Obvod ovladače TPS24710/11/12/13

Reguluje přepěťový proud, kdykoli je komponenta nainstalována a chrání před krátkými obvody a nadproudovými problémy, zatímco se komponenta používá.

To umožňuje nahrazení poškozených komponent, vylepšení nebo údržby bez vypnutí celého systému, který je rozhodující pro systémy s vysokou dostupností, jako jsou servery a síťové přepínače.

Přehled

V aplikacích Hot-SWAP je primární funkcí TPS2471X spolehlivě řídit externí N-kanálový MOSFET při 2,5 V až 18 V. Pomocí omezení poruchy a nastavitelným proudovým omezením zabezpečuje napájení a zatížení před nadměrným proudem během spuštění.

Obvod navíc zaručuje, že externí MOSFET zůstává uvnitř své bezpečné operační oblasti (SOA). Řídí také proud. Navíc pomocí tohoto napájení horkého swapu můžete nyní vyměnit vadné části obvodu zatížení, aniž byste museli vypnout vstupní výkon.

TPS24710/11/12/13 je typ řadiče, který je pro nás snadné použít. Vyrábí se pro práci s napětí od 2,5 V do 18 V a to je to, co nazývají ovladačem hot-swap, a to znamená, že je schopen bezpečně ovládat externí N-kanálový MOSFET.

Také můžeme vidět, že má programovatelný limit proudu a doba poruchy a ty jsou tam, aby se zásobování a zatížení v bezpečí před příliš velkým proudem, když začínajeme věci.

Po spuštění zařízení jsme nechali proudy překročit nad hranicí, kterou uživatel vybral, ale pouze dokud nedojde k časovému limitu. Pokud však existují opravdu velké události přetížení, okamžitě odpojíme zátěž od zdroje.

Jde o to, že aktuální prahová hodnota je nízká, že je na 25 mV a je velmi přesná, takže jsme schopni používat smyslové odpory, které jsou menší a lépe fungují, což znamená, že je méně ztracena energie a stopa je menší.

Kromě toho programovatelné omezení výkonu zajišťuje, že externí MOSFET vždy pracuje uvnitř své bezpečné operační oblasti SOA.

Z tohoto důvodu jsme schopni používat MOSFETS, které jsou menší a systém nakonec je spolehlivější. Také existují výkony výkonu a chyby, které můžeme využít pro sledování stavu a ovládání zátěže dále dolů po řádku.

Schéma funkčního bloku

Detaily pinoutů

Schéma obvodu

Popis PIN

V

Když použijeme napětí 1,35 V nebo více na tento konkrétní pin EN, zapne nebo umožňuje přepínač pro ovladač brány.

Pokud přidáme divider externího rezistoru, umožní pin EN působit jako monitor podpětového monitoru, který sleduje úrovně napětí.

Nyní, pokud jezdíme na kolíku EN tím, že přineseme nízko a pak zpět vysoko, je to, jako bychom narazili na tlačítko resetování pro TPS24710/11/12/13, zejména pokud se dříve zachytila ​​kvůli poruchové podmínce.

Je důležité, abychom tento PIN nenechali plovoucího, musí být k něčemu spojeno.

Flt

Pin FLT je speciálně pro varianty TPS24712/13. Tento aktivní výstup s vysokým otevřeným odtokem jde do stavu s vysokou impedancí, když TPS24712/13 pracuje v současném limitu příliš dlouho a způsobí vypršení časovače poruchy.

Jak Pin FLT působí opravdu záleží na tom, jakou verzi IC používáme. Pro TPS24712 to funguje v režimu západky. Na druhé straně TPS24713 pracuje v režimu Retry.

Když jsme v režimu západky, pokud vyprší časovač poruchy, vypne externí MOSFET a udržuje kolík FLT v otevřeném odkupu. Pro resetování tohoto zakončeného režimu můžeme cyklist buď EN nebo VCC.

Nyní, pokud jsme v režimu Retry, když vyprší časovač chyby, nejprve vypne externí MOSFET. Potom čeká na šestnáct cyklů časovače, aby se nabíjel a vypil.

Po čekání se pokusí restartovat. Celý tento proces se neustále opakuje, dokud je chyba stále tam. V režimu Retry se Pin FLT stává otevřeným odtokem kdykoli časovač poruchy deaktivuje externí MOSFET.

Pokud máme kontinuální chybu, vlny FLT se změní na řadu impulsů. Stojí za zmínku, že pin FLT neaktivuje, pokud něco jiného deaktivuje externí MOSFET, jako je pin En Pin A En A HOREDPETURE STAMPOWN nebo UVLO Undervoltage Lockout. Pokud tento pin nepoužíváme, můžeme jej nechat plovoucí.

Fltb

Pin FLTB je speciálně pro TPS24710/11. Tento výstup s aktivním nízkým otevřeným odtokem klesá, když TPS24710/11/12/13 byl v současném limitu dostatečně dlouho, aby časovač poruchy řekl „čas je nahoru“.

Jak se chová Pin FLTB, závisí na verzi IC, kterou používáme. TPS24710 pracuje v režimu západky, zatímco TPS24711 pracuje v režimu Retry.

Pokud jsme v režimu západky, časový limit poruchy vypne externí MOSFET a přidrží nízký kolík FLTB. Abychom resetovali režim západky, můžeme cyklist s EN nebo VCC. Pokud jsme v režimu Retry, časový limit poruchy nejprve vypne externí MOSFET, počkejte na šestnáct cyklů nabíjení a vybíjení časovače a zkuste restartovat.

Celý tento proces se bude opakovat, dokud bude přítomna chyba. V režimu Retry je pin FLTB vytažen nízký, kdykoli časovač poruchy deaktivuje externí MOSFET.

Pokud dojde k nepřetržité poruše, stává se průběh FLTB řadou impulsů. Mějte na paměti, že pin FLTB se neaktivuje, pokud je externí MOSFET deaktivován pomocí EN APSEMPERURE STAMNOWN nebo UVLO. Pokud tento pin nepoužíváme, může to být ponecháno plovoucí.

BRÁNA

Pin Gate je opravdu důležitý, protože takto řídíme externí MOSFET, v podstatě mu říkáme, co má dělat. Abychom to pomohli, existuje nábojové čerpadlo, které dává proud 30 µA. Tento další proud pomáhá externímu MOSFET fungovat lépe.

Aby se zajistilo, že napětí mezi bránou a zdrojem nejde příliš vysoko a způsobuje poškození, je mezi bránou a VCC nastavena svorka při 13,9 voltech. To je obzvláště důležité, protože VCC je obvykle velmi blízko Vout, když věci běží normálně.

Když poprvé spustíme transkuktní zesilovač pečlivě upraví napětí brány specifického MOSFET (M1). To pomáhá omezit příchozí proud, který je nárůstem proudu, ke kterému se může stát, když něco poprvé zapne.

Během této doby kolík časovače nabíjí kondenzátor časovače (CT). Toto omezení proudu vložky pokračuje, dokud rozdíl napětí mezi bránou a VCC nepřekročí určitý bod nazývaný aktivační napětí časovače. Toto napětí je 5,9 voltů, když je VCC na 12 voltech.

Jakmile rozdíl napětí přejde v tomto prahu, TPS24710/11/12/13 jde do režimu, který se nazývá rozruhový režim.

Aktivační napětí časovače působí jako spoušť, jakmile napětí zasáhne, že se zastaví operace a časovač přestane poskytovat proud a místo toho ho začne potopit.

Nyní v režimu obvodů neustále sledujeme proud procházející RSENSENS a porovnáváme jej s limitem založeným na schématu mosfet-limit power-limit (podívejte se na prog pro více informací).

Pokud proud přes RSENSE přejde tento limit, bude MOSFET M1 vypnut, aby jej chránil. Pin Gate může být také deaktivován v několika specifických situacích.

Brána je stažena dolů 11-MA aktuální zdroj, když dojde k určitým podmínkám poruchy:

Časovač poruchy dojde čas během přetížení proudové chyby (když vSense přejde přes 25 mV).

Ven napětí klesne pod jeho nastavenou úroveň.

VVCC napětí jde pod prahovou hodnotu podložení (UVLO) pod napětím.

Pokud je na výstupu tvrdý zkrat, brána je stažena o mnohem silnější 1 a aktuální zdroj pro velmi krátkou dobu (13,5 µs).

K tomu dochází pouze tehdy, pokud je rozdíl napětí mezi VCC a smyslem více než 60 mV, což nám říká, že existuje rychlý výlet. Po tomto rychlém odstavení se pro udržení externího MOSFET použije proud 11-MA.

Nakonec, pokud je čip příliš horký překročení překročení prahu vypnutí nadměrné teploty, je také deaktivován kolík brány. Pin Gate zůstane nízký v režimu západky pro určité verze čipu (TPS24710 a TPS24712). Pro jiné verze (TPS24711 a TPS24713) se bude pravidelně pokusit restartovat.

Jedna důležitá věc, kterou si pamatujete, bychom neměli připojit žádný externí rezistor přímo z kolíku brány k zemi (GND) nebo z kolíku brány k výstupu (ven).

GND

Pin GND je poměrně jednoduchý, kde se připojíme k zemi. Přemýšlejte o tom jako o společném referenčním bodě pro všechna napětí v obvodu.

VEN

Out Pin je opravdu důležitý pro monitorování rozdílu napětí mezi odtokem a zdrojem vnějšího MOSFET také známého jako M1. Toto hodnocení napětí je nezbytné jak pro indikátor napájení (PG/PGB), tak pro motor omezující výkon.

Oba se spoléhají na přesná měření z tohoto pin, aby správně fungovaly. Abychom chránili kolík před jakýmkoli potenciálně škodlivým záporným hrotkou napětí, měli bychom použít upínací diodu nebo dostatek kondenzátorů.

Pro situace, kdy je hodně energie, navrhujeme, aby Schottkyho dioda hodnotila 3a a 40 V v balíčku SMC jako dobré upínací řešení.

Musíme také obejít kolík na GND pomocí nízkoimpedančního keramického kondenzátoru. Kapacitance tohoto kondenzátoru by měla být někde mezi 10 nf a 1 μF.

Pg

PG PIN je speciálně pro komponenty TPS24712/13. Tento výstup funguje v aktivním vysoko, což znamená, že jde vysoko, když jsou věci dobré a je nastaveno jako otevřený odtok.

Díky tomu je snadné připojení k DC/DC Converters nebo jiné monitorovací obvody.

PG PIN jde do stavu s vysokou impedancí, což znamená, že je v podstatě odpojen, když napětí odtoku k zdroji FET klesne pod 170 mV. K tomu dochází po krátkém zpoždění 3,4 milisekundy, aby se zabránilo falešným spouštěčům. Naopak to bude nízko, když VD přejde nad 240 mV.

Po zvýšení VDS M1 přechází PG PIN do nízkoimpedančního stavu, což znamená, že se po stejném 3,4 ms zpoždění aktivně stahuje nízko. K tomu dochází, když je brána odtažena na GND kvůli kterékoli z těchto situací:

Zjistíme přetížení aktuální chyby, což znamená V _Smysl je větší než 25 mV.

Na výstupu způsobuje V (V (V (V (V _CC -smysl) být větší než 60 mV, což naznačuje, že jsme dosáhli prahu s rychlým výletem.

Napětí v V _V klesne pod stanovenou prahovou hodnotu.

Napětí v V _VCC klesne pod prahovou hodnotu poddolby (UVLO) pod napětím.

Teplota matrice jde nad přepnutí nadměrné teploty (OTSD).

Je důležité si uvědomit, že pokud neplánujete používat PG PIN, můžete jej jednoduše nechat nespojené. To neovlivní provoz zbytku obvodu.

PGB

Označujeme kolík PGB speciálně pro zařízení TPS24710/11. Tento konkrétní výstup ve své operaci pracuje s aktivní nízkou konfigurací a my ho charakterizujeme jeho otevřeným návrhem odtoku, který jsme speciálně vytvořili, takže se může spojit s těmito převaděči DC/DC nebo monitorovacími obvody, které jsou z ní po proudu.

Vidíme, že signál PGB provádí přechod a přesuneme se do nízkého stavu, jakmile pozorujeme, že odtok na zdrojové napětí (VD) tranzistoru (FET) polního efektu klesne na úroveň pod 170 mV, k tomu dochází poté, co máme deglitchové prodloužení, které trvá 3,4 milisekundy.

Na druhé straně se vrací zpět a jde do otevřeného vypouštěcího stavu, když VD přejde nad 240 mV. Poté, co uvidíme, jak se VD M1 zvyšuje, něco, co se objeví, když je brána stažena dolů na zem za některých okolností, které uvedeme níže, pak PGB vstoupí do stavu vysoké impedance poté, co jsme čekali na stejné zpoždění 3,4 ms Deglitch:

IC detekuje poruchu proudu přetížení, když vidí, že napětí VSense jde nad 25 mV.

Pokud IC zjistí, že je přítomen závažný výstupní zkrat, může to říct, protože čtení V (VCC - Sense) je větší než 60 mV, což nám říká, že byl porušen prahová hodnota rychlého vypnutí výletu.

Všimněte si, že napěťový Ven padá na úroveň pod prahem, která byla určena pro něj.

Napěťové napětí VCC klesá a jde pod prahovou hodnotu uzamčení pod napětí (UVLO).

Všimněte si, že teplota matrice stoupá a přechází nad prahovou hodnotu nadměrného vypnutí (OTSD).

Stojí za zmínku, že můžeme nechat tento pin nespojený, pokud jej nemusíme využívat.

Prog rezistor

Abychom regulovali maximální výkon, který povolujeme v externím MOSFET M1 během těchto podmínek přivlákání, musíme připojit programovatelný (Prog) rezistor z tohoto kolíku PGB k zemi. Je zásadní, abychom se vyhnuli použití jakéhokoli napětí na tento kolík.

Pokud nepotřebujete konstantní limit výkonu, měli byste použít odpor prog, který má hodnotu 4,99 kΩ. Abychom určili, jaký je maximální výkon, můžeme použít následující rovnici (1):

R _Prog = 3125 / (str _Lim * R _Smysl + 0,9 mv * V _CC )

Za účelem výpočtu výkonu na základě RPROG, který již existuje, bychom měli použít následující rovnici PLIM (2), což je povolený limit výkonu MOSFET M1:

Str _Lim = 3125 / (r _Prog * R _Smysl ) - (0,9 mv * V (V _CC -Out))) / r _Smysl

V tomto vzorci je Rsense rezistor pro monitorování proudu zatížení, který je připojen mezi Pin VCC a smyslovým kolíkem. RPROG je také rezistor, který se spojíme z prog kolíku k GND.

Měříme jak RProg, tak Rsense v OHMS a měříme PLIM ve Watts. Určujeme PLIM tím, že se podíváme na maximální povolené tepelné napětí MOSFET M1, které můžeme najít pomocí jiné rovnice:

Str _Lim <(T _{J (max)} - t _{C (max)} ) / R _{Θjc (max} )