Reguluje prepätný prúd vždy, keď je komponent nainštalovaný a chráni pred skratmi a nadprúdovými problémami, keď sa komponent používa.
To umožňuje nahradenie poškodených komponentov, vylepšení alebo údržby bez vypnutia celého systému, čo je rozhodujúce pre systémy vysokej dostupnosti, ako sú servery a sieťové prepínače.
Prehľad
V aplikáciách Hot-SWAP je primárnou funkciou TPS2471X spoľahlivo riadiť externý N-kanálový MOSFET pri 2,5 V až 18 V. Pomocou časovania porúch a nastaviteľných obmedzení prúdu, ktorý počas spustenia chráni dodávku a zaťaženie z nadmerného prúdu.
Okrem toho obvod zaručuje, že vonkajší MOSFET zostáva vo svojom bezpečnom prevádzkovom priestore (SOA). Ovláda tiež inrush prúd. Okrem toho pomocou tohto napájacieho napájania horúceho swapu môžete teraz vymeniť chybné časti obvodu zaťaženia bez toho, aby ste museli vypnúť vstupné napájanie.
TPS24710/11/12/13 je typ ovládača, ktorý je pre nás ľahko použitý. Je vyrobený tak, aby pracoval s napätím od 2,5 V do 18 V a to je to, čo nazývajú ovládač Hot-Swap, čo znamená, že je schopný bezpečne ovládať externý N-kanálový MOSFET.
Tiež vidíme, že má programovateľný aktuálny limit a čas poruchy, a tieto sú tu, aby sa dodávka a zaťaženie v bezpečí pred príliš veľkým množstvom prúdu, keď začíname veci.
Po spustení zariadenia necháme prúdy ísť nad limit, ktorý vybral používateľ, ale iba do naprogramovaného časového limitu. Ak však existujú skutočne veľké udalosti preťaženia, okamžite odpojíme zaťaženie od zdroja.
Ide o to, že aktuálny zmyslový prah je nízky, je pri 25 mV a je veľmi presný, takže sme schopní používať zmyslové odpory, ktoré sú menšie a lepšie fungujú, čo znamená, že je stratená menej energie a stopa je menšia.
Okrem toho programovateľné obmedzenie energie zaisťuje, že externý MOSFET vždy pracuje vo vnútri svojej bezpečnej operačnej oblasti SOA.
Z tohto dôvodu sme schopní používať menšie MOSFETS a systém skončí spoľahlivejším. Existujú tiež výkonné výstupy a poruchy, ktoré môžeme využiť na dohľad nad stavom a riadenie záťaže ďalej po čiare.
Funkčný blokový diagram
Detaily
| V | 2 | 2 | I | Vstup aktívneho logiky pre povolenie zariadenia. Pripája sa k deliteľovi odporu. |
| Uplatňovať | - | 10 | Ten | Výstup s otvoreným odtokom (aktívny vysoký), ktorý signalizuje poruchu preťaženia, čo spôsobuje vypnutie MOSFET. |
| Fltb | 10 | - | Ten | Výstup s otvoreným odtokom (aktívne nízky), ktorý označuje poruchu preťaženia a vypne MOSFET. |
| Brána | 7 | 7 | Ten | Výstup na riadenie brány vonkajšieho MOSFET. |
| GND | 5 | 5 | - | Pripojenie na zem. |
| Vyčlenený | 6 | 6 | I | Monitoruje výkon MOSFET snímaním výstupného napätia. |
| Pg | - | 1 | Ten | Výstup s otvoreným odtokom (aktívny vysoký) označujúci stav energie, založený na napätí MOSFET. |
| Pgb | 1 | - | Ten | Výstup s otvoreným odtokom (aktívne nízky), ktorý signalizuje stav výkonu, určený napätím MOSFET. |
| Progovať | 3 | 3 | I | Nastavuje maximálny rozptyl výkonu MOSFET pripojením odporu z tohto PIN do GND. |
| Zmysel | 8 | 8 | I | Vstup na snímanie prúdu pre monitorovanie napätia cez rezistor medzi VCC a Sense. |
| Časovač | 4 | 4 | I/o | Pripojí sa k kondenzátorovi, aby sa definoval trvanie načasovania porúch. |
| VCC | 9 | 9 | I | Dodáva napájanie a sníma vstupné napätie. |
Schéma obvodu
Popis PIN
V
Keď aplikujeme napätie 1,35 V alebo viac na tento konkrétny PIN, zapne alebo umožňuje spínač pre ovládač brány.
Ak pridáme deliteľ externého odporu, nechá EN PIN pôsobiť ako monitor podvzdušňovania dohliadať na úroveň napätia.
Teraz, keď cyklujeme PIN EN tým, že ho priblížime nízky a potom späť, je to, akoby sme stiahli tlačidlo reset pre TPS24710/11/11/13, najmä ak sa predtým zapadlo kvôli poruchovej podmienke.
Je dôležité, aby sme nenechali tento kolík plávať, musí byť s niečím pripojený.
Uplatňovať
PIN FLT je špeciálne pre varianty TPS24712/13. Tento výstup aktívneho otvoreného odtoku prechádza do stavu vysokej impedancie, keď TPS24712/13 pracuje v aktuálnom limite príliš dlho a spôsobuje vypršanie časovača poruchy.
Ako funguje FLT PIN skutočne, závisí od toho, ktorá verzia IC používame. Pre TPS24712 funguje v režime západky. Na druhej strane TPS24713 pracuje v režime opakovania.
Keď sa nachádzame v režime západky, ak sa časovač chyby vyhodí, vypne externý MOSFET a udržuje kolík FLT v stave otvoreného odvodu. Na resetovanie tohto zaisteného režimu môžeme bicykel buď cyklovať buď EN PIN alebo VCC.
Teraz, ak sa nachádzame v režime opakovania, keď ho vyprší časovač poruchy, najprv vypne externý MOSFET. Potom čaká na šestnásť cyklov časovača nabíjanie a vybíjanie.
Po čakaní sa pokúša reštartovať. Celý tento proces sa opakuje, pokiaľ je chyba stále. V režime opakovania sa kolík FLT stáva otvoreným odtokom kedykoľvek, keď časovač poruchy zakáže externý MOSFET.
Ak máme nepretržitú poruchu, vlna FLT sa zmení na sériu impulzov. Je potrebné poznamenať, že kolík FLT neaktivuje, ak niečo iné zakáže externý MOSFET, ako je EN PIN, vypnutie nadmerného priemyslu alebo výluka podvzdušňovania UVLO. Ak tento kolík nepoužívame, môžeme ho nechať plávať.
Fltb
PIN FLTB je špeciálne pre TPS24710/11. Tento výstup aktívneho nízkeho odvodu s otvoreným odvodom klesne, keď je TPS24710/11/12/13 v aktuálnom limite dostatočne dlhá na to, aby časovač poruchy povedal, že „čas je hore“.
To, ako sa kolík FLTB správa, závisí od verzie IC, ktorú používame. TPS24710 pracuje v režime západky, zatiaľ čo TPS24711 pracuje v režime opakovania.
Ak sa nachádzame v režime západky, časový limit poruchy vypne externý MOSFET a drží špendlík FLTB na nízkej úrovni. Na resetovanie režimu západky môžeme bicyklovať EN alebo VCC. Ak sa nachádzame v režime opakovania, časový limit poruchy najskôr vypne externý MOSFET, potom počkajte šestnásť cyklov nabíjania a vybíjania časovačov a potom sa pokúste reštartovať.
Celý tento proces sa bude opakovať, pokiaľ bude prítomná porucha. V režime opakovania je kolík FLTB vytiahnutý nízko, keď časovač poruchy zakáže externý MOSFET.
Ak dôjde k nepretržitej poruche, vlna FLTB sa stáva sériou impulzov. Majte na pamäti, že kolík FLTB neaktivuje, ak je externý MOSFET deaktivovaný EN nadmerným vypnutím alebo UVLO. Ak tento kolík nepoužívame, môže sa ponechať plávať.
Brána
PIN brány je skutočne dôležitý, pretože takto riadime vonkajší MOSFET, ktorý mu v podstate hovorí, čo má robiť. Aby sme s tým pomohli, existuje nábojové čerpadlo, ktoré poskytuje prúd 30 µA. Tento extra prúd pomáha externému MOSFET dosahovať lepšie výsledky.
Aby ste sa uistili, že napätie medzi bránou a zdrojom nie je príliš vysoké a spôsobuje poškodenie, medzi bránou a VCC je svorka nastavená na 13,9 voltov. Je to obzvlášť dôležité, pretože VCC je zvyčajne veľmi blízko k Vout, keď sa veci bežia normálne.
Keď najprv začíname, zosilňovač transkonduktancie opatrne upraví napätie brány špecifického MOSFET (M1). To pomáha obmedziť prúd Inrush, ktorý je nárastom prúdu, ktorý sa môže stať pri prvom zapnutí.
Počas tejto doby sa časovač nabíja kondenzátor časovača (CT). Toto obmedzenie inrush prúdu pokračuje, až kým rozdiel medzi bránou a VCC neprejde určitým bodom nazývaným aktivačné napätie časovača. Toto napätie je 5,9 voltov, keď je VCC na 12 voltoch.
Akonáhle sa rozdiel napätia prejde cez túto prahovú hodnotu, TPS24710/11/11/13 sa dostane do tzv. Režimu prerušovača obvodu.
Aktivačné napätie časovača funguje ako spúšťač, keď napätie zasiahne, čo nasmeruje operáciu IRUSH, a časovač prestane poskytovať prúd a namiesto toho ho začne klesať.
Teraz v režime prerušovača obvodu neustále sledujeme, ako prúd prechádza rsense a porovnávame ho s limitom na základe schémy MOSFET-limit (pozrite sa na Prog, kde nájdete viac podrobností o tomto).
Ak prúd cez RSENSE prechádza týmto limitom, MOSFET M1 sa vypne, aby ho chránil. PIN brány môže byť tiež deaktivovaný v niekoľkých konkrétnych situáciách.
Brána je stiahnutá dole 11-ma prúdovým zdrojom, keď dôjde k určitým poruchovým podmienkam:
Časovač porúch sa počas poruchy preťaženia došlo mimo času (keď VSense prechádza cez 25 mV).
Napätie Ven klesá pod úroveň nastavenej.
Napätie VVCC patrí pod prahovú hodnotu podvozku (UVLO).
Ak je na výstupe tvrdý skrat, brána je stlačená oveľa silnejším 1 prúdovým zdrojom vo veľmi krátkom čase (13,5 µs).
Stane sa to iba vtedy, ak je rozdiel medzi VCC a zmyslom viac ako 60 MV, čo nám hovorí, že existuje situácia s vypnutím rýchleho výpadku. Po tomto rýchlom vypnutí sa na udržanie externého MOSFET vypína 11-ma prúd.
Nakoniec, ak sa čip príliš horúco presahuje prahovú hodnotu vypnutia nadmernej teploty, je tiež deaktivovaný kolík brány. PIN brány zostane nízko v režime západky pre určité verzie čipu (TPS24710 a TPS24712). Pre ďalšie verzie (TPS24711 a TPS24713) sa pravidelne pokúsi reštartovať.
Jedna dôležitá vec, ktorú si treba pamätať, by sme nemali spájať žiadny externý odpor priamo od kolíka brány k zemi (GND) alebo od kolíka brány k výstupu (von).
GND
PIN GND je celkom jednoduchý, je to miesto, kde sa pripájame k zemi systému. Myslite na to ako na spoločný referenčný bod pre všetky napätia v obvode.
Vyčlenený
PIN je skutočne dôležitý na monitorovanie rozdielu napätia medzi odtokom a zdrojom vonkajšieho MOSFET tiež známeho ako M1. Toto odčítanie napätia je potrebné pre indikátor energie (PG/PGB) a motor obmedzujúci výkon.
Obe sa spoliehajú na presné merania z tohto PIN, aby správne fungovali. Na ochranu kolíka Out pred akýmikoľvek potenciálne poškodzujúcimi zápornými špičkami napätia by sme mali použiť upínaciu diódu alebo dostatok kondenzátorov.
V situáciách, keď je veľa energie, navrhujeme Schottky diódu hodnotenú pri 3 A a 40 V v balíku SMC ako dobré upínacie riešenie.
Musíme tiež obísť kolík na GND pomocou keramického kondenzátora s nízkou impedanciou. Kapacita tohto kondenzátora by mala byť niekde medzi 10 NF a 1 μF.
Pg
PIN PG je špeciálne pre komponenty TPS24712/13. Tento výstup funguje v aktívnom režime, čo znamená, že ide vysoko, keď sú veci dobré a je nastavené ako otvorené odvodenie.
To uľahčuje pripojenie k prevodníkom DC/DC alebo s inými monitorovacími obvodmi.
PIN PG prechádza do stavu s vysokou impedanciou, čo znamená, že je v podstate odpojený, keď napätie FET odtoku k zdroju klesne pod 170 mV. Stáva sa to po krátkom oneskorení 3,4 milisekúnd, aby sa predišlo falošným spúšťačom. Naopak, keď VDS prejde nad 240 mV, vytiahne sa nízko.
Potom, čo VDS M1 zvýši, PG PIN ide do stavu s nízkou impedanciou, čo znamená, že po rovnakom oneskorení 3,4 ms sa aktívne vytiahne nízko. Stáva sa to, keď je brána zatiahnutá do GND kvôli ktorejkoľvek z týchto situácií:
Zisťujeme poruchu preťaženia prúdu, čo znamená v Zmysel je väčší ako 25 mV.
Na výstupe je závažný skrat spôsobujúci V (v Cc -zmysel) byť väčší ako 60 mV, čo naznačuje, že sme dosiahli prah rýchleho výstavby.
Napätie pri V V klesá pod jej stanovenú prahovú hodnotu.
Napätie pri V VCC klesá pod prahovú hodnotu podvzdušňovacieho blokovania (UVLO).
Teplota matrice prechádza nad prahom vypnutia nadmerného teploty (OTSD).
Je dôležité si uvedomiť, že ak nemáte v pláne používať PG PIN, môžete ho jednoducho nechať bez prepojenia. Neovplyvní to činnosť zvyšku obvodu.
Pgb
Určíme PGB PIN špeciálne pre zariadenie TPS24710/11. Tento konkrétny výstup vo svojej prevádzke pracuje s aktívnou nízkou konfiguráciou a charakterizujeme ho pomocou jeho dizajnu otvoreného odtoku, ktorý sme špecificky vytvorili, aby sa mohol spojiť s tými prevodníkmi DC/DC alebo monitorovacími obvodmi, ktoré sú od neho po prúde.
Vidíme, že signál PGB robí prechod a presunie sa do nízkeho stavu, keď pozorujeme, že odtok na zdrojové napätie (VDS) tranzistora terénneho efektu (FET) klesne na úroveň pod 170 mV, k tomu dôjde potom, čo budeme mať deglitchovo oneskorenie, ktoré vydrží 3,4 milisekúnd.
Na druhej strane sa vráti späť a ide do otvoreného odtokového stavu, keď VDS prechádza nad 240 mV. Keď uvidíme zvýšenie VDS M1, niečo, čo sa vyskytuje, keď je brána zatiahnutá na zem za akýchkoľvek okolností, ktoré uvedieme nižšie, PGB potom vstúpi do stavu vysokej impedancie potom, čo sme čakali na to isté oneskorenie 3,4 ms deglitch:
IC zistí poruchu prúdu preťaženia, keď sa zistí, že napätie VSense prechádza nad 25 mV.
Ak IC zistí, že je prítomný závažný skrat výstupu, vie, pretože čítanie V (VCC - Sense) je väčšie ako 60 mV, čo nám hovorí, že prah rýchleho výletu bol porušený.
Všimnite si, že Ven napätia klesne na úroveň pod prahom, ktorý bol určený pre ňu.
Vcc napätie poklesy, ktoré sa pohybujú pod prahovú hodnotu podceňovania pod napätím (UVLO).
Všimnite si, že teplota matrice stúpa, nadol nad prahovú hodnotu nadmerného vypnutia teploty (OTSD).
Je potrebné poznamenať, že môžeme nechať tento kolík bez pripojenia, ak ho nemusíme využívať.
Odpor
Aby sme regulovali maximálny výkon, ktorý umožňujeme vo vonkajšom MOSFET M1 počas týchto podmienok v oblasti inrush, musíme z tohto PIN PGB k zemi pripojiť programovateľný (prog) odpor. Je nevyhnutné, aby sme sa na tento kolík vyhýbali nanášaniu akéhokoľvek napätia.
Ak nepotrebujete konštantný limit energie, mali by ste použiť odpor s progom, ktorý má hodnotu 4,99 kΩ. Aby sme určili, aký je maximálny výkon, môžeme využiť nasledujúcu rovnicu (1):
R Progovať = 3125 / (P Limit * R Zmysel + 0,9 mV * v Cc )
Na účely výpočtu výkonového limitu založeného na RProg, ktorý už existuje, by sme mali uplatniť nasledujúcu PLIM rovnicu (2), ktorá je povoleným limitom výkonu MOSFET M1:
P Limit = 3125 / (r Progovať * R Zmysel ) - (0,9 mV * v (v Cc -Out)) / r Zmysel
V tomto vzorci je RSENSENSE RSENSON MONIGENTING REPESTOR, ktorý je pripojený medzi kolíkom VCC a Sense PIN. RProg je tiež rezistor, ktorý spájame z POG PIN k GND.
Meriame RPROG aj RSENSE v ohmoch a merame PIM vo wattoch. PIM určíme tak, že sa pozrieme na maximálne povolené tepelné napätie MOSFET M1, ktoré nájdeme pomocou inej rovnice:
P Limit <(T J (max) - t C (max) ) / R Θjc (max )
