Nó điều chỉnh dòng điện tăng bất cứ khi nào một thành phần được cài đặt và bảo vệ khỏi các mạch ngắn và các vấn đề quá dòng trong khi thành phần đang được sử dụng.
Điều này cho phép thay thế các thành phần, cải tiến hoặc bảo trì bị hư hỏng mà không cần tắt toàn bộ hệ thống, điều này rất quan trọng đối với các hệ thống có tính khả dụng cao như máy chủ và công tắc mạng.
Tổng quan
Trong các ứng dụng hoán đổi nóng, chức năng chính của TPS2471X là điều khiển một cách đáng tin cậy một MOSFET kênh N bên ngoài ở mức 2,5 V đến 18 V. Sử dụng thời gian lỗi và các giới hạn hiện tại có thể điều chỉnh, nó bảo vệ nguồn cung cấp và tải từ dòng điện quá mức trong khi khởi động.
Ngoài ra, mạch đảm bảo rằng MOSFET bên ngoài vẫn ở bên trong khu vực vận hành an toàn (SOA). Nó kiểm soát dòng điện là tốt. Hơn nữa, sử dụng nguồn điện hoán đổi nóng này, giờ đây bạn có thể thay thế các phần bị lỗi của mạch tải mà không phải tắt nguồn đầu vào.
TPS24710/11/12/12 là một loại bộ điều khiển dễ sử dụng. Nó được tạo ra để hoạt động với các điện áp từ 2,5 V đến 18 V và đó là thứ mà họ gọi là bộ điều khiển hoán đổi nóng và điều này có nghĩa là nó có thể điều khiển một cách an toàn một MOSFET kênh N bên ngoài.
Ngoài ra, chúng ta có thể thấy rằng nó có giới hạn hiện tại có thể lập trình và thời gian lỗi và những thứ này có mặt để giữ nguồn cung cấp và tải an toàn khỏi quá nhiều dòng điện khi chúng ta bắt đầu mọi thứ.
Sau khi thiết bị khởi động, chúng tôi để dòng điện vượt quá giới hạn được người dùng chọn nhưng chỉ cho đến khi thời gian chờ được lập trình xảy ra. Tuy nhiên, nếu có sự kiện quá tải thực sự lớn, chúng tôi sẽ ngay lập tức ngắt kết nối tải khỏi nguồn.
Vấn đề là ngưỡng cảm giác hiện tại thấp, nó ở mức 25mV và nó rất chính xác nên chúng tôi có thể sử dụng các điện trở cảm giác nhỏ hơn và hoạt động tốt hơn, điều đó có nghĩa là ít bị mất năng lượng và dấu chân nhỏ hơn.
Ngoài ra, giới hạn công suất lập trình, đảm bảo MOSFET bên ngoài luôn hoạt động bên trong khu vực vận hành an toàn của nó SOA.
Vì điều này, chúng tôi có thể sử dụng các mosfet nhỏ hơn và hệ thống cuối cùng trở nên đáng tin cậy hơn. Ngoài ra, có nguồn đầu ra tốt và lỗi mà chúng ta có thể sử dụng để theo dõi trạng thái và kiểm soát tải xuống tiếp tục.
Sơ đồ khối chức năng
Chi tiết pinout
| TRONG | 2 | 2 | TÔI | Đầu vào logic hoạt động cao để cho phép thiết bị. Kết nối với một bộ chia điện trở. |
| Flt | - | 10 | Các | Đầu ra thoát ra (hoạt động cao) báo hiệu lỗi quá tải, khiến MOSFET tắt. |
| Fltb | 10 | - | Các | Đầu ra thoát ra (hoạt động thấp) cho biết lỗi quá tải, tắt MOSFET. |
| CỔNG | 7 | 7 | Các | Đầu ra cho việc lái cổng của một MOSFET bên ngoài. |
| GND | 5 | 5 | - | Kết nối mặt đất. |
| NGOÀI | 6 | 6 | TÔI | Theo dõi sức mạnh MOSFET bằng cách cảm nhận điện áp đầu ra. |
| Pg | - | 1 | Các | Đầu ra thoát nước mở (hoạt động cao) biểu thị trạng thái năng lượng điện, dựa trên điện áp MOSFET. |
| PGB | 1 | - | Các | Đầu ra thoát ra (hoạt động thấp) báo hiệu trạng thái năng lượng điện, được xác định bởi điện áp MOSFET. |
| ĂN XIN | 3 | 3 | TÔI | Đặt sự phân tán công suất tối đa của MOSFET bằng cách kết nối một điện trở từ pin này với GND. |
| GIÁC QUAN | 8 | 8 | TÔI | Đầu vào cảm biến hiện tại để theo dõi điện áp trên một điện trở shunt giữa VCC và cảm giác. |
| Hẹn giờ | 4 | 4 | I/o | Kết nối với một tụ điện để xác định thời gian lỗi. |
| VCC | 9 | 9 | TÔI | Cung cấp năng lượng và giác quan điện áp đầu vào. |
Sơ đồ mạch
Mô tả pin
TRONG
Khi chúng tôi áp dụng điện áp từ 1,35 V trở lên cho pin EN cụ thể này, nó sẽ bật hoặc cho phép công tắc cho trình điều khiển cổng.
Nếu chúng ta thêm một bộ chia điện trở bên ngoài, nó cho phép pin EN hoạt động giống như một màn hình thiếu điện áp theo dõi các mức điện áp.
Bây giờ nếu chúng ta đạp pin EN bằng cách đặt nó thấp và sau đó trở lại, nó giống như chúng ta đang nhấn nút đặt lại cho TPS24710/11/12/12, đặc biệt nếu trước đó nó đã bị loại bỏ vì điều kiện lỗi.
Điều quan trọng là chúng tôi không để pin này nổi nó cần được kết nối với một cái gì đó.
Flt
Chân FLT dành riêng cho các biến thể TPS24712/13. Đầu ra thoát nước mở hoạt động này đi vào trạng thái quá mức cao khi TPS24712/13 đã hoạt động trong giới hạn hiện tại vì quá dài khiến bộ hẹn giờ lỗi hết hạn.
Làm thế nào PIN FLT hoạt động thực sự phụ thuộc vào phiên bản IC mà chúng ta đang sử dụng. Đối với TPS24712, nó hoạt động ở chế độ chốt. Mặt khác, TPS24713 hoạt động ở chế độ thử lại.
Khi chúng ta đang ở chế độ chốt nếu bộ hẹn giờ lỗi hết, nó sẽ tắt MOSFET bên ngoài và giữ chân FLT trong điều kiện thoát ra. Để đặt lại chế độ chốt này, chúng ta có thể đạp mã PIN hoặc VCC.
Bây giờ nếu chúng ta đang ở chế độ thử lại khi bộ hẹn giờ lỗi sẽ hết hạn, trước tiên nó sẽ tắt MOSFET bên ngoài. Sau đó, nó chờ mười sáu chu kỳ của bộ đếm thời gian để sạc và xả.
Sau khi chờ đợi nó cố gắng khởi động lại. Toàn bộ quá trình này cứ lặp đi lặp lại miễn là lỗi vẫn còn đó. Trong chế độ thử lại, chân FLT trở thành lỗi mở bất cứ khi nào bộ đếm thời gian lỗi vô hiệu hóa MOSFET bên ngoài.
Nếu chúng ta có một lỗi liên tục, dạng sóng FLT sẽ biến thành một loạt các xung. Điều đáng chú ý là pin FLT không kích hoạt nếu một cái gì đó khác vô hiệu hóa MOSFET bên ngoài như pin en một bộ đóng quá nhiệt hoặc khóa UVLO. Nếu chúng ta không sử dụng pin này, chúng ta có thể để nó nổi.
Fltb
Chân FLTB dành riêng cho TPS24710/11. Đầu ra thoát nước mở hoạt động thấp này xuống thấp khi TPS24710/11/12/13 đã ở trong giới hạn hiện tại đủ dài để bộ hẹn giờ lỗi nói 'thời gian hết'.
Làm thế nào pin FLTB hoạt động phụ thuộc vào phiên bản IC mà chúng ta đang sử dụng. TPS24710 hoạt động ở chế độ chốt trong khi TPS24711 hoạt động ở chế độ thử lại.
Nếu chúng ta ở chế độ chốt, thời gian chờ lỗi sẽ tắt MOSFET bên ngoài và giữ chân FLTB thấp. Để đặt lại chế độ chốt, chúng ta có thể đạp xe EN hoặc VCC. Nếu chúng ta đang ở chế độ thử lại, trước tiên trước tiên sẽ tắt MOSFET bên ngoài thì hãy đợi mười sáu chu kỳ sạc hẹn giờ và xả và sau đó cố gắng khởi động lại.
Toàn bộ quá trình này sẽ lặp lại miễn là có lỗi. Trong chế độ thử lại, chân FLTB được kéo thấp bất cứ khi nào bộ đếm thời gian lỗi vô hiệu hóa MOSFET bên ngoài.
Nếu có một lỗi liên tục, dạng sóng FLTB sẽ trở thành một loạt các xung. Hãy nhớ rằng pin FLTB không kích hoạt nếu MOSFET bên ngoài bị vô hiệu hóa bởi en một lần tắt quá nhiệt hoặc UVLO. Nếu chúng ta không sử dụng pin này, nó có thể được thả nổi.
CỔNG
Chân cổng thực sự quan trọng bởi vì đó là cách chúng ta lái MOSFET bên ngoài về cơ bản nói cho nó biết phải làm gì. Để giúp với điều này, có một máy bơm điện tích cho dòng điện 30. Dòng điện bổ sung này giúp MOSFE bên ngoài hoạt động tốt hơn.
Để đảm bảo điện áp giữa cổng và nguồn không quá cao và gây ra thiệt hại, có một kẹp được đặt ở mức 13,9 volt giữa cổng và VCC. Điều này đặc biệt quan trọng vì VCC thường rất gần với Vout khi mọi thứ đang hoạt động bình thường.
Khi chúng ta lần đầu tiên khởi động, bộ khuếch đại chuyển đổi sẽ điều chỉnh cẩn thận điện áp cổng của một MOSFET cụ thể (M1). Điều này giúp hạn chế dòng điện là một dòng điện có thể xảy ra khi bạn lần đầu tiên bật một cái gì đó.
Trong thời gian này, pin hẹn giờ đang sạc một tụ điện hẹn giờ (CT). Giới hạn này của dòng điện tiếp tục cho đến khi chênh lệch điện áp giữa cổng và VCC đi qua một điểm nhất định được gọi là điện áp kích hoạt hẹn giờ. Điện áp này là 5,9 volt khi VCC ở mức 12 volt.
Khi chênh lệch điện áp đi qua ngưỡng này, TPS24710/11/12/13 sẽ đi vào chế độ được gọi là chế độ ngắt mạch.
Điện áp kích hoạt hẹn giờ hoạt động giống như một kích hoạt một khi điện áp chạm vào hoạt động của Inrush dừng và bộ hẹn giờ dừng cung cấp dòng điện và thay vào đó bắt đầu đánh chìm nó.
Bây giờ ở chế độ ngắt mạch, chúng ta liên tục xem dòng điện đi qua RSense và so sánh nó với giới hạn dựa trên sơ đồ giới hạn công suất của MOSFET (hãy xem Prog để biết thêm chi tiết về điều này).
Nếu dòng điện thông qua RSense vượt quá giới hạn này, MOSFET M1 sẽ được tắt để bảo vệ nó. Chân cổng cũng có thể bị vô hiệu hóa trong một vài tình huống cụ thể.
Cổng được kéo xuống bởi một nguồn hiện tại 11 ma khi xảy ra các điều kiện lỗi nhất định:
Bộ hẹn giờ lỗi hết thời gian trong quá trình quá tải lỗi hiện tại (khi Vsense vượt quá 25 mV).
Các Ven điện áp giảm xuống dưới mức thiết lập của nó.
VVCC điện áp nằm dưới ngưỡng khóa điện áp (UVLO) dưới điện áp.
Nếu có một mạch ngắn ở đầu ra, cổng được kéo xuống bởi một nguồn hiện tại mạnh hơn 1 trong một thời gian rất ngắn (13,5 Pha).
Điều này chỉ xảy ra nếu chênh lệch điện áp giữa VCC và cảm giác là hơn 60 mV cho chúng ta biết có tình huống tắt máy nhanh chóng. Sau khi tắt nhanh này, dòng điện 11 ma được sử dụng để tắt MOSFET bên ngoài.
Cuối cùng, nếu chip quá nóng vượt quá ngưỡng tắt nhiệt độ quá nhiệt độ, pin cổng cũng bị vô hiệu hóa. Chân cổng sẽ ở mức thấp ở chế độ chốt cho một số phiên bản nhất định của chip (TPS24710 và TPS24712). Đối với các phiên bản khác (TPS24711 và TPS24713), nó sẽ định kỳ cố gắng khởi động lại.
Một điều quan trọng cần nhớ, chúng ta không nên kết nối bất kỳ điện trở ngoài nào trực tiếp từ chân cổng với mặt đất (GND) hoặc từ chân cổng với đầu ra (ra).
GND
Chân GND khá đơn giản, đó là nơi chúng tôi kết nối với mặt đất của hệ thống. Hãy nghĩ về nó như là điểm tham chiếu chung cho tất cả các điện áp trong mạch.
NGOÀI
Chân OUT thực sự quan trọng để theo dõi chênh lệch điện áp giữa cống và nguồn của MOSFET bên ngoài còn được gọi là M1. Việc đọc điện áp này là cần thiết cho cả chỉ số điện năng (PG/PGB) và động cơ giới hạn điện.
Cả hai đều dựa vào các phép đo chính xác từ pin này để hoạt động đúng. Để bảo vệ pin ra khỏi bất kỳ gai điện áp âm có khả năng gây hại nào, chúng ta nên sử dụng một diode kẹp hoặc đủ tụ điện.
Đối với các tình huống có rất nhiều sức mạnh, chúng tôi đề xuất một diode Schottky được đánh giá ở mức 3 A và 40 V trong gói SMC như một giải pháp kẹp tốt.
Chúng ta cũng cần bỏ qua pin ra đến GND bằng cách sử dụng tụ điện gốm thấp. Điện dung của tụ điện này phải ở đâu đó trong khoảng từ 10 NF đến 1 μF.
Pg
Chân PG dành riêng cho các thành phần TPS24712/13. Đầu ra này hoạt động ở chế độ hoạt động cao, điều đó có nghĩa là nó tăng cao khi mọi thứ tốt và được thiết lập dưới dạng thoát ra.
Điều này giúp bạn dễ dàng kết nối với các bộ chuyển đổi DC/DC hoặc các mạch giám sát khác.
Ghim PG đi vào trạng thái kháng cáo cao, điều đó có nghĩa là về cơ bản nó bị ngắt kết nối khi điện áp thoát nước của FET xuống dưới 170 mV. Điều này xảy ra sau khi trì hoãn ngắn 3,4 mili giây để tránh kích hoạt sai. Ngược lại, nó sẽ giảm thấp khi VDS vượt quá 240 mV.
Sau khi VDS của M1 tăng pin PG đi đến trạng thái kháng cáo thấp, điều đó có nghĩa là nó được tích cực kéo thấp sau khi độ trễ 3,4 ms tương tự. Điều này xảy ra khi cổng được kéo thành GND vì bất kỳ tình huống nào trong số này:
Chúng tôi phát hiện lỗi hiện tại quá tải có nghĩa là V GIÁC QUAN lớn hơn 25 mV.
Có một đường ngắn nghiêm trọng ở đầu ra gây ra V (V Cc -ý nghĩa) lớn hơn 60 mV cho thấy chúng ta đã đạt đến ngưỡng tắt máy nhanh.
Điện áp tại V TRONG rơi xuống dưới ngưỡng đặt của nó.
Điện áp tại V VCC rơi xuống dưới ngưỡng khóa dưới điện áp (UVLO).
Nhiệt độ của khuôn đi trên ngưỡng tắt quá nhiệt độ (OTSD).
Điều quan trọng cần nhớ là nếu bạn không có kế hoạch sử dụng pin PG, bạn có thể chỉ cần để nó không được kết nối. Nó sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của phần còn lại của mạch.
PGB
Chúng tôi chỉ định pin PGB dành riêng cho thiết bị TPS24710/11. Đầu ra đặc biệt này, trong hoạt động của nó, hoạt động với cấu hình thấp hoạt động và chúng tôi mô tả nó bằng thiết kế thoát nước mở mà chúng tôi đã tạo ra cụ thể để nó có thể kết nối với các bộ chuyển đổi DC/DC đó hoặc các mạch giám sát ở hạ lưu từ nó.
Chúng tôi thấy rằng tín hiệu PGB thực hiện chuyển đổi, di chuyển đến trạng thái thấp một khi chúng tôi quan sát thấy rằng cống sang điện áp nguồn (VDS) của bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET) giảm xuống mức dưới 170 mV, điều này xảy ra sau khi chúng tôi có độ trễ Deglitch kéo dài trong 3,4 mili giây.
Mặt khác, nó trở lại, đi đến trạng thái thoát nước mở khi VDS vượt quá 240 mV. Sau khi chúng tôi thấy VDS của M1 tăng, một cái gì đó xảy ra khi cổng bị kéo xuống đất trong bất kỳ trường hợp nào chúng tôi sẽ liệt kê bên dưới, PGB sau đó đi vào trạng thái trở kháng cao sau khi chúng tôi chờ đợi sự chậm trễ 3,4 ms Deglitch đó:
IC phát hiện lỗi dòng điện quá tải khi thấy điện áp Vsense vượt quá 25 mV.
Nếu IC thấy rằng có một ngắn mạch đầu ra nghiêm trọng, nó có thể nói vì việc đọc V (VCC - Sense) lớn hơn 60 mV, điều này cho chúng ta biết rằng ngưỡng ngừng hoạt động của chuyến đi nhanh đã bị vi phạm.
Quan sát rằng Ven điện áp rơi xuống mức dưới ngưỡng đã được chỉ định cho nó.
Điện áp VCC giảm, nằm dưới ngưỡng khóa điện áp (UVLO).
Lưu ý rằng nhiệt độ chết tăng, vượt quá ngưỡng tắt nhiệt độ (OTSD).
Điều đáng chú ý là chúng ta có thể để pin này không được kết nối nếu chúng ta không cần sử dụng nó.
Điện trở prog
Để điều chỉnh công suất tối đa mà chúng tôi cho phép trong MOSFET M1 bên ngoài trong những điều kiện xâm nhập đó, chúng tôi cần kết nối một điện trở lập trình (Prog) từ PGB pin này với mặt đất. Điều quan trọng là chúng tôi tránh áp dụng bất kỳ điện áp nào cho pin này.
Nếu bạn không cần giới hạn công suất không đổi thì bạn nên sử dụng điện trở Prog có giá trị 4,99 kΩ. Để xác định công suất tối đa là bao nhiêu, chúng ta có thể sử dụng phương trình sau (1):
R ĂN XIN = 3125 / (p Lim * R GIÁC QUAN + 0,9 mV * V Cc )
Với mục đích tính toán giới hạn công suất dựa trên RProg đã tồn tại, chúng ta nên áp dụng phương trình PLIM sau (2) là giới hạn công suất được phép của MOSFET M1:
P Lim = 3125 / (r ĂN XIN * R GIÁC QUAN ) - (0,9 mV * V (V Cc -Out)) / r GIÁC QUAN
Trong công thức này RSense là điện trở giám sát dòng tải được kết nối giữa chân VCC và chân cảm giác. Ngoài ra, RProg là điện trở mà chúng tôi kết nối từ chân prog với GND.
Chúng tôi đo cả RProg và RSense trong OHMS, và chúng tôi đo PLIM trong Watts. Chúng tôi xác định PLIM bằng cách xem xét ứng suất nhiệt cho phép tối đa của MOSFET M1 mà chúng ta có thể tìm thấy bằng cách sử dụng một phương trình khác:
P Lim <(T J (Max) - t C (Max) ) / R Θjc (tối đa )
