TPS24710/11/12/13 วงจรคอนโทรลเลอร์สลับร้อน

มันควบคุมกระแสไฟกระชากเมื่อใดก็ตามที่มีการติดตั้งส่วนประกอบและป้องกันจากวงจรลัดวงจรและปัญหาที่เกิดขึ้นในขณะที่ส่วนประกอบมีการใช้งาน

สิ่งนี้ช่วยให้การทดแทนส่วนประกอบที่เสียหายการปรับปรุงหรือการบำรุงรักษาโดยไม่ต้องปิดระบบทั้งหมดซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับระบบความพร้อมใช้งานสูงเช่นเซิร์ฟเวอร์และสวิตช์เครือข่าย

ภาพรวม

ในแอพพลิเคชั่นการสลับร้อนฟังก์ชันหลักของ TPS2471X คือการขับเคลื่อน N-channel MOSFET ภายนอกที่ 2.5 V ถึง 18 V โดยใช้เวลาผิดพลาดและข้อ จำกัด ในปัจจุบันที่ปรับได้

นอกจากนี้วงจรรับประกันว่า MOSFET ภายนอกยังคงอยู่ในพื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย (SOA) มันควบคุมการไหลเข้าของกระแสเช่นกัน ยิ่งไปกว่านั้นการใช้แหล่งจ่ายไฟ Hot Swap นี้คุณสามารถแทนที่ส่วนที่ผิดพลาดของวงจรโหลดโดยไม่ต้องปิดพลังงานอินพุต

TPS24710/11/12/13 เป็นประเภทของคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ง่ายสำหรับเราที่จะใช้ มันถูกสร้างขึ้นมาเพื่อทำงานกับแรงดันไฟฟ้าจาก 2.5 V ถึง 18 V และเป็นสิ่งที่พวกเขาเรียกว่าคอนโทรลเลอร์สลับร้อนและนี่หมายความว่าสามารถควบคุม MOSFET N-Channel ภายนอกได้อย่างปลอดภัย

นอกจากนี้เราจะเห็นว่ามันมีขีด จำกัด ปัจจุบันและเวลาผิดปกติที่ตั้งโปรแกรมได้และสิ่งเหล่านี้อยู่ที่นั่นเพื่อให้การจัดหาและโหลดปลอดภัยจากกระแสมากเกินไปเมื่อเราเริ่มต้นสิ่งต่าง ๆ

หลังจากอุปกรณ์เริ่มต้นขึ้นเราปล่อยให้กระแสสูงกว่าขีด จำกัด ที่ผู้ใช้เลือก แต่จนกว่าจะหมดเวลาที่โปรแกรมจะเกิดขึ้น อย่างไรก็ตามหากมีเหตุการณ์โอเวอร์โหลดครั้งใหญ่จริง ๆ เราจะตัดการเชื่อมต่อโหลดออกจากแหล่งที่มาทันที

สิ่งที่เป็นเกณฑ์ความรู้สึกในปัจจุบันต่ำอยู่ที่ 25mv และมีความแม่นยำมากดังนั้นเราจึงสามารถใช้ตัวต้านทานความรู้สึกที่มีขนาดเล็กลงและทำงานได้ดีขึ้นซึ่งหมายความว่ามีพลังงานน้อยลงและรอยเท้ามีขนาดเล็กลง

นอกจากนี้การ จำกัด พลังงานที่ตั้งโปรแกรมได้ทำให้แน่ใจว่า MOSFET ภายนอกทำงานอยู่ในพื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัยเสมอ

ด้วยเหตุนี้เราจึงสามารถใช้ MOSFET ที่มีขนาดเล็กลงและระบบก็มีความน่าเชื่อถือมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีเอาต์พุตที่ดีและความผิดพลาดที่เราสามารถใช้ในการจับตาดูสถานะและควบคุมโหลดเพิ่มเติมลงมา

ไดอะแกรมบล็อกการทำงาน

รายละเอียด pinout

ไดอะแกรมวงจร

คำอธิบายพิน

ใน

เมื่อเราใช้แรงดันไฟฟ้า 1.35 V หรือมากกว่ากับ PIN โดยเฉพาะจะเปิดหรือเปิดใช้งานสวิตช์สำหรับไดรเวอร์เกต

หากเราเพิ่มตัวต้านทานตัวต้านทานภายนอกมันจะช่วยให้ EN PIN ทำหน้าที่เหมือนการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าต่ำรักษาระดับแรงดันไฟฟ้า

ตอนนี้ถ้าเราปั่นจักรยาน EN PIN โดยนำมันต่ำและกลับมาสูงมันก็เหมือนกับว่าเรากำลังกดปุ่มรีเซ็ตสำหรับ TPS24710/11/12/13 โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าก่อนหน้านี้มีการปิดเนื่องจากสภาพความผิดพลาด

เป็นสิ่งสำคัญที่เราจะไม่ปล่อยให้พินนี้ลอยอยู่มันจะต้องเชื่อมต่อกับบางสิ่งบางอย่าง

การพลิกผัน

PIN FLT นั้นมีเฉพาะสำหรับตัวแปร TPS24712/13 เอาท์พุทแบบเปิดที่ใช้งานอยู่สูงนี้จะเข้าสู่สถานะความต้านทานสูงเมื่อ TPS24712/13 ทำงานในขีด จำกัด ปัจจุบันเป็นเวลานานเกินไปทำให้ตัวจับเวลาความผิดพลาดหมดอายุ

วิธีที่พิน FLT ทำหน้าที่ขึ้นอยู่กับว่าเราใช้ IC รุ่นใด สำหรับ TPS24712 มันทำงานในโหมดล็อค ในทางกลับกัน TPS24713 ทำงานในโหมดการลองใหม่

เมื่อเราอยู่ในโหมด latch หากตัวจับเวลาความผิดพลาดจะปิดมันจะปิด MOSFET ภายนอกและเก็บพิน FLT ในสภาพแบบเปิด ในการรีเซ็ตโหมดสลักนี้เราสามารถหมุนรอบ PIN หรือ VCC

ตอนนี้ถ้าเราอยู่ในโหมดลองใหม่เมื่อตัวจับเวลาความผิดพลาดหมดอายุก่อนจะปิด MOSFET ภายนอก จากนั้นมันจะรอสิบหกรอบของตัวจับเวลาเพื่อชาร์จและปล่อย

หลังจากรอมันพยายามเริ่มต้นใหม่ กระบวนการทั้งหมดนี้ยังคงทำซ้ำตราบเท่าที่ความผิดยังคงอยู่ที่นั่น ในโหมดการลองใหม่พิน FLT จะเปิดเครื่องทิ้งได้ตลอดเวลาที่ตัวจับเวลาความผิดพลาดปิดใช้งาน MOSFET ภายนอก

หากเรามีความผิดอย่างต่อเนื่องรูปคลื่น FLT จะเปลี่ยนเป็นพัลส์ เป็นที่น่าสังเกตว่า PIN FLT ไม่เปิดใช้งานหากมีสิ่งอื่นปิดการใช้งาน MOSFET ภายนอกเช่น EN PIN การปิดตัวของอุณหภูมิสูงเกินไปหรือ UVLO UnderVoltage Lockout หากเราไม่ได้ใช้พินนี้เราสามารถปล่อยให้มันลอยได้

FLTB

PIN FLTB นั้นมีไว้สำหรับ TPS24710/11 โดยเฉพาะ เอาท์พุทแบบเปิดโล่งที่ใช้งานอยู่ต่ำนี้ต่ำเมื่อ TPS24710/11/12/13 อยู่ในขีด จำกัด ปัจจุบันนานพอที่ตัวจับเวลาความผิดจะพูดว่า 'เวลาขึ้น'

วิธีการทำงานของ FLTB ขึ้นอยู่กับรุ่น IC ที่เราใช้ TPS24710 ใช้งานได้ในโหมดล็อคในขณะที่ TPS24711 ทำงานในโหมดลองใหม่

หากเราอยู่ในโหมด latch หมดเวลาการหมดเวลาจะปิด MOSFET ภายนอกและถือ PIN FLTB ต่ำ ในการรีเซ็ตโหมดล็อคเราสามารถหมุนรอบหรือ VCC หากเราอยู่ในโหมดลองใหม่การหมดเวลาผิดพลาดจะปิด MOSFET ภายนอกก่อนจากนั้นรอการชาร์จตัวจับเวลาสิบหกรอบและปล่อยออกมาแล้วลองรีสตาร์ท

กระบวนการทั้งหมดนี้จะทำซ้ำตราบใดที่มีความผิดปกติ ในโหมดลองใหม่พิน FLTB จะถูกดึงต่ำเมื่อใดก็ตามที่ตัวจับเวลาความผิดพลาดปิดใช้งาน MOSFET ภายนอก

หากมีความผิดปกติอย่างต่อเนื่องรูปคลื่น FLTB จะกลายเป็นชุดของพัลส์ โปรดทราบว่า PIN FLTB ไม่เปิดใช้งานหาก MOSFET ภายนอกถูกปิดใช้งานโดยการปิดตัวของอุณหภูมิมากเกินไปหรือ UVLO หากเราไม่ได้ใช้พินนี้ก็สามารถลอยได้

ประตู

พินประตูมีความสำคัญมากเพราะเป็นวิธีที่เราขับรถ MOSFET ภายนอกโดยบอกว่าต้องทำอะไร เพื่อช่วยในเรื่องนี้มีปั๊มประจุที่ให้กระแสไฟฟ้า 30 µA กระแสพิเศษนี้ช่วยให้ MOSFET ภายนอกทำงานได้ดีขึ้น

เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างประตูและแหล่งกำเนิดไม่สูงเกินไปและทำให้เกิดความเสียหายมีชุดแคลมป์ที่ 13.9 โวลต์ระหว่างประตูและ VCC สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจาก VCC มักจะใกล้เคียงกับ Vout มากเมื่อสิ่งต่าง ๆ ทำงานตามปกติ

เมื่อเราเริ่มต้นแอมพลิฟายเออร์ transconductance ครั้งแรกจะปรับแรงดันเกตของ MOSFET ที่เฉพาะเจาะจงอย่างระมัดระวัง (M1) สิ่งนี้จะช่วย จำกัด กระแสการไหลเข้าซึ่งเป็นกระแสไฟฟ้าที่สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อคุณเปิดอะไรบางอย่าง

ในช่วงเวลานี้พินตัวจับเวลากำลังชาร์จตัวเก็บประจุตัวจับเวลา (CT) การ จำกัด กระแสการไหลเข้ายังคงดำเนินต่อไปจนกว่าแรงดันไฟฟ้าจะแตกต่างกันระหว่างเกตและ VCC ไปในจุดหนึ่งที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเปิดใช้งานตัวจับเวลา แรงดันไฟฟ้านี้คือ 5.9 โวลต์เมื่อ VCC อยู่ที่ 12 โวลต์

เมื่อความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าผ่านเกณฑ์นี้ TPS24710/11/12/13 จะเข้าสู่สิ่งที่เรียกว่าโหมดเบรกเกอร์

แรงดันไฟฟ้าการเปิดใช้งานตัวจับเวลาทำหน้าที่เหมือนทริกเกอร์เมื่อแรงดันไฟฟ้ากระทบกับการดำเนินการของการไหลเข้าและตัวจับเวลาหยุดให้กระแสและเริ่มจมแทน

ตอนนี้อยู่ในโหมดเบรกเกอร์เรากำลังดูปัจจุบันผ่าน RSENSE และเปรียบเทียบกับขีด จำกัด ตามรูปแบบการ จำกัด พลังงานของ MOSFET (ตรวจสอบ PROG เพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้)

หากกระแสผ่าน rsense ไปเกินขีด จำกัด นี้ MOSFET M1 จะถูกปิดเพื่อป้องกัน พินประตูยังสามารถปิดใช้งานได้ในบางสถานการณ์

ประตูถูกดึงลงโดยแหล่งกระแส 11 MA เมื่อเงื่อนไขความผิดพลาดบางอย่างเกิดขึ้น:

ตัวจับเวลาความผิดพลาดจะหมดเวลาในระหว่างความผิดปกติของกระแสเกินพิกัด (เมื่อ VSENSE ไปมากกว่า 25 mV)

Ven แรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำกว่าระดับที่กำหนด

VVCC แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าเกณฑ์การล็อคแรงดันต่ำ (UVLO)

หากมีวงจรลัดวงจรที่เอาท์พุทประตูจะถูกดึงลงมาด้วยแหล่งที่มาที่แข็งแกร่งกว่า 1 แหล่งที่มาในช่วงเวลาสั้น ๆ (13.5 µs)

สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่าง VCC และ Sense มากกว่า 60 mV ซึ่งบอกเราว่ามีสถานการณ์การปิดการเดินทางอย่างรวดเร็ว หลังจากการปิดอย่างรวดเร็วนี้กระแส 11-ma จะถูกใช้เพื่อปิด MOSFET ภายนอก

ในที่สุดถ้าชิปร้อนเกินไปเกินเกณฑ์การปิดอุณหภูมิมากเกินไปพินเกตก็ถูกปิดใช้งานเช่นกัน พินเกตจะอยู่ในโหมดล็อคต่ำสำหรับชิปบางรุ่น (TPS24710 และ TPS24712) สำหรับรุ่นอื่น ๆ (TPS24711 และ TPS24713) มันจะพยายามเริ่มต้นใหม่เป็นระยะ

สิ่งสำคัญอย่างหนึ่งที่ต้องจำไว้ว่าเราไม่ควรเชื่อมต่อตัวต้านทานภายนอกโดยตรงจากพินเกทถึงกราวด์ (GND) หรือจากพินเกทกับเอาต์พุต (ออก)

gnd

พิน GND ค่อนข้างตรงไปตรงมามันเป็นที่ที่เราเชื่อมต่อกับพื้นของระบบ คิดว่ามันเป็นจุดอ้างอิงทั่วไปสำหรับแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดในวงจร

ออก

PIN OUT มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งที่มาของ MOSFET ภายนอกหรือที่เรียกว่า M1 การอ่านแรงดันไฟฟ้านี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทั้งตัวบ่งชี้พลังงานดี (PG/PGB) และเครื่องยนต์ จำกัด พลังงาน

ทั้งสองพึ่งพาการวัดที่แม่นยำจากพินนี้เพื่อทำงานอย่างถูกต้อง เพื่อป้องกันพินออกจากแรงดันไฟฟ้าเชิงลบที่อาจสร้างความเสียหายได้เราควรใช้ไดโอดยึดหรือตัวเก็บประจุที่เพียงพอ

สำหรับสถานการณ์ที่มีพลังมากมายเราแนะนำไดโอด Schottky ที่ได้รับการจัดอันดับที่ 3 A และ 40 V ในแพ็คเกจ SMC เป็นโซลูชั่นที่ดี

นอกจากนี้เรายังต้องข้าม PIN ออกไปยัง GND โดยใช้ตัวเก็บประจุเซรามิกที่มีความต้านทานต่ำ ความจุของตัวเก็บประจุนี้ควรอยู่ที่ไหนสักแห่งระหว่าง 10 NF และ 1 μF

หน้า

PG PIN นั้นมีไว้สำหรับส่วนประกอบ TPS24712/13 โดยเฉพาะ เอาต์พุตนี้ใช้งานได้ในโหมดที่ใช้งานอยู่สูงซึ่งหมายความว่ามันจะสูงเมื่อสิ่งที่ดีและตั้งค่าเป็นท่อเปิด

สิ่งนี้ทำให้ง่ายต่อการเชื่อมต่อกับตัวแปลง DC/DC หรือวงจรการตรวจสอบอื่น ๆ

PG PIN จะเข้าสู่สถานะที่มีความต้านทานสูงซึ่งหมายความว่ามันจะถูกตัดการเชื่อมต่อเป็นหลักเมื่อแรงดันไฟฟ้าระบายไปยังแหล่งกำเนิดของ FET ต่ำกว่า 170 mV สิ่งนี้เกิดขึ้นหลังจากการหน่วงเวลาสั้น ๆ 3.4 มิลลิวินาทีเพื่อหลีกเลี่ยงทริกเกอร์เท็จ ในทางกลับกันมันจะดึงต่ำเมื่อ VDS สูงกว่า 240 mV

หลังจาก VDS ของ M1 เพิ่ม PG PIN ไปยังสถานะความต้านทานต่ำซึ่งหมายความว่ามันจะถูกดึงต่ำหลังจากความล่าช้า 3.4-ms เดียวกัน สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อประตูถูกดึงไปที่ GND เนื่องจากสถานการณ์เหล่านี้:

เราตรวจพบความผิดปกติของกระแสเกินพิกัดซึ่งหมายถึง v _{ความรู้สึก} มากกว่า 25 mV

มีการลัดวงจรอย่างรุนแรงที่เอาท์พุททำให้ V (V _ซีซี -ความรู้สึก) มากกว่า 60 mV ที่ระบุว่าเราได้ถึงเกณฑ์การปิดการเดินทางอย่างรวดเร็ว

แรงดันไฟฟ้าที่ V _ใน ลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้

แรงดันไฟฟ้าที่ V _VCC ลดลงต่ำกว่าเกณฑ์การล็อคแรงดันต่ำ (UVLO)

อุณหภูมิของแม่พิมพ์สูงกว่าเกณฑ์การปิดที่อุณหภูมิสูงเกินไป (OTSD)

เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้ว่าหากคุณไม่ได้วางแผนที่จะใช้พิน PG คุณสามารถปล่อยให้มันไม่ได้เชื่อมต่อ มันจะไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของส่วนที่เหลือของวงจร

PGB

เรากำหนดพิน PGB โดยเฉพาะสำหรับอุปกรณ์ TPS24710/11 เอาต์พุตโดยเฉพาะในการดำเนินการของมันทำงานกับการกำหนดค่าต่ำที่ใช้งานอยู่และเราอธิบายลักษณะโดยการออกแบบท่อระบายน้ำแบบเปิดซึ่งเราได้สร้างขึ้นมาโดยเฉพาะเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับตัวแปลง DC/DC เหล่านั้นหรือวงจรการตรวจสอบที่ล่องจากมัน

เราเห็นว่าสัญญาณ PGB ทำให้การเปลี่ยนแปลงย้ายไปอยู่ในสถานะต่ำเมื่อเราสังเกตว่าการระบายน้ำไปยังแรงดันไฟฟ้าแหล่งที่มา (VDS) ของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์ฟิลด์ (FET) ลดลงถึงระดับต่ำกว่า 170 mV สิ่งนี้เกิดขึ้นหลังจากที่เรามีความล่าช้า deglitch

ในทางกลับกันมันจะเปลี่ยนกลับกลับไปที่สถานะท่อระบายน้ำแบบเปิดเมื่อ VDS สูงกว่า 240 mV หลังจากที่เราเห็น VDS ของ M1 เพิ่มขึ้นสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อประตูถูกดึงลงมาสู่พื้นดินภายใต้สถานการณ์ใด ๆ ที่เราจะแสดงรายการด้านล่าง PGB จากนั้นจะเข้าสู่สถานะของความต้านทานสูงหลังจากที่เรารอการหน่วงเวลาเดียวกัน 3.4 มิลลิวินาที

IC ตรวจพบความผิดปกติของกระแสเกินพิกัดเมื่อเห็นว่าแรงดันไฟฟ้า vsense สูงกว่า 25 mV

หาก IC พบว่ามีวงจรลัดวงจรส่งออกอย่างรุนแรงมันสามารถบอกได้เนื่องจากการอ่าน V (VCC - Sense) มากกว่า 60 mV ซึ่งบอกเราว่าการละเมิดการปิดการเดินทางอย่างรวดเร็วได้ถูกละเมิด

สังเกตว่า Ven แรงดันไฟฟ้าตกอยู่ในระดับต่ำกว่าเกณฑ์ที่ได้รับการกำหนดไว้

แรงดันไฟฟ้า VCC ลดลงต่ำกว่าเกณฑ์การล็อคแรงดันไฟฟ้าใต้ (UVLO)

โปรดสังเกตว่าอุณหภูมิตายเพิ่มขึ้นเหนือขีด จำกัด การปิดอุณหภูมิเกิน (OTSD)

เป็นที่น่าสังเกตว่าเราสามารถปล่อยให้พินนี้ไม่ได้เชื่อมต่อถ้าเราไม่จำเป็นต้องใช้มัน

ตัวต้านทาน prog

ในการควบคุมพลังงานสูงสุดที่เราอนุญาตใน MOSFET M1 ภายนอกในระหว่างเงื่อนไขการไหลเข้าเราจำเป็นต้องเชื่อมต่อตัวต้านทาน (PROG) ที่ตั้งโปรแกรมได้จาก PIN PGB นี้เข้ากับกราวด์ เป็นสิ่งสำคัญที่เราต้องหลีกเลี่ยงการใช้แรงดันไฟฟ้าใด ๆ กับพินนี้

หากคุณไม่ต้องการขีด จำกัด พลังงานคงที่คุณควรใช้ตัวต้านทาน PROG ที่มีค่า 4.99 kΩ ในการพิจารณาว่าพลังงานสูงสุดคืออะไรเราสามารถใช้สมการต่อไปนี้ (1):

R _{เครื่องปิ้ง} = 3125 / (P _ลิม * r _{ความรู้สึก} + 0.9 mV * v _ซีซี -

เพื่อจุดประสงค์ในการคำนวณขีด จำกัด พลังงานตาม RPROG ที่มีอยู่แล้วเราควรใช้สมการ PLIM ต่อไปนี้ (2) ซึ่งเป็นขีด จำกัด พลังงานที่อนุญาตของ MOSFET M1:

P _ลิม = 3125 / (r _{เครื่องปิ้ง} * r _{ความรู้สึก} ) - (0.9 mV * V (V _ซีซี -out)) / r _{ความรู้สึก}

ในสูตรนี้เป็นตัวต้านทานการตรวจสอบกระแสโหลดที่เชื่อมต่อระหว่างพิน VCC และพินความรู้สึก นอกจากนี้ RPROG ยังเป็นตัวต้านทานที่เราเชื่อมต่อจาก PROG PIN ไปยัง GND

เราวัดทั้ง rprog และ rsense ในโอห์มและเราวัด Plim ในวัตต์ เราพิจารณา PLIM โดยดูที่ความเครียดความร้อนสูงสุดที่อนุญาตของ MOSFET M1 ซึ่งเราสามารถหาได้โดยใช้สมการอื่น:

P _ลิม <(t _{J (สูงสุด)} - t _{C (สูงสุด)} ) / r _{θjc (สูงสุด} -