(blu V FLT, jaune V IN, rouge I OUT, vert V OUT)
La surintensité et le court-circuit de la charge à la tension d'alimentation sont les événements les plus durs auxquels nous devons faire face pendant le fonctionnement de la sortie numérique. Dans ces mauvais événements, les étages de sortie doivent survivre en dissipant toute l'énergie associée. Outre les charges, connectées aux étages de sortie, doivent être protégées du pic de courant qui pourrait atteindre des valeurs inattendues.
Afin de gérer en toute sécurité des pics de courant très élevés lors d'un court-circuit des sorties vers la tension d'alimentation, un bloc de limitation de courant est intégré sur la puce. En conséquence, seule une pointe de courant pendant une courte période est autorisée; juste le temps nécessaire pour intervenir sur les circuits de limitation de courant, afin d'ajuster le courant de sortie maximum à l'aide d'une résistance externe.
Il en est de même lors d'une surcharge importante. Cependant, le courant de sortie limité en interne n'est pas suffisant; en effet, si la durée du court-circuit ou de la surcharge dure pendant le temps, la puissance dissipée dans l'appareil ainsi que dans la charge, devient importante provoquant ainsi une surchauffe susceptible de détruire l'appareil et / ou la charge impliquée.
En raison de ce "bloc de court-circuit non dissipatif" a été intégré sur la puce qui limite la durée de la condition de limitation de courant des canaux surchargés. La durée, nommée Temps de retard du courant de coupure (T Coff,), est définie par une résistance externe (R CoD) connectée entre la broche CoD et le plan de masse SGND. Après ce temps, les canaux restent sur OFF pendant un certain temps, appelé temps de retard de redémarrage de l'étage de puissance (tres), pour éviter la dégradation du PCB en cas de grand nombre de canaux dans des conditions de surcharge et pour réduire l'énergie qui circule dans les deux appareils et charges.
Si, pendant le T Coff, la température de jonction des canaux surchargés atteint une valeur réglée en interne (T JSD), la protection thermique de jonction bloque, un pour chaque canal, éteint les canaux. Ils ne redémarrent que lorsque Tj revient sous le seuil de réinitialisation.
Il est possible de désactiver le «bloc de court-circuit non dissipatif» reliant la broche CoD en court-circuit au plan de masse SGND, ainsi seule la protection thermique de jonction est active dans l'IPS4260L.
(rouge V FLT, bleu I OUT)
Sur les figures 9 et 10, les formes d'onde indiquent le courant de sortie (Iout), dans un canal, et la tension de diagnostic (V FLT) pendant les conditions de court-circuit; comme vous pouvez le voir sur les deux figures, le courant de sortie, après une courte pointe, est limité à une valeur fixe.
Dans la figure 9, en outre, nous rapportons la tension de sortie du canal concerné et la tension d'entrée qui suivent la forme d'onde de la tension de défaut car les broches d'entrée de l'IPS4260L sont utilisées à des fins de diagnostic.
En figue. 10, lorsque la fonction de «bloc de court-circuit non dissipatif» est désactivée, nous voyons qu'il faut un premier pas long pour atteindre l'arrêt de la jonction thermique. Après cela, le canal surchargé est désactivé, ce qui permet de mettre à zéro le courant limité de sortie. Le signal de diagnostic du canal surchargé est normalement haut jusqu'à ce que l'intervention de protection thermique la coupe, à ce moment le diagnostic dans la broche FLT et dans la broche d'entrée correspondante passe à l'état bas, signalant ainsi l'intervention thermique. Le fonctionnement normal redémarre lorsque la température de jonction, T J, redescend sous le seuil de réinitialisation, T JSD - T JHYST, et le cycle recommence.
Comportement avec charge capacitive
(Vout jaune, Iout bleu, Vflt rouge)
IPS4260L peut également piloter une charge capacitive sans problèmes; il est capable de piloter des condensateurs à très haute capacité. Sur la figure 11, des formes d'onde sont signalées pilotant un condensateur de 3,3 mF / 63 V. En raison de la grande capacité, le courant de sortie pendant la charge du condensateur est en limitation de courant, de sorte que nous ne voyons pas le courant de charge réel mais le courant de limitation réglé en externe par la résistance. Après le T Coofvous pouvez voir l'intervention «protection non dissipative contre les courts-circuits», de sorte que la sortie de puissance chargée est désactivée ainsi que par surcharge ou court-circuit. Lorsque le condensateur est presque complètement chargé, le courant passe en dessous de la limitation de courant réglée: cela est clairement montré dans la figure 13 où vous pouvez observer au milieu de la forme d'onde de couleur bleue un changement soudain de pente du courant de charge jusqu'à atteindre la valeur zéro (condensateur complètement chargé). Lorsque le condensateur de sortie est chargé et que vous donnez une basse tension à l'entrée, le comportement de la broche OL correspond au cas de court-circuit à GND, en raison de la tension dessus. Cela signifie qu'à l'état OFF (tension d'entrée basse), le signal de diagnostic de la broche OL (normalement haut) passe à l'état bas (voir la table de vérité à la figure 12).
(Vout jaune, Iout bleu, Vflt rouge)
VI. Conclusion
Un commutateur à quatre côtés bas monolithiques intelligents a été présenté. Le nouveau commutateur d'alimentation intelligent (IPS) offre une précision améliorée pour minimiser les pertes d'énergie et éviter les erreurs du système en cas de panne. Ces avantages sont obtenus grâce à la technologie Multipower-BCD de dernière génération de ST, qui permet à une limite de courant de surcharge programmable de maintenir des conditions d'alimentation stables pendant la récupération du système.
En fournissant une solution intégrée pour quatre canaux de sortie, l'IPS4260L simplifie également la conception, améliore la fiabilité et économise de l'espace sur le circuit imprimé. Ce nouveau circuit intégré à quatre canaux est un ajout important au portefeuille d'IPS industriels de ST, qui comprend déjà des dispositifs high side à simple, double, quad et octal canaux.
Références
«Commutateur d'alimentation intelligent IPS4260L Quad Low Side» , fiche technique, www.st.com.
«UM2297: Premiers pas avec le STEVAL-IFP029V1 pour pilote IPS4260L high speed quad low-side avec interface graphique dédiée», www.st.com.
A propos de l'auteur
Michel-Ange Marchese
Ingénieur marketing technique principal
Interrupteurs de puissance intelligents (IPS) et produits IO-Link
Division de la conversion industrielle et de l'alimentation
STMicroelectronics