Bir bileşen kurulduğunda ve bileşen kullanılırken kısa devrelerden ve aşırı akım problemlerinden korunduğunda dalgalanma akımını düzenler.
Bu, sunucular ve ağ anahtarları gibi yüksek kullanılabilirlik sistemleri için kritik olan tüm sistemi kapatmadan hasarlı bileşenlerin, geliştirmelerin veya bakımın ikame edilmesini sağlar.
Genel bakış
Hot-SWAP uygulamalarında, TPS2471X'in birincil işlevi, 2.5 V ila 18 V'de harici bir N-kanal MOSFET'i güvenilir bir şekilde sürmektir. Hata zamanlaması ve ayarlanabilir akım sınırlamalarını kullanarak, başlangıç sırasında aşırı akımdan kaynak ve yükü korur.
Ayrıca devre, harici MOSFET'in güvenli çalışma alanının (SOA) içinde kalmasını garanti eder. Inrush akımını da kontrol eder. Ayrıca, bu sıcak takas güç kaynağını kullanarak artık yük devresinin hatalı kısımlarını giriş gücünü kapatmak zorunda kalmadan değiştirebilirsiniz.
TPS24710/11/12/13, kullanmamız kolay bir denetleyici türüdür. 2,5 V ila 18 V voltajlarla çalışmak için yapılır ve sıcak aşı denetleyicisi dedikleri şeydir ve bu, harici bir N-kanal mosfetini güvenli bir şekilde kontrol edebileceği anlamına gelir.
Ayrıca, programlanabilir bir akım sınırına ve hata süresine sahip olduğunu görebiliriz ve bunlar, bir şeylere başladığımızda arz ve yükü çok fazla akımdan korumak için var.
Cihaz başladıktan sonra, akımların kullanıcı tarafından seçilen sınırın üzerine çıkmasına izin veriyoruz, ancak yalnızca programlanan bir zaman aşımı gerçekleşene kadar. Ancak gerçekten büyük aşırı yük olayları varsa, yükü hemen kaynaktan ayıracağız.
Mesele şu ki, mevcut duyu eşiği düşüktür, 25mV'dir ve çok doğrudur, bu yüzden daha küçük ve daha iyi çalışan duyu dirençlerini kullanabiliriz, bu da daha az güç kayıp olduğu ve ayak izinin daha küçük olduğu anlamına gelir.
Buna ek olarak, programlanabilir güç sınırlaması, harici MOSFET'in her zaman güvenli çalışma alanı SOA'sında çalışmasını sağlar.
Bu nedenle, daha küçük ve sistem daha güvenilir hale gelen MOSFET'leri kullanabiliriz. Ayrıca, duruma dikkat etmek ve yükü daha fazla kontrol etmek için kullanabileceğimiz güç ve hata çıkışları vardır.
Fonksiyonel blok diyagramı
Pinout Detayları
| İÇİNDE | 2 | 2 | BEN | Cihazı etkinleştirmek için aktif yüksek mantık girişi. Bir direnç bölücüsüne bağlanır. |
| Flt | - | 10 | . | Aşırı yük arızasını işaret eden ve MOSFET'in kapatılmasına neden olan açık drenaj çıkışı (aktif yüksek). |
| FLTB | 10 | - | . | MOSFET'i kapatarak aşırı yük arızasını gösteren açık drain çıkışı (aktif-düşük). |
| GEÇİT | 7 | 7 | . | Harici bir MOSFET'in kapısını sürmek için çıktı. |
| Gnd | 5 | 5 | - | Zemin bağlantısı. |
| DIŞARI | 6 | 6 | BEN | Çıkış voltajını algılayarak MOSFET gücünü izler. |
| PG | - | 1 | . | MOSFET voltajına dayalı olarak güç iyi durumunu gösteren açık drain çıkışı (aktif yüksek). |
| PGB | 1 | - | . | MOSFET voltajı ile belirlenen güç iyi durumunu sinyal veren açık drain çıkışı (aktif-düşük). |
| Prog | 3 | 3 | BEN | Bu pimden GND'ye bir direnç bağlayarak MOSFET'in maksimum güç dağılmasını ayarlar. |
| ALGI | 8 | 8 | BEN | VCC ve Sense arasındaki bir şant direnci boyunca voltajı izlemek için akım algılama girişi. |
| Zamanlayıcı | 4 | 4 | G/Ç | Arıza zamanlama süresini tanımlamak için bir kapasitöre bağlanır. |
| VCC | 9 | 9 | BEN | Giriş ve algılanma voltajı. |
Devre şeması
PIN Tanımı
İÇİNDE
Bu özel en PIN'e 1.35 V veya daha fazla bir voltaj uyguladığımızda, açılır veya geçit sürücüsü için anahtarı etkinleştirir.
Harici bir direnç bölücü eklersek, en pin'in voltaj seviyelerine göz kulak olan bir düşük voltaj monitörü gibi davranmasını sağlar.
Şimdi, en pin'i alçaltarak ve daha sonra yükselerek döngüysek, özellikle bir hata durumu nedeniyle daha önce kilitlenmişse, TPS24710/11/12/13 için sıfırlama düğmesine basıyoruz gibi.
Bu pimi yüzer bırakmamamız önemlidir.
Flt
FLT pimi özellikle TPS24712/13 varyantları içindir. TPS24712/13, çok uzun süredir mevcut sınırda çalıştığında, arıza zamanlayıcısının sona ermesine neden olduğunda bu aktif yüksek açık drenaj çıkışı yüksek emplansiyon durumuna girer.
FLT PIN'ın nasıl hareket ettiği, IC'nin hangi sürümüne kullandığımıza bağlıdır. TPS24712 için mandal modunda çalışır. Öte yandan TPS24713 yeniden deneme modunda çalışır.
Satış zamanlayıcısı tükenirse mandal modundayken harici MOSFET'i kapatır ve FLT pimini açık drene durumda tutar. Bu kilitlenen modu sıfırlamak için EN PIN veya VCC'yi bisiklete binebiliriz.
Şimdi yeniden deneme modundaysak, arıza zamanlayıcısı sona erdiğinde, ilk olarak harici MOSFET'i kapatır. Sonra zamanlayıcının on altı döngüsünün şarj edilmesini ve deşarjını bekler.
Bekledikten sonra yeniden başlatmaya çalışır. Tüm bu süreç, hata hala orada olduğu sürece tekrarlamaya devam eder. Yeniden deneme modunda FLT pimi, arıza zamanlayıcısı harici MOSFET'i devre dışı bıraktığında açılır.
Sürekli bir hatamız varsa, FLT dalga formu bir dizi darbeye dönüşür. EN PIN gibi aşırı sıcaklık kapatma veya UVLO alt voltaj kilitleme gibi başka bir şey harici MOSFET'i devre dışı bırakırsa FLT piminin etkinleştirilmediğini belirtmek gerekir. Bu pimi kullanmıyorsak, onu yüzer bırakabiliriz.
FLTB
FLTB pimi özellikle TPS24710/11 içindir. TPS24710/11/12/13, arıza zamanlayıcının 'zaman bittiğini' söylemesi için yeterince uzun süredir mevcut sınırda olduğunda bu aktif düşük açık drain çıkışı azalır.
FLTB piminin nasıl davrandığı kullandığımız IC sürümüne bağlıdır. TPS24710, TPS24711 yeniden deneme modunda çalışırken mandal modunda çalışır.
Mandal modundaysak, bir arıza zaman aşımı harici MOSFET'i kapatacak ve FLTB pimini düşük tutacaktır. Mandal modunu sıfırlamak için EN veya VCC'yi bisiklete binebiliriz. Yeniden deneme modundaysak, bir arıza zaman aşımı önce harici MOSFET'i kapatır, ardından on altı döngü zamanlayıcı şarj ve deşarjını bekleyin ve daha sonra yeniden başlatmaya çalışın.
Tüm bu süreç, hata mevcut olduğu sürece tekrarlanacaktır. Yeniden deneme modunda, arıza zamanlayıcısı harici MOSFET'i devre dışı bıraktığında FLTB pimi alçak çekilir.
Sürekli bir hata varsa, FLTB dalga formu bir dizi darbe haline gelir. Harici MOSFET EN tarafından aşırı sıcaklık kapatma veya UVLO tarafından devre dışı bırakılırsa FLTB piminin etkinleştirilmediğini unutmayın. Bu pimi kullanmıyorsak, yüzer bırakılabilir.
GEÇİT
Kapı pimi gerçekten önemlidir, çünkü dış MOSFET'i esasen ne yapacağını söyleriz. Buna yardımcı olmak için 30 uA'lik bir akım veren bir şarj pompası vardır. Bu ekstra akım, harici MOSFET'in daha iyi performans göstermesine yardımcı olur.
Kapı ve kaynak arasındaki voltajın çok yüksek gitmediğinden ve hasara neden olduğundan emin olmak için, kapı ve VCC arasında 13.9 voltta bir kelepçe seti vardır. Bu özellikle önemlidir, çünkü VCC genellikle işler normal şekilde çalışırken Vout'a çok yakındır.
Bir transkondüksiyon amplifikatörü ilk başladığımızda, belirli bir MOSFET'in (M1) kapı voltajını dikkatlice ayarlar. Bu, bir şeyi ilk açtığınızda olabilecek bir akım dalgalanması olan inrush akımını sınırlamaya yardımcı olur.
Bu süre zarfında zamanlayıcı pimi bir zamanlayıcı kapasitörünü (CT) şarj ediyor. INRUSH akımının bu sınırlaması, kapı ve VCC arasındaki voltaj farkı zamanlayıcı aktivasyon voltajı adı verilen belirli bir noktaya gelene kadar devam eder. VCC 12 volt olduğunda bu voltaj 5.9 volttur.
Voltaj farkı bu eşiğin üzerinden geçtikten sonra TPS24710/11/13, devre kırıcı modu olarak adlandırılan şeye girer.
Zamanlayıcı aktivasyon voltajı, inruş işlemine işaret eden voltaj durduğunda ve zamanlayıcının akımı sağlamayı durdurduğunda ve bunun yerine batmaya başladığında bir tetikleyici gibi davranır.
Şimdi devre kırıcı modunda sürekli olarak akımı RSENSE'den geçerek izliyoruz ve MOSFET'in güç sınırlama şemasına dayalı bir sınırla karşılaştırıyoruz (bu konuda daha fazla ayrıntı için Prog'a göz atın).
RSENSE üzerinden akım bu sınırın üzerinden geçerse, MOSFET M1 onu korumak için kapatılacaktır. Kapı pimi birkaç belirli durumda da devre dışı bırakılabilir.
Belirli arıza koşulları gerçekleştiğinde kapı 11 metrelik bir akım kaynağı tarafından aşağı çekilir:
Hata zamanlayıcısı, aşırı yük akım hatası sırasında zamanınız tükenir (VSense 25 mV'nin üzerine çıktığında).
Voltaj Ven, ayar seviyesinin altına düşer.
VVCC voltajı, voltajlı kilitleme (UVLO) eşiğinin altına düşer.
Çıktıda sert bir kısa devre varsa, kapı çok kısa bir süre (13.5 µs) için çok daha güçlü bir 1 akım kaynağı tarafından aşağı çekilir.
Bu sadece VCC ve Sense arasındaki voltaj farkı 60 mV'den fazla ise olur, bu da bize hızlı bir kapanma durumu olduğunu söyler. Bu hızlı kapatıldıktan sonra, harici MOSFET'i kapatmak için 11 MA'lık bir akım kullanılır.
Son olarak, çip çok ısınırsa aşırı sıcaklık kapatma eşiğini aşarsa, kapı pimi de devre dışı bırakılır. Kapı pimi, çipin belirli sürümleri için mandal modunda düşük kalacaktır (TPS24710 ve TPS24712). Diğer sürümler için (TPS24711 ve TPS24713) periyodik olarak yeniden başlatmaya çalışacaktır.
Hatırlanması gereken önemli bir şey, herhangi bir harici direnç doğrudan kapı piminden toprağa (GND) veya kapı piminden çıkışa (çıkış) bağlamamalıyız.
Gnd
GND pimi oldukça basittir, sistemin zemine bağlandığımız yerdir. Bunu devredeki tüm voltajlar için ortak referans noktası olarak düşünün.
DIŞARI
Çıkış pimi, M1 olarak da bilinen harici MOSFET'in drenajı ve kaynağı arasındaki voltaj farkını izlemek için gerçekten önemlidir. Bu voltaj okuması hem güç iyi göstergesi (PG/PGB) hem de güç sınırlayıcı motor için gereklidir.
Her ikisi de düzgün çalışmak için bu pimden doğru ölçümlere güvenir. Çıkış pimini potansiyel olarak zarar veren negatif voltaj sivri uçlarından korumak için bir sıkıştırma diyotu veya yeterli kapasitör kullanmalıyız.
Çok fazla gücün olduğu durumlarda, iyi bir sıkıştırma çözümü olarak bir SMC paketinde 3 A ve 40 V olarak derecelendirilmiş bir Schottky diyotunu öneriyoruz.
Ayrıca, düşük empedanslı bir seramik kapasitör kullanarak çıkış pimini GND'ye atlamamız gerekiyor. Bu kapasitörün kapasitansı 10 nf ila 1 μf arasında bir yerde olmalıdır.
PG
PG pimi özellikle TPS24712/13 bileşenleri içindir. Bu çıkış aktif yüksek bir modda çalışır, bu da işler iyi olduğunda ve açık drene olarak kurulduğunda yükselir.
Bu, DC/DC dönüştürücülere veya diğer izleme devrelerine bağlanmayı kolaylaştırır.
PG pimi, yüksek empedanslı bir duruma girer, yani FET'in drenajdan kaynak voltajı 170 mV'nin altına düştüğünde esasen bağlantısı kesilir. Bu, yanlış tetikleyicileri önlemek için 3,4 milisaniye kısa bir gecikmeden sonra olur. Tersine, VDS 240 mV'nin üzerine çıktığında alçalır.
M1 VDS arttıktan sonra, PG pimi düşük empedanslı bir duruma gider, bu da aynı 3.4 ms gecikmeden sonra aktif olarak alçaltıldığı anlamına gelir. Bu, bu durumlardan herhangi biri nedeniyle kapı GND'ye çekildiğinde olur:
Aşırı yük akımı arızası tespit ediyoruz, yani v ALGI 25 mV'den büyük.
Çıktıda v (v'ye neden olan şiddetli bir kısa devre var CC -Sense) 60 mV'den fazla olması, hızlı yolculuk kapatma eşiğine ulaştığımızı gösteren.
V'deki voltaj İÇİNDE Set eşiğinin altına düşer.
V'deki voltaj VCC Voltajlı kilitleme (UVLO) eşiğinin altına düşer.
Die sıcaklığı aşırı sıcaklık kapatma (OTSD) eşiğinin üzerine gelir.
PG pimini kullanmayı planlamıyorsanız, onu bağlantısız bırakabileceğinizi hatırlamak önemlidir. Devrenin geri kalanının çalışmasını etkilemez.
PGB
PGB pimini özellikle TPS24710/11 cihazı için belirliyoruz. This particular output, in its operation, works with an active low configuration, and we characterize it by its open drain design which we have specifically crafted so it can connect with those DC/DC converters or monitoring circuits that are downstream from it.
Öte yandan, VDS 240 mV'nin üzerine çıktığında açık bir drenaj durumuna geri dönerek geri döner. M1 artışının VDS'sini gördükten sonra, aşağıda listeleyeceğimiz koşullardan herhangi biri altında kapı yere çekildiğinde meydana gelen bir şey, PGB daha sonra aynı 3.4 ms deglitch gecikmesini bekledikten sonra yüksek empedans durumuna girer:
IC, vsense voltajının 25 mV'nin üzerine çıktığını görünce aşırı yük akımı arızasını tespit eder.
Voltaj Ven'in, bunun için belirlenen eşiğin altına düştüğünü gözlemleyin.
VCC voltajı, voltaj kilitli kilitleme (UVLO) eşiğinin altına girer.
Aşırı sıcaklık kapatma (OTSD) eşiğinin üzerine çıkarak kalıp sıcaklığının arttığına dikkat edin.
Kullanmamız gerekmezse bu pimi bağlantısız bırakabileceğimizi belirtmek gerekir.
Prog direnci
To regulate the maximum power that we allow in the external MOSFET M1 during those inrush conditions, we need to connect a programmable (PROG) resistor from this pin PGb to ground. Bu pime herhangi bir voltaj uygulamaktan kaçınmamız çok önemlidir.
Sabit bir güç sınırına ihtiyacınız yoksa, 4,99 kΩ değeri olan bir prog direnç kullanmalısınız. Maksimum gücün ne olduğunu belirlemek için aşağıdaki denklemi kullanabiliriz (1):
R Prog = 3125 / (p Lim * R ALGI + 0.9 mV * V CC )
Zaten var olan bir RPROG'a dayanan güç sınırını hesaplamak amacıyla, MOSFET M1'in izin verilen güç sınırı olan aşağıdaki PLIM denklemini (2) uygulamalıyız:
P Lim = 3125 / (r Prog * R ALGI ) - (0.9 mV * V (V CC -Out)) / r ALGI
Bu formülde, VCC pimi ile duyu pimi arasında bağlanan yük akımı izleme direncidir. Ayrıca, RPROG, prog piminden GND'ye bağladığımız dirençtir.
Ohm'larda hem RPROG hem de Rsense'i ölçüyoruz ve PLIM'i watts olarak ölçüyoruz. PLIM'i başka bir denklem kullanarak bulabileceğimiz MOSFET M1'in izin verilen maksimum termal stresine bakarak belirleriz:
P Lim <(T J (Max) - T C (maks.) ) / R Θjc (maks. )
