(blu V FLT, gul V IN, röd I UT, grön V UT)
Överström och kortslutning av belastningen till matningsspänningen är de hårdaste händelserna vi måste möta under den digitala utgångsdriften. I dessa dåliga händelser måste produktionsstegen överleva och släppa all tillhörande energi. Förutom belastningarna som är anslutna till utgångsstegen måste de skyddas från strömtoppen som kan nå oväntade värden.
För att säkert hantera mycket höga toppar av strömmar under kortslutning av utgångar till matningsspänningen är ett strömbegränsningsblock integrerat på chipet. Som ett resultat är endast en strömspik under en kort tid tillåten; precis den tid som krävs för att ingripa strömbegränsningskretsarna, så trimma den maximala utströmmen med hjälp av ett externt motstånd.
Det är detsamma under en hård överbelastning. Internt begränsad utström räcker dock inte; i själva verket, om kortslutnings- eller överbelastningsvaraktigheten varar under tiden, försvinner kraften i anordningen såväl som i belastningen, vilket orsakar en överhettning som kan förstöra anordningen och / eller belastningen.
På grund av det "icke-dissipativa kortslutningsblocket" har inbyggts på chip som begränsar varaktigheten för det aktuella begränsningstillståndet för de överbelastade kanalerna. Varaktigheten, som heter Cut-off current delay time (T Coff,), ställs in av ett externt motstånd (R CoD) anslutet mellan CoD-stift och SGND-jordplan. Efter denna tid vilar kanalerna i OFF för en tid, namngiven fördröjningstid för effektsteg (tres), för att undvika PCB-nedbrytning vid ett stort antal kanaler under överbelastningsförhållanden och för att minska energin som flyter i både enheten och massor.
Om korsningstemperaturen för de överbelastade kanalerna under T Coff når ett internt inställt värde (T JSD) stänger korsningens termiska skydd, en för varje kanal, AV kanalerna. De startar om först när Tj kommer tillbaka under återställningströskeln.
Det är möjligt att inaktivera det "icke-dissipativa kortslutningsblocket" som förbinder CoD-stiftet i korthet med SGND-jordplanet, så att endast korsningens termiska skydd är aktivt i IPS4260L.
(röd V FLT, blå I UT)
I figur 9 och 10 rapporterar vågformer utström (Iout), i en kanal, och diagnostisk spänning (V FLT) under kortslutningsförhållanden; Som du kan se i båda figurerna är utströmmen, efter en kort topp, begränsad till ett fast värde.
I figur 9 rapporterar vi dessutom utgångsspänningen för den aktuella kanalen och ingångsspänningen som följer vågformen för felspänningen eftersom ingångarna på IPS4260L används för diagnostiskt ändamål.
I fig. 10, när funktionen av "icke-dissipativ kortslutningsblock" är inaktiverad, ser vi att vi behöver ett första långt steg för att nå avstängningen av den termiska korsningen. Efter detta stängs den överbelastade kanalen AV, så att nollställ utgångens begränsade ström. Diagnossignalen för den överbelastade kanalen är normalt hög tills termisk skyddsintervention stänger av den, då diagnostiseras i FLT-stiftet och i relevant ingångsstift blir lågt vilket signaliserar det termiska ingreppet. Normal drift startar om när korsningstemperaturen, T J, kommer tillbaka under återställningströskeln, T JSD - T JHYST, och cykeln börjar igen.
Beteende med kapacitiv belastning
(gul Vout, blå Iout, röd Vflt)
IPS4260L kan också köra en kapacitiv belastning utan problem; den kan driva kondensatorer med mycket hög kapacitans. I figur 11 rapporteras vågformer som driver en 3,3mF / 63V kondensator. På grund av den stora kapacitansen är utströmmen under kondensatorladdningen i strömbegränsning, så att vi inte ser den verkliga laddningsströmmen utan begränsningsströmmen externt inställd av motståndet. Efter T Coofdu kan se "icke-dissipativ kortslutningsskydd" -intervention, så att den laddade effektutgången stängs av såväl som överbelastning eller kortslutning. När kondensatorn är nästan helt laddad går strömmen under den inställda strömbegränsningen: detta visas tydligt i figur 13 där du kan observera mitt i den blå färgvågformen en plötslig förändring av lutningsströmmen tills du når nollvärde (kondensator helt laddad). När utgångskondensatorn laddas och du ger en låg spänning till ingången motsvarar OL-stiftets beteende det korta till GND-fallet på grund av spänningen på den. Detta innebär att i OFF-läge (ingångsspänning låg) blir diagnossignalen för OL-stift (normalt hög) låg (se sanningstabellen i figur 12).
(gul Vout, blå Iout, röd Vflt)
VI. Slutsats
En smart monolitisk fyrhjulsströmställare har presenterats. Den nya intelligenta strömbrytaren (IPS) ger förbättrad noggrannhet för att minimera energiförluster och förhindra systemfel när fel uppstår. Dessa fördelar uppnås med hjälp av STs senaste generationens Multipower-BCD-teknik, som möjliggör en programmerbar överbelastningsströmgräns för att upprätthålla stabila effektförhållanden medan systemet återhämtar sig.
Genom att tillhandahålla en integrerad lösning för fyra utgångskanaler förenklar IPS4260L också design, förbättrar tillförlitligheten och sparar kretskortsutrymme. Denna nya fyrkanal-IC är ett viktigt tillskott till ST: s portfölj av industriella IPS, som redan innehåller enkla, dubbla, fyrhjuliga och oktala kanaler på högsidan.
Referenser
"IPS4260L Quad lågsidig intelligent strömbrytare," Datablad, www.st.com.
”UM2297: Komma igång med STEVAL-IFP029V1 för IPS4260L höghastighets fyrhjulsdrivrutin med dedikerad GUI” Användarhandbok, www.st.com.
Om författaren
Michelangelo Marchese
Senior Technical Marketing Engineer
Intelligent Power Switches (IPS) & IO-Link produkter
Industrial & Power Conversion Division
STMikroelektronik