(blu V FLT, giallo V IN, rosso I OUT, verde V OUT)
Sovracorrente e cortocircuito del carico alla tensione di alimentazione sono gli eventi più duri che dobbiamo affrontare durante il funzionamento dell'uscita digitale. In questi eventi negativi, gli stadi di uscita devono sopravvivere dissipando tutta l'energia associata. Inoltre i carichi, collegati agli stadi di uscita, devono essere protetti dai picchi di corrente che potrebbero raggiungere valori imprevisti.
Per gestire in sicurezza picchi di corrente molto elevati durante il cortocircuito delle uscite alla tensione di alimentazione è integrato su chip un blocco di limitazione della corrente. Di conseguenza è consentito solo un picco di corrente per un breve periodo; solo il tempo necessario per intervenire sulla circuiteria di limitazione della corrente, tagliando così la massima corrente di uscita utilizzando una resistenza esterna.
È lo stesso durante un forte sovraccarico. Tuttavia, la corrente di uscita limitata internamente non è sufficiente; infatti, se la durata del cortocircuito o del sovraccarico dura nel tempo, la potenza dissipata nel dispositivo oltre che nel carico, diventa importante determinando un surriscaldamento in grado di distruggere il dispositivo e / o il carico coinvolto.
A causa di quel "blocco di cortocircuito non dissipativo" è stato integrato sul chip che limita la durata della condizione di limitazione della corrente dei canali sovraccaricati. La durata, denominata Cut-off current delay time (T Coff,), viene impostata da un resistore esterno (R CoD) collegato tra il pin CoD e il piano di massa SGND. Trascorso questo tempo i canali restano in OFF per un tempo, denominato power stage restart delay time (tres), per evitare il degrado della PCB in caso di elevato numero di canali in condizioni di sovraccarico e per ridurre l'energia che fluisce sia nel dispositivo che carichi.
Se durante il T Coff la temperatura di giunzione dei canali sovraccaricati raggiunge un valore impostato internamente (T JSD) la protezione termica della giunzione blocca, uno per ogni canale, spegne i canali. Ripartono solo quando Tj torna sotto la soglia di reset.
È possibile disabilitare il “blocco di cortocircuito non dissipativo” collegando il pin CoD in breve con il ground plane SGND, quindi solo la protezione termica della giunzione è attiva nell'IPS4260L.
(rosso V FLT, blu I OUT)
Nelle figure 9 e 10 le forme d'onda riportano la corrente di uscita (Iout), in un canale, e la tensione diagnostica (V FLT) in condizioni di cortocircuito; come si può vedere in entrambe le figure la corrente di uscita, dopo un breve picco, viene limitata ad un valore fisso.
Nella figura 9, inoltre, riportiamo la tensione di uscita del relativo canale e la tensione di ingresso che seguono la forma d'onda della tensione di guasto poiché i pin di ingresso dell'IPS4260L sono utilizzati a scopo diagnostico.
Nella fig. 10, quando la funzione di “blocco di corto circuito non dissipativo” è disabilitata, vediamo che è necessario un primo lungo passo per arrivare allo spegnimento della giunzione termica. Dopodiché il canale sovraccarico viene spento, andando a zero la corrente limitata in uscita. Il segnale diagnostico del canale sovraccarico è normalmente alto fino all'intervento della protezione termica che lo spegne, in quel momento la diagnostica nel pin FLT e nel relativo pin di ingresso va in basso segnalando l'intervento termico. Il normale funzionamento riprende quando la temperatura della giunzione, T J, torna al di sotto della soglia di ripristino, T JSD - T JHYST, e il ciclo ricomincia.
Comportamento con carico capacitivo
(giallo Vout, blu Iout, rosso Vflt)
IPS4260L può anche pilotare un carico capacitivo senza problemi; è in grado di pilotare condensatori con capacità molto elevate. Nella figura 11 sono riportate le forme d'onda che pilotano un condensatore da 3,3 mF / 63 V. A causa della grande capacità, la corrente di uscita durante la carica del condensatore è in limitazione di corrente, quindi non vediamo la corrente di carica reale ma la corrente di limitazione impostata esternamente dal resistore. Dopo il T Coofsi vede l'intervento della “protezione da cortocircuito non dissipativa”, in modo che l'uscita di potenza caricata venga disattivata così come per sovraccarico o cortocircuito. Quando il condensatore è quasi completamente carico la corrente scende al di sotto del limite di corrente impostato: questo è chiaramente mostrato in figura 13 dove si può osservare al centro della forma d'onda di colore blu un repentino cambio di pendenza della corrente di carica fino a completamente carica). Quando il condensatore di uscita è carico e si fornisce una bassa tensione all'ingresso, il comportamento del pin OL corrisponde al caso corto a GND, a causa della tensione su di esso. Ciò significa che nello stato OFF (tensione di ingresso bassa) il segnale diagnostico del pin OL (normalmente alto) diventa basso (vedere la tabella di verità in figura 12).
(giallo Vout, blu Iout, rosso Vflt)
VI. Conclusione
È stato presentato un quadruplo interruttori laterali bassi monolitici intelligenti. Il nuovo interruttore di alimentazione intelligente (IPS) offre una maggiore precisione per ridurre al minimo le perdite di energia e prevenire errori di sistema in caso di guasti. Questi vantaggi sono ottenuti utilizzando la tecnologia Multipower-BCD di ultima generazione della ST, che consente un limite di corrente di sovraccarico programmabile per mantenere condizioni di alimentazione stabili durante il ripristino del sistema.
Fornendo una soluzione integrata per quattro canali di uscita, IPS4260L semplifica anche la progettazione, migliora l'affidabilità e consente di risparmiare spazio sulla scheda del PC. Questo nuovo CI a quattro canali è un'importante aggiunta al portafoglio di IPS industriali della ST, che include già dispositivi high side a canali singoli, doppi, quadrupli e ottali.
Riferimenti
"IPS4260L Interruttore di alimentazione intelligente quad low-side" , Datasheet, www.st.com.
"UM2297: Guida introduttiva a STEVAL-IFP029V1 per il driver quad low-side ad alta velocità IPS4260L con GUI dedicata" Manuale dell'utente, www.st.com.
Circa l'autore
Michelangelo Marchese
Ingegnere di marketing tecnico senior
Switch di alimentazione intelligenti (IPS) e prodotti IO-Link
Divisione di conversione industriale e di potenza
STMicroelectronics