(blu V FLT, amarelo V IN, vermelho I OUT, verde V OUT)
Sobrecorrente e curto-circuito da carga para a tensão de alimentação são os eventos mais severos que devemos enfrentar durante a operação de saída digital. Nesses eventos ruins, os estágios de saída devem sobreviver dissipando toda a energia associada. Além das cargas, conectadas aos estágios de saída, devem ser protegidas de picos de corrente que possam atingir valores inesperados.
Para gerenciar com segurança picos muito altos de correntes durante o curto-circuito das saídas para a tensão de alimentação, um bloco de limitação de corrente é integrado no chip. Como resultado, apenas um pico de corrente por um curto período de tempo é permitido; apenas o tempo necessário para intervir no circuito de limitação de corrente, reduzindo assim a corrente de saída máxima usando um resistor externo.
É o mesmo durante uma sobrecarga forte. A corrente de saída limitada internamente não é suficiente; de fato, se a duração do curto-circuito ou da sobrecarga durar durante o tempo, a potência dissipada no dispositivo, bem como na carga, torna-se importante causando um superaquecimento capaz de destruir o dispositivo e / ou a carga envolvida.
Por causa desse “bloco de curto-circuito não dissipativo” foi embutido no chip, o que limita a duração da condição de limitação de corrente dos canais sobrecarregados. A duração, chamada de tempo de retardo da corrente de corte (T Coff,), é definida por um resistor externo (R CoD) conectado entre o pino CoD e o plano de aterramento SGND. Após este tempo, os canais permanecem em OFF por um tempo, denominado tempo de retardo de reinicialização do estágio de potência (tres), para evitar a degradação do PCB em caso de grande número de canais em condições de sobrecarga e para reduzir a energia que flui em ambos os dispositivos e carrega.
Se durante o T Coff a temperatura de junção dos canais sobrecarregados atingir um valor definido internamente (T JSD), a proteção térmica da junção bloqueia, um para cada canal, desligue os canais. Eles reiniciam apenas quando Tj volta abaixo do limite de reinicialização.
É possível desabilitar o “bloco de curto-circuito não dissipativo” conectando o pino CoD em curto com o plano de aterramento SGND, portanto, apenas a proteção térmica da junção está ativa no IPS4260L.
(vermelho V FLT, azul I OUT)
Nas figuras 9 e 10, as formas de onda relatam a corrente de saída (Iout), em um canal, e a tensão de diagnóstico (V FLT) durante condições de curto-circuito; como você pode ver nas duas figuras, a corrente de saída, após um curto pico, é limitada a um valor fixo.
Na figura 9, além disso, relatamos a tensão de saída do canal relevante e a tensão de entrada que segue a forma de onda da tensão de falha porque os pinos de entrada do IPS4260L são usados para fins de diagnóstico.
Na fig. 10, quando a função de "bloqueio de curto-circuito não dissipativo" é desabilitada, vemos que é necessário um primeiro longo passo para alcançar o desligamento da junção térmica. Depois disso, o canal sobrecarregado é desligado, indo para zerar a corrente limitada de saída. O sinal de diagnóstico do canal sobrecarregado é normalmente alto até que a intervenção da proteção térmica o desligue, nesse momento o diagnóstico no pino FLT e no pino de entrada relevante fica baixo, sinalizando a intervenção térmica. A operação normal é reiniciada quando a temperatura da junção, T J, volta abaixo do limite de reinicialização, T JSD - T JHYST, e o ciclo começa novamente.
Comportamento com carga capacitiva
(Vout amarelo, Iout azul, Vflt vermelho)
O IPS4260L também pode conduzir uma carga capacitiva sem problemas; é capaz de acionar condensadores com capacitância muito alta. Na figura 11, as formas de onda são relatadas acionando um capacitor de 3,3mF / 63V. Devido à grande capacitância, a corrente de saída durante a carga do capacitor está em limitação de corrente, de modo que não vemos a corrente de carga real, mas a corrente de limitação definida externamente pelo resistor. Depois do T Coofvocê pode ver a intervenção “proteção não dissipativa contra curto-circuito”, de modo que a saída de potência carregada é desligada, bem como por sobrecarga ou curto-circuito. Quando o capacitor está quase totalmente carregado, a corrente fica abaixo do limite de corrente definido: isso é claramente mostrado na figura 13 onde você pode observar no meio da forma de onda da cor azul uma mudança repentina de inclinação na corrente de carga até atingir o valor zero (capacitor completamente carregada). Quando o capacitor de saída está carregado e você fornece uma tensão baixa para a entrada, o comportamento do pino OL corresponde ao curto para o caso GND, por causa da tensão nele. Isso significa que no estado OFF (tensão de entrada baixa) o sinal de diagnóstico do pino OL (normalmente alto) fica baixo (consulte a tabela verdade na figura 12).
(Vout amarelo, Iout azul, Vflt vermelho)
VI. Conclusão
Foi apresentado um interruptor monolítico inteligente do lado inferior. O novo interruptor de alimentação inteligente (IPS) oferece maior precisão para minimizar as perdas de energia e evitar erros do sistema quando ocorrem falhas. Essas vantagens são obtidas usando a tecnologia Multipower-BCD de última geração da ST, que permite um limite de corrente de sobrecarga programável para manter as condições de energia estáveis enquanto o sistema está se recuperando.
Ao fornecer uma solução integrada para quatro canais de saída, o IPS4260L também simplifica o design, aumenta a confiabilidade e economiza espaço na placa do pc. Este novo IC de quatro canais é uma adição importante ao portfólio de IPS industriais da ST, que já inclui dispositivos de lado alto de canal único, duplo, quádruplo e octal.
Referências
“Chave de alimentação inteligente de lado inferior IPS4260L Quad,” Datasheet, www.st.com.
“UM2297: Introdução ao STEVAL-IFP029V1 para o driver quad low-side IPS4260L de alta velocidade com GUI dedicada” Manual do usuário, www.st.com.
Sobre o autor
Michelangelo Marchese
Engenheiro de marketing técnico sênior
Interruptores de energia inteligentes (IPS) e produtos IO-Link
Divisão de conversão de energia e industrial
STMicroelectronics