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節能型四通道低邊智能電源開關

作者:Michelangelo Marchese時間:2019-05-20來源:電子產品世界收藏
編者按:本文介紹一款為最大限度地降低總體耗散功率而專門設計的新型四通道低邊智能功率開關,重點介紹該開關的主要技術特性,例如,每條通道都具有很低的Rds(on)導通電阻和業內獨一無二的可設置輸出限流和可設置關閉延時保護功能,最后還探討了基于原廠參考板的應用設計。

I.前言

本文引用地址:http://www.begwkyjf.pw/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。

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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。

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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,并可以通過串聯電阻連接光耦。

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。

開漏共用狀態引腳能夠直接驅動一個發光二極管(LED),指示關閉保護或結過熱關斷(FLT引腳)和斷態開路負載或接地短路( OL針)狀態。

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; 非過載通道繼續正常運行。

IV.斷態開路負載檢測

為了檢測斷態下的開路負載故障,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。

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圖5:斷態網絡中的開路負載檢測

當其中一個輸出發生開路負載事件時,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,發出開路負載信號。


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