節(jié)能型四通道低邊智能電源開關
I.前言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201905/400664.htm本文介紹一款單片高速(fSW高達100kHz)四通道低邊開關。該產品能夠驅動任何類型的負載(阻性負載、感性負載和容性負載),開關一側連接電源電壓(Vcc)。
該開關是IPS4260L,單片集成了四條45V功率MOSFET通道(在25攝氏度時Rds(on) 典型值260mΩ)以及邏輯接口、柵驅動器、保護和診斷功能。IPS4260L采用Jedec標準HTSSOP 20引腳微型功率封裝。
該器件采用意法半導體的Multipower-BCD工藝設計制造。Multipower-BCD是一項智能功率技術,可以在同一芯片上集成控制單元和功率級。
II.IPS4260L框圖
圖1所示是該器件的工作原理框圖。從框圖中可以看出,每條通道都配備全面的保護功能,包括欠壓鎖定、獨立結過熱保護、可設置限流(使用ILIM引腳和SGND之間連接的外部電阻RLIM設置限流)、感性鉗位(典型值58V) 和電源軌斷開保護。
圖1:IPS4260L框圖
電源軌之間連接一個齊納二極管或TVS二極管,以快速釋放感應電能(見下圖),也可以將Vz引腳連接到電源軌,緩慢釋放感應電能。
圖2:基于IPS4260L的快速退磁大感性負載驅動電路
欠壓保護可以避免電源電壓非常低的異常操作,而接地斷開保護可以在接地斷開時立即關閉功率級,避免開關被擊穿損壞。
每個通道過熱關斷結溫都是160°C (典型值),可以防護常見的過載情況。
開關的輸入模塊是TTL/CMOS兼容輸入/輸出,能夠最大限度減少輸入開關次數(shù),并可以通過串聯(lián)電阻連接光耦。
當通道導通時,輸入高電平的最低電壓大于 2.0V。當通道是短路關閉或過熱關斷狀態(tài)時,相關輸入引腳通過開漏晶體管在內部關斷。
開漏共用狀態(tài)引腳能夠直接驅動一個發(fā)光二極管(LED),指示關閉保護或結過熱關斷(FLT引腳)和斷態(tài)開路負載或接地短路( OL針)狀態(tài)。
III.非耗散性短路
如前所述,IPS4260L器件可使用一個外部電阻設置片上集成的限流保護功能。
除每個通道的結過熱保護和結溫檢測功能外,IPS4260L還集成了所謂的“非耗散性短路模塊”,旨在抑制開關的整體耗散功率。當大量通道過載而導致開關溫度驟升時,這一額外保護功能可以避免PCB性能降低。
實際上,在過載情況下,輸出電流被限制為ILIM,持續(xù)時間為(tCOFF),限流值用連接在CoD引腳和SGND引腳之間的外部電阻(RCoD)來設定(見圖1或圖2)。通道關閉一段
時間(tRES)后,自動重新導通,保持通道結溫低于TJSD(關斷結溫)。
圖4所示是過載期間的過熱電壓波形。VINX表示INx引腳電壓,每當FLT引腳電壓下降,VINX就會下降,而MCUx電壓保持恒定
如果結溫達到TJSD,過載通道只有在結溫降至TJSD - TJHYST(復位溫度)后才會重新導通。需要強調的是,過熱保護僅干預過載通道; 非過載通道繼續(xù)正常運行。
IV.斷態(tài)開路負載檢測
為了檢測斷態(tài)下的開路負載故障,必須在PGND引腳和輸出引腳之間連接一個下拉電阻(見圖5)。在功能正常情況下,電流流過下拉電阻和負載組成的網(wǎng)絡。負載兩端的電壓小于最小開路負載電壓,OL引腳保持高電平。
圖5:斷態(tài)網(wǎng)絡中的開路負載檢測
當其中一個輸出發(fā)生開路負載事件時,相關輸出引腳的電壓將會上升到一個小于最低開路負載電壓的數(shù)值,在消隱時間(tBKT)結束后,通過OL引腳報告故障,以降低噪聲干擾導致的誤報,這時,OL引腳變低電平,發(fā)出開路負載信號。
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