(azul V FLT, amarillo V IN, rojo I OUT, verde V OUT)
La sobrecorriente y el cortocircuito de la carga al voltaje de suministro son los eventos más duros que debemos enfrentar durante la operación de salida digital. En estos malos eventos, las etapas de salida deben sobrevivir disipando toda la energía asociada. Además las cargas, conectadas a las etapas de salida, deben estar protegidas del pico de corriente que podría alcanzar valores inesperados.
Para gestionar de forma segura picos de corriente muy altos durante el cortocircuito de las salidas a la tensión de alimentación, se integra un bloque de limitación de corriente en el chip. Como resultado, solo se permite un pico de corriente durante un corto tiempo; solo el tiempo necesario para intervenir el circuito de limitación de corriente, recortando así la corriente de salida máxima utilizando una resistencia externa.
Lo mismo ocurre durante una sobrecarga fuerte. Sin embargo, la corriente de salida internamente limitada no es suficiente; de hecho, si el cortocircuito o la sobrecarga duran durante ese tiempo, la potencia disipada tanto en el dispositivo como en la carga se vuelve importante, provocando un sobrecalentamiento capaz de destruir el dispositivo y / o la carga involucrada.
Debido a ese "bloque de cortocircuito no disipativo" se ha incorporado en el chip que limita la duración de la condición de limitación de corriente de los canales sobrecargados. La duración, denominada tiempo de retardo de la corriente de corte (T Coff,), se establece mediante una resistencia externa (R CoD) conectada entre el pin CoD y el plano de tierra SGND. Pasado este tiempo los canales descansan en OFF por un tiempo, denominado tiempo de retardo de reinicio de etapa de potencia (tres), para evitar la degradación de la PCB en caso de gran cantidad de canales en condiciones de sobrecarga y para reducir la energía que fluye tanto en el dispositivo como en cargas.
Si durante el T Coff la temperatura de unión de los canales sobrecargados alcanza el valor establecido internamente (T JSD), la protección térmica de la unión bloquea, uno por cada canal, apaga los canales. Se reinician solo cuando Tj vuelve por debajo del umbral de reinicio.
Es posible deshabilitar el "bloque de cortocircuito no disipativo" que conecta el pin CoD en corto con el plano de tierra SGND, por lo que solo la protección térmica de la unión está activa en el IPS4260L.
(rojo V FLT, azul I OUT)
En las figuras 9 y 10, las formas de onda informan la corriente de salida (Iout), en un canal, y el voltaje de diagnóstico (V FLT) durante condiciones de cortocircuito; como puede ver en ambas figuras, la corriente de salida, después de un pico corto, está limitada a un valor fijo.
En la figura 9, además, informamos el voltaje de salida del canal relevante y el voltaje de entrada que sigue la forma de onda del voltaje de falla porque los pines de entrada del IPS4260L se utilizan con fines de diagnóstico.
En la Fig. 10, cuando la función de “bloqueo de cortocircuito no disipativo” está deshabilitada, vemos que se necesita un primer paso largo para llegar al cierre de la unión térmica. Después de esto, el canal sobrecargado se apaga, por lo que se pone a cero la corriente limitada de salida. La señal de diagnóstico del canal sobrecargado es normalmente alta hasta que la intervención de protección térmica lo apaga, en ese momento el diagnóstico en el pin FLT y en el pin de entrada relevante baja, lo que indica la intervención térmica. El funcionamiento normal se reinicia cuando la temperatura de la unión, T J, vuelve por debajo del umbral de restablecimiento, T JSD - T JHYST, y el ciclo comienza de nuevo.
Comportamiento con carga capacitiva
(Vout amarillo, Iout azul, Vflt rojo)
IPS4260L también puede impulsar una carga capacitiva sin problemas; es capaz de impulsar condensadores con una capacitancia muy alta. En la figura 11 se informa que las formas de onda controlan un condensador de 3,3 mF / 63 V. Debido a la gran capacitancia, la corriente de salida durante la carga del condensador está en limitación de corriente, de modo que no vemos la corriente de carga real sino la corriente de limitación establecida externamente por la resistencia. Después del T Coofse puede ver la intervención de “protección contra cortocircuitos no disipativa”, de modo que la salida de potencia cargada se apaga así como por sobrecarga o cortocircuito. Cuando el condensador está casi completamente cargado, la corriente desciende por debajo del límite de corriente establecido: esto se muestra claramente en la figura 13 donde se puede observar en el medio de la forma de onda de color azul un cambio brusco de pendiente en la corriente de carga hasta alcanzar el valor cero (condensador completamente cargada). Cuando el condensador de salida está cargado y le da un voltaje bajo a la entrada, el comportamiento del pin OL corresponde al caso de corto a GND, debido al voltaje en él. Esto significa que en el estado APAGADO (voltaje de entrada bajo) la señal de diagnóstico del pin OL (normalmente alto) pasa a nivel bajo (consulte la tabla de verdad en la figura 12).
(Vout amarillo, Iout azul, Vflt rojo)
VI. Conclusión
Se ha presentado un interruptor de lado bajo cuádruple monolítico inteligente. El nuevo interruptor de alimentación inteligente (IPS) proporciona una precisión mejorada para minimizar las pérdidas de energía y evitar errores del sistema cuando ocurren fallas. Estas ventajas se logran utilizando la tecnología Multipower-BCD de última generación de ST, que permite un límite de corriente de sobrecarga programable para mantener condiciones de energía estables mientras el sistema se recupera.
Al proporcionar una solución integrada para cuatro canales de salida, el IPS4260L también simplifica el diseño, mejora la confiabilidad y ahorra espacio en la placa de circuito impreso. Este nuevo IC de cuatro canales es una adición importante al portafolio de IPS industriales de ST, que ya incluye dispositivos de lado alto de canal simple, doble, cuádruple y octal.
Referencias
“Interruptor de alimentación inteligente IPS4260L Quad de lado bajo” , hoja de datos, www.st.com.
“UM2297: Introducción a STEVAL-IFP029V1 para el controlador de lado bajo cuádruple de alta velocidad IPS4260L con GUI dedicada” Manual del usuario, www.st.com.
Sobre el Autor
Michelangelo Marchese
Ingeniero superior de marketing técnico
Interruptores de potencia inteligentes (IPS) y productos IO-Link
División de conversión de potencia e industrial
STMicroelectronics