(modro V FLT, rumeno V IN, rdeče I OUT, zeleno V OUT)
Prekomerni tok in kratek stik obremenitve na napajalno napetost sta najtežja dogajanja, s katerimi se moramo soočiti med delovanjem digitalnega izhoda. V teh slabih dogodkih morajo izhodne stopnje preživeti, ko razpršijo vso povezano energijo. Poleg obremenitev, priključenih na izhodne stopnje, je treba zaščititi pred vrhom toka, ki bi lahko dosegel nepričakovane vrednosti.
Za varno upravljanje zelo visokih vrhov tokov med kratkim stikom izhodov na napajalno napetost je na čipu vgrajen blok omejevanja toka. Posledično je dovoljen le trenutni skok za kratek čas; ravno čas, potreben za poseg v tokovno omejevalno vezje, zato obrezovanje največjega izhodnega toka z zunanjim uporom.
Enako je med močnim preobremenitvijo. Notranje omejen izhodni tok pa ni dovolj; če kratek stik ali trajanje preobremenitve traja v določenem času, postane moč, ki se razprši tako v napravi kot v obremenitvi, pomembna, kar povzroči pregrevanje, ki lahko uniči napravo in / ali obremenitev.
Zaradi tega je bil na čip vgrajen "nedisipativni blok kratkega stika", ki omejuje trajanje trenutnih omejitvenih pogojev preobremenjenih kanalov. Trajanje, imenovano Cut-off current delay delay (T Coff,), se nastavi z zunanjim uporom (R CoD), ki je povezan med zatičem CoD in ozemljitvijo SGND. Po tem času kanali nekaj časa počivajo v položaju OFF, imenovani čas zakasnitve ponovnega zagona stopnje moči (tres), da bi se izognili poslabšanju tiskanega vezja v primeru velikega števila kanalov v pogojih preobremenitve in zmanjšali energijo, ki teče v napravi in obremenitve.
Če med T Coff temperatura spoja preobremenjenih kanalov doseže notranje nastavljeno vrednost (T JSD), toplotni zaščitni bloki spojnic, po en za vsak kanal, izklopite kanale. Znova se zaženejo šele, ko se Tj vrne pod prag ponastavitve.
Možno je onemogočiti "nedipativni blok kratkega stika", ki na kratko poveže zatič CoD z ozemljitveno ravnino SGND, zato je v IPS4260L aktivna samo toplotna zaščita spoja.
(rdeča V FLT, modra I OUT)
Na slikah 9 in 10 valovne oblike sporočajo izhodni tok (Iout) v enem kanalu in diagnostično napetost (V FLT) v pogojih kratkega stika; kot lahko vidite na obeh slikah, je izhodni tok po kratkem piku omejen na fiksno vrednost.
Na sliki 9 poleg tega poročamo še izhodno napetost ustreznega kanala in vhodno napetost, ki sledi valovni obliki napetosti napake, ker se v diagnostične namene uporabljajo vhodni zatiči IPS4260L.
Na sl. 10, ko je onemogočena funkcija "nedisipativnega bloka kratkega stika", vidimo, da je potreben prvi dolg korak, da dosežemo izklop toplotnega križišča. Po tem se preobremenjeni kanal izklopi, tako da se izhodni omejeni tok izniči. Diagnostični signal preobremenjenega kanala je običajno visok, dokler ga termična zaščita ne izklopi, takrat se diagnostika v zatiču FLT in ustreznem vhodnem zatiču spusti, tako da signalizira toplotni poseg. Običajno delovanje se znova zažene, ko se temperatura priključka T J vrne pod prag ponastavitve T JSD - T JHYST in cikel se začne znova.
Obnašanje s kapacitivno obremenitvijo
(rumeni Vout, modri Iout, rdeči Vflt)
IPS4260L lahko brez težav vozi tudi kapacitivno obremenitev; lahko poganja kondenzatorje z zelo veliko kapacitivnostjo. Na sliki 11 so prikazane valovne oblike, ki poganjajo kondenzator 3,3 mF / 63 V. Zaradi velike kapacitivnosti je izhodni tok med polnjenjem kondenzatorja trenutno omejen, tako da ne vidimo dejanskega polnilnega toka, temveč omejevalni tok, ki ga upor nastavi zunaj. Po T Cooflahko vidite intervencijo "nedisipativne zaščite pred kratkim stikom", tako da je obremenjena izhodna moč izklopljena kot tudi pri preobremenitvi ali kratkem stiku. Ko je kondenzator skoraj popolnoma napolnjen, tok pade pod nastavljeno omejitev toka: to je jasno prikazano na sliki 13, kjer lahko sredi modre barvne oblike opazite nenadno spremembo naklona polnilnega toka, dokler ne doseže ničelne vrednosti (kondenzator popolnoma napolnjena). Ko je izhodni kondenzator napolnjen in oddate vhodu nizko napetost, vedenje OL-zatiča ustreza napetosti kratkega stika do GND zaradi napetosti na njem. To pomeni, da se v izklopljenem stanju (nizka vhodna napetost) zmanjša diagnostični signal zatiča OL (običajno visok) (glej tabelo resnic na sliki 12).
(rumeni Vout, modri Iout, rdeči Vflt)
VI. Zaključek
Predstavljena so pametna monolitna štirikotna stikala s spodnjim bokom. Novo inteligentno stikalo za vklop (IPS) zagotavlja izboljšano natančnost, da zmanjša izgube energije in prepreči sistemske napake v primeru napak. Te prednosti dosežemo z najnovejšo generacijo ST-jeve tehnologije Multipower-BCD, ki omogoča programabilno omejitev toka preobremenitve, da ohranja stabilne pogoje moči med obnavljanjem sistema.
Z integrirano rešitvijo za štiri izhodne kanale IPS4260L tudi poenostavi zasnovo, poveča zanesljivost in prihrani prostor na plošči. Ta nova štirikanalna IC je pomemben dodatek ST-jevemu portfelju industrijskih IPS-jev, ki že vključuje enojne, dvojne, štiri-in osmekanalne visokostranske naprave.
Reference
“IPS4260L Quad nizkostransko inteligentno stikalo za vklop,“ Datasheet, www.st.com.
»UM2297: Začetek uporabe STEVAL-IFP029V1 za visokohitrostni štirikotni gonilnik IPS4260L z namenskim GUI« Uporabniški priročnik, www.st.com.
O avtorju
Michelangelo Marchese
Starejši tehnični inženir trženja
Inteligentna napajalna stikala (IPS) in izdelki IO-Link
Oddelek za industrijsko in pretvorbo moči
STMicroelectronics