Es reguliert den Überspannungsstrom, wenn eine Komponente installiert wird, und schützt vor Kurzstrecken und Überstromproblemen, während die Komponente verwendet wird.
Dies ermöglicht die Substitution beschädigter Komponenten, Verbesserungen oder Wartung, ohne das gesamte System zu schließen, was für Systeme mit hoher Verfügbarkeit wie Server und Netzwerkschalter von entscheidender Bedeutung ist.
Überblick
In Hot-Swap-Anwendungen besteht die primäre Funktion des TPS2471x darin, ein externes N-Kanal-MOSFET bei 2,5 V bis 18 V zuverlässig zu treiben. Verwenden des Fehlerzeitpunkts und der einstellbaren Strombeschränkungen schützt die Versorgung und Last während des Starts vor dem übermäßigen Strom.
Zusätzlich garantiert die Schaltung, dass das externe MOSFET in seinem sicheren Betriebsbereich (SOA) bleibt. Es steuert auch den Einbruch von Strom. Darüber hinaus können Sie mit dieser Hot -Swap -Stromversorgung fehlerhafte Teile des Lastkreises ersetzen, ohne die Eingangsleistung ausschalten zu müssen.
Der TPS24710/11/12/11 ist ein Controller -Typ, der für uns einfach zu verwenden ist. Es wird gemacht, um mit Spannungen von 2,5 V bis 18 V zu arbeiten, und es ist das, was sie als Hot-Swap-Controller bezeichnen, und dies bedeutet, dass es in der Lage ist, einen externen N-Kanal-MOSFET sicher zu steuern.
Außerdem können wir sehen, dass es eine programmierbare Stromlimit und eine Fehlerzeit hat, und diese sind vorhanden, um die Versorgung und die Belastung vor zu viel Strom zu schützen, wenn wir die Dinge starten.
Nach dem Start des Geräts lassen wir die Strömungen über das vom Benutzer ausgewählte Grenzwert hinausgehen, jedoch nur bis eine Zeitüberschreitung, die programmiert wurde. Wenn es jedoch wirklich große Überlastereignisse gibt, werden wir die Last von der Quelle sofort trennen.
Die Sache ist, dass der aktuelle Sinnesschwellenwert niedrig ist und bei 25 mV und sehr genau ist, sodass wir Sinneswiderstände verwenden können, die kleiner sind und besser funktionieren, was bedeutet, dass weniger Kraft verloren und der Fußabdruck kleiner ist.
Darüber hinaus stellt die programmierbare Leistungsbegrenzung sicher, dass das externe MOSFET immer in seinem sicheren Betriebsbereich SOA arbeitet.
Aus diesem Grund sind wir in der Lage, MOSFETs zu verwenden, die kleiner sind und das System zuverlässiger ist. Außerdem gibt es Strom- und Fehlerausgänge, die wir nutzen können, um den Status im Auge zu behalten und die Last weiter unten zu steuern.
Funktionales Blockdiagramm
Pinout -Details
| IN | 2 | 2 | ICH | Aktive-hohe Logikeingabe zum Aktivieren des Geräts. Verbindet sich mit einem Widerstandsteiler. |
| Flt | - - | 10 | DER | Open-Drain-Ausgang (aktivem Hoch), das einen Überlastfehler signalisiert, wodurch das MOSFET ausgeschaltet wird. |
| Fltb | 10 | - - | DER | Open-Drain-Ausgang (aktiv-niedrig), der einen Überlastfehler angibt und das MOSFET ausschaltet. |
| TOR | 7 | 7 | DER | Ausgabe zum Fahren des Tores eines externen MOSFET. |
| GND | 5 | 5 | - - | Bodenverbindung. |
| AUS | 6 | 6 | ICH | Überwacht die MOSFET -Leistung durch Erfassen der Ausgangsspannung. |
| Pg | - - | 1 | DER | Open-Drain-Ausgang (aktives Hoch) anhand der MOSFET-Spannung angeben. |
| PGB | 1 | - - | DER | Open-Drain-Ausgang (aktiv-niedrig), der den Steckdurchgutstatus signalisiert, bestimmt durch MOSFET-Spannung. |
| Prog | 3 | 3 | ICH | Legt die maximale Leistung des MOSFET durch, indem ein Widerstand von diesem Stift mit GND verbindet. |
| SINN | 8 | 8 | ICH | Stromerkennungseingang zur Überwachung der Spannung über einen Shunt -Widerstand zwischen VCC und Sinn. |
| TIMER | 4 | 4 | E/O | Verbunden Sie mit einem Kondensator, um die Dauer des Fehlerzeitpunkts zu definieren. |
| VCC | 9 | 9 | ICH | Liefert Strom und erdenkt die Eingangsspannung. |
Schaltbild
PIN Beschreibung
IN
Wenn wir eine Spannung von 1,35 V oder mehr auf diesen bestimmten EN -Pin auftragen, wird eingeschaltet oder ermöglicht den Schalter für den Gate -Treiber.
Wenn wir einen externen Widerstandsteiler hinzufügen, lässt der EN -Pin wie ein Unterspannungsmonitor wirken, der die Spannungsniveaus im Auge behält.
Wenn wir nun den EN -Pin radeln, indem wir ihn niedrig bringen und dann hoch sind, ist es so, als würden wir die Reset -Taste für die TPS24710/11/12/17 drücken, insbesondere wenn er sich zuvor wegen einer Fehlerbedingung verschärft hat.
Es ist wichtig, dass wir diesen Stift nicht schweben lassen, dass er mit etwas verbunden sein muss.
Flt
Der FLT -Pin ist speziell für die TPS24712/13 -Varianten vorhanden. Dieser aktive Open-Drain-Ausgang wird in einen Hochzeitszustand eingeleitet, wenn der TPS24712/13 zu lange in der Stromgrenze gearbeitet hat, was dazu führt, dass der Fehlertimer abläuft.
Wie der FLT Pin wirkt, hängt wirklich davon ab, welche Version des IC wir verwenden. Für das TPS24712 funktioniert es im Verriegelungsmodus. Andererseits arbeitet der TPS24713 im Wiederholungsmodus.
Wenn wir uns im Verriegelungsmodus befinden, wenn der Fehlertimer ausfällt, schaltet er den externen MOSFET aus und hält den FLT-Stift in einem offenen Zustand. Um diesen verriegelten Modus zurückzusetzen, können wir entweder den EN -Pin oder den VCC radeln.
Wenn wir nun im Wiederholungsmodus sind, wenn der Fehlertimer abläuft, schaltet er zum ersten Mal den externen MOSFET aus. Dann wartet es darauf, dass sechzehn Zyklen des Timers aufgeladen und entlassen.
Nach dem Warten versucht es neu zu starten. Dieser ganze Vorgang wiederholt sich immer wieder, solange der Fehler noch da ist. Im Wiederholungsmodus wird der FLT-Pin jedes Mal offen, wenn der Fehlertimer das externe MOSFET deaktiviert.
Wenn wir einen kontinuierlichen Fehler haben, verwandelt sich die FLT -Wellenform in eine Reihe von Impulsen. Es ist erwähnenswert, dass der FLT -Pin nicht aktiviert wird, wenn etwas anderes das externe MOSFET wie der EN -Pin eingeschaltet wird. Wenn wir diesen Pin nicht verwenden, können wir ihn schwebend lassen.
Fltb
Der FLTB -Pin ist speziell für die TPS24710/11 vorhanden. Diese Ausgabe des aktiven Tiefens von Open-Drain gilt niedrig, wenn der TPS24710/11/12/13 lange genug in der Stromgrenze war, damit der Fehlertimer 'Zeit ist abgelaufen'.
Wie sich der FLTB -Pin verhält, hängt von der IC -Version ab, die wir verwenden. Der TPS24710 funktioniert im Verriegelungsmodus, während der TPS24711 im Wiederholungsmodus funktioniert.
Wenn wir uns im Verriegelungsmodus befinden, schaltet ein Fehler -Timeout das externe MOSFET aus und hält den FLTB -Pin niedrig. Um den Verriegelungsmodus zurückzusetzen, können wir die EN oder VCC radeln. Wenn wir uns im Wiederholungsmodus befinden, schaltet ein Fehler -Timeout zunächst das externe MOSFET aus, dann warten Sie auf sechzehn Zyklen von Timerladungen und Entladungen und versuchen Sie dann neu zu starten.
Dieser ganze Vorgang wird sich wiederholen, solange der Fehler vorhanden ist. Im Wiederholungsmodus wird der FLTB -Pin niedrig gezogen, wenn der Fehlertimer das externe MOSFET deaktiviert.
Wenn es einen kontinuierlichen Fehler gibt, wird die FLTB -Wellenform zu einer Reihe von Impulsen. Beachten Sie, dass der FLTB -Pin nicht aktiviert wird, wenn das externe MOSFET durch das EN -Schaltwerk oder UVLO deaktiviert wird. Wenn wir diesen Stift nicht verwenden, kann er schwebend sein.
TOR
Der Torstift ist wirklich wichtig, da wir das externe MOSFET im Wesentlichen sagen, was zu tun ist. Um dies zu helfen, gibt es eine Ladungspumpe, die einen Strom von 30 µA ergibt. Dieser zusätzliche Strom hilft dem externen MOSFET, besser abzuschneiden.
Um sicherzustellen, dass die Spannung zwischen dem Tor und der Quelle nicht zu hoch ist und Schäden verursachen, liegt eine Klemme auf 13,9 Volt zwischen Gate und VCC. Dies ist besonders wichtig, da VCC in der Regel sehr nahe an Vout liegt, wenn die Dinge normal laufen.
Wenn wir zum ersten Mal einen Transkonduktanzverstärker starten, passt die Gate -Spannung eines bestimmten MOSFET (M1) sorgfältig ein. Dies hilft, den Einschaltstrom einzuschränken, der eine Strömungssteigung darstellt, die passieren kann, wenn Sie etwas zum ersten Mal einschalten.
Während dieser Zeit lädt der Timer -Stift einen Timer -Kondensator (CT) auf. Diese Begrenzung des Einschaltstroms setzt sich fort, bis die Spannungsdifferenz zwischen dem Gate und dem VCC einen bestimmten Punkt übergeht, der als Timer -Aktivierungsspannung bezeichnet wird. Diese Spannung beträgt 5,9 Volt, wenn VCC bei 12 Volt ist.
Sobald der Spannungsunterschied über diesen Schwellenwert geht, geht der TPS24710/11/12/17 in den sogenannten Schaltungs-Breaker-Modus.
Die Timer -Aktivierungsspannung wirkt wie ein Auslöser, sobald die Spannung trifft, dass der Inrush -Betrieb beendet, und der Timer stoppt, dass Strom ansteigt, und beginnt stattdessen zu versenken.
Jetzt im Circuit-Breaker-Modus beobachten wir ständig den Strom, der RSense durchläuft und es mit einer Grenze verglichen, die auf dem Power-Limit-Schema des MOSFET basiert (weitere Informationen dazu finden Sie weiter).
Wenn der Strom durch RSense über dieses Grenzwert geht, wird der MOSFET M1 ausgeschaltet, um ihn zu schützen. Der Gate -Stift kann auch in einigen spezifischen Situationen deaktiviert werden.
Das Tor wird von einer Stromquelle von 11 ma heruntergezogen, wenn bestimmte Fehlerbedingungen auftreten:
Der Fehlertimer hat die Zeit während eines Überlaststromfehlers (wenn Vsense über 25 mV geht).
Die Spannungsven fällt unter den festgelegten Niveau.
Der Spannungs-VVCC geht unter die UVLO-Schwelle (UVLO) unter Volt.
Wenn der Ausgang einen harten Kurzschluss vorliegt, wird das Tor für eine sehr kurze Zeit (13,5 µs) von einer viel stärkeren 1 -Stromquelle heruntergezogen.
Dies geschieht nur, wenn der Spannungsunterschied zwischen VCC und Sense mehr als 60 MV beträgt, was uns sagt, dass es eine schnelle Stillstandssituation gibt. Nach diesem schnellen Abschalten wird ein 11-ma-Strom verwendet, um das externe MOSFET ausgeschaltet zu halten.
Wenn der Chip schließlich zu heiß wird, über den Über-Temperatur-Abschaltschwellenwert ist der Gate-Pin ebenfalls deaktiviert. Der Gate -Stift bleibt im Verriegelungsmodus für bestimmte Versionen des Chip (TPS24710 und TPS24712) niedrig. Für andere Versionen (TPS24711 und TPS24713) wird regelmäßig versucht, neu zu starten.
Eine wichtige Sache, die wir uns daran erinnern sollten, sollten wir keinen externen Widerstand direkt vom Gate -Stift mit dem Masse (GND) oder vom Gate -Stift zum Ausgang (OUT) anschließen.
GND
Der GND -Pin ist ziemlich einfach, wo wir uns mit dem System des Systems verbinden. Betrachten Sie es als den gemeinsamen Bezugspunkt für alle Spannungen in der Schaltung.
AUS
Der Out -Pin ist wirklich wichtig für die Überwachung des Spannungsunterschieds zwischen Abfluss und Quelle des externen MOSFET, das auch als M1 bezeichnet wird. Dieser Spannungswert ist sowohl für den Power-Good-Indikator (PG/PGB) als auch für den limitierenden Motor erforderlich.
Beide stützen sich auf genaue Messungen aus diesem Stift, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Um den Out Pin vor potenziell schädlichen negativen Spannungsspitzen zu schützen, sollten wir eine Klemmdiode oder genügend Kondensatoren verwenden.
In Situationen, in denen viel Strom vorhanden ist, empfehlen wir eine Schottky -Diode mit 3 A und 40 V in einem SMC -Paket als gute Klemmlösung.
Wir müssen auch den Out Pin nach GND unter Verwendung eines Keramikkondensators mit niedriger Impedanz umgehen. Die Kapazität dieses Kondensators sollte irgendwo zwischen 10 NF und 1 μF liegen.
Pg
Der PG Pin ist speziell für die TPS24712/13 -Komponenten vorhanden. Diese Ausgabe funktioniert in einem aktiven High-Modus, was bedeutet, dass er hoch ist, wenn die Dinge gut sind und als offenes Drain eingerichtet sind.
Auf diese Weise können Sie einfach eine Verbindung zu DC/DC -Konvertern oder anderen Überwachungsschaltungen herstellen.
Der PG-Pin geht in einen Zustand mit hoher Impedanz, was bedeutet, dass er im Wesentlichen getrennt wird, wenn die Abfluss-zu-Quellen-Spannung des FET unter 170 mV geht. Dies geschieht nach einer kurzen Verzögerung von 3,4 Millisekunden, um falsche Auslöser zu vermeiden. Umgekehrt wird es niedrig, wenn die VDs über 240 mV liegen.
Nachdem die VDS von M1 erhöht wird, geht der PG-Stift in einen Zustand mit niedrigem Impedanz, was bedeutet, dass er nach derselben 3,4-ms-Verzögerung aktiv gezogen wird. Dies geschieht, wenn das Tor aufgrund einer dieser Situationen an GND gezogen wird:
Wir erkennen einen Überlastungsstromfehler, was V bedeutet v SINN ist größer als 25 mV.
Es gibt einen starken Kurzschluss am Ausgang, der V (V) verursacht CC -Sinn) um mehr als 60 mV zu sein, was darauf hinweist, dass wir die Fast-Trip-Abschaltschwelle erreicht haben.
Die Spannung bei v IN fällt unter seine festgelegte Schwelle.
Die Spannung bei v VCC fällt unter den UVLO-Schwellenwert (UVLO).
Die Temperatur des Sterbchens liegt über dem OTDD-Schwellenwert (Overperature Shutdown).
Es ist wichtig zu beachten, dass Sie, wenn Sie nicht vorhaben, den PG -Pin zu verwenden, einfach nicht verbunden bleiben können. Es wird den Betrieb des Restes der Schaltung nicht beeinflussen.
PGB
Wir bezeichnen den PGB -Pin speziell für das Gerät TPS24710/11. Diese spezielle Ausgabe funktioniert in seinem Betrieb mit einer aktiven niedrigen Konfiguration, und wir charakterisieren sie durch das offene Drain -Design, das wir speziell hergestellt haben, damit er mit diesen DC/DC -Wandlern oder Überwachungsschaltungen, die stromabwärts von ihm sind, eine Verbindung herstellen können.
Wir sehen, dass das PGB -Signal einen Übergang macht und sich in einen niedrigen Zustand bewegt, sobald wir feststellen, dass der Abfluss zur Quellspannung (VDS) des Feldeffekttransistors (FET) auf ein Niveau unter 170 mV sinkt. Dies geschieht, nachdem wir eine Deglitch -Verzögerung haben, die für 3,4 Millisekunden dauert.
Andererseits kehrt es zurück und geht in einen offenen Abflusszustand, wenn die VDS über 240 mV liegen. Nachdem wir die VDS von M1 erhöhen sehen, ist etwas, das auftritt, wenn das Tor unter den Umständen, die wir unten auflisten werden, auf den Boden gezogen wird. Die PGB tritt dann in einen Zustand mit hoher Impedanz ein, nachdem wir auf die gleiche 3,4 -ms -Deglitch -Verzögerung gewartet haben:
Das IC erkennt einen Überlaststromfehler, wenn die Vsense -Spannung über 25 mV liegt.
Wenn das IC feststellt, dass ein schwerer Ausgangskurzschluss vorhanden ist, kann dies erkennen, da die Lesart von V (VCC - Sense) größer als 60 mV ist, was uns zeigt, dass die schnelle Abschaltdown -Schwelle für die Auslassung verletzt wurde.
Beachten Sie, dass die Spannung Ven auf ein Level unter dem dafür ausgewiesenen Schwellenwert fällt.
Die VCC -Spannung fällt unter den Schwellenwert der Unterspannungssperrung (UVLO).
Beachten Sie, dass die Temperatur steigt und über den OTD -Schwellenwert (Overtemy Shutdown) liegt.
Es ist erwähnenswert, dass wir diesen Stift nicht miteinander verbunden lassen können, wenn wir ihn nicht verwenden müssen.
Prog -Widerstand
Um die maximale Leistung zu regulieren, die wir in den externen MOSFET -M1 unter diesen Inschusses zulassen, müssen wir einen programmierbaren (Prog-) Widerstand von diesem Pin PGB an den Boden anschließen. Es ist entscheidend, dass wir es vermeiden, eine Spannung auf diesen Stift anzuwenden.
Wenn Sie keine konstante Leistungsgrenze benötigen, sollten Sie einen Prog -Widerstand mit einem Wert von 4,99 kΩ verwenden. Um festzustellen, was die maximale Leistung ist, können wir die folgende Gleichung (1) verwenden:
R Prog = 3125 / (p) Lim * R SINN + 0,9 mV * v CC )
Zur Berechnung der Leistungsgrenze basierend auf einem RPROG, das bereits vorhanden ist, sollten wir die folgende PLIM -Gleichung (2) anwenden, die die zulässige Leistungsgrenze von MOSFET M1 ist:
P Lim = 3125 / (r Prog * R SINN ) - (0,9 mV * V (v) CC -Out)) / r SINN
In dieser Formel ist Rsense der Laststromüberwachungswiderstand, der zwischen dem VCC -Stift und dem Sinnesstift verbunden ist. Außerdem ist RPROG der Widerstand, den wir vom Prog Pin mit GND verbinden.
Wir messen sowohl RPROG als auch RSENSE in OHMs und messen Plim in Watts. Wir bestimmen PLIM, indem wir die maximal zulässige thermische Spannung von MOSFET M1 betrachten, die wir unter Verwendung einer anderen Gleichung finden können:
P Lim <(T J (max) - T C (max) ) / R Θjc (max )
