Diagnosesignal des überlasteten Kanals ist normalerweise hoch, bis der Wärmeschutz-Eingriff ihn ausschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Diagnose im FLT-Pin und im entsprechenden Eingangs-Pin niedrig, um den thermischen Eingriff zu signalisieren. Der normale Betrieb wird neu gestartet, wenn die Sperrschichttemperatur T J wieder unter die Rücksetzschwelle T JSD - T JHYST fällt und der Zyklus erneut beginnt.
Verhalten bei kapazitiver Last
(gelbes Vout, blaues Iout, rotes Vflt)
IPS4260L kann auch problemlos eine kapazitive Last ansteuern. Es ist in der Lage, Kondensatoren mit sehr hoher Kapazität anzutreiben. In Abbildung 11 sind Wellenformen angegeben, die einen 3,3 mF / 63 V-Kondensator ansteuern. Aufgrund der großen Kapazität ist der Ausgangsstrom während der Kondensatorladung strombegrenzt, so dass wir nicht den tatsächlichen Ladestrom sehen, sondern den vom Widerstand extern eingestellten Begrenzungsstrom. Nach dem T CoofSie können den Eingriff „Nicht dissipativer Kurzschlussschutz“ sehen, sodass die geladene Ausgangsleistung sowie bei Überlast oder Kurzschluss ausgeschaltet wird. Wenn der Kondensator fast vollständig aufgeladen ist, unterschreitet der Strom die eingestellte Strombegrenzung: Dies ist in Abbildung 13 deutlich zu sehen, wo Sie in der Mitte der blauen Wellenform eine plötzliche Änderung der Steigung des Ladestroms bis zum Erreichen des Nullwerts (Kondensator) beobachten können vollständig aufgeladen). Wenn der Ausgangskondensator aufgeladen ist und Sie dem Eingang eine niedrige Spannung geben, entspricht das Verhalten des OL-Pins aufgrund der Spannung dem Kurzschluss zum GND-Fall. Dies bedeutet, dass im AUS-Zustand (Eingangsspannung niedrig) das Diagnosesignal des OL-Pins (normalerweise hoch) niedrig wird (siehe Wahrheitstabelle in Abbildung 12).
(gelbes Vout, blaues Iout, rotes Vflt)
VI. Fazit
Ein intelligenter monolithischer Quad-Low-Side-Schalter wurde vorgestellt. Der neue intelligente Netzschalter (IPS) bietet eine verbesserte Genauigkeit, um Energieverluste zu minimieren und Systemfehler bei Fehlern zu vermeiden. Diese Vorteile werden mit der Multipower-BCD-Technologie der neuesten Generation von ST erzielt, die eine programmierbare Überlaststrombegrenzung ermöglicht, um stabile Leistungsbedingungen während der Wiederherstellung des Systems aufrechtzuerhalten.
Durch die Bereitstellung einer integrierten Lösung für vier Ausgangskanäle vereinfacht der IPS4260L auch das Design, erhöht die Zuverlässigkeit und spart Platz auf der Leiterplatte. Dieser neue Quad-Channel-IC ist eine wichtige Ergänzung des ST-Portfolios an industriellem IPS, das bereits High-Side-Geräte mit Einzel-, Dual-, Quad- und Oktalkanälen umfasst.
Verweise
"IPS4260L Quad Low-Side intelligenter Netzschalter", Datenblatt, www.st.com.
„UM2297: Erste Schritte mit dem STEVAL-IFP029V1 für den Hochgeschwindigkeits-Quad-Low-Side-Treiber IPS4260L mit dedizierter Benutzeroberfläche“, Benutzerhandbuch, www.st.com.
Über den Autor
Michelangelo Marchese
Senior Technical Marketing Engineer
Intelligente Leistungsschalter (IPS) und IO-Link-Produkte
Division Industrial & Power Conversion
STMicroelectronics