TPS24710/11/12/13 CIRCUITO DI CONTRITTULER CHOT-SWAP

Regola la corrente di aumento ogni volta che viene installato un componente e protegge dai cortocircuiti e dai problemi di sovracorrente mentre il componente è in uso.

Ciò consente la sostituzione di componenti danneggiati, miglioramenti o manutenzione senza chiudere l'intero sistema, che è fondamentale per sistemi ad alta disponibilità come server e switch di rete.

Panoramica

Nelle applicazioni Hot-SWAP, la funzione principale di TPS2471X è quella di guidare in modo affidabile un MOSFET esterno a canale N a 2,5 V a 18 V. Utilizzo del tempo di guasto e limiti di corrente regolabile, salvaganda la fornitura e il carico dalla corrente eccessiva durante l'avvio.

Inoltre, il circuito garantisce che il MOSFET esterno rimanga all'interno della sua area operativa sicura (SOA). Controlla anche la corrente invocata. Inoltre, utilizzando questo alimentatore di swap a caldo è ora possibile sostituire le parti difettose del circuito di carico senza dover chiudere la potenza di ingresso.

TPS24710/11/12/13 è un tipo di controller che è facile da usare. Viene fatto funzionare con tensioni da 2,5 V a 18 V ed è ciò che chiamano un controller a caldo e questo significa che è in grado di controllare in sicurezza un MOSFET esterno del canale N.

Inoltre possiamo vedere che ha un limite di corrente programmabile e tempo di errore e questi sono lì per mantenere la fornitura e il carico al sicuro da troppa corrente quando stiamo iniziando le cose.

Dopo l'avvio del dispositivo, lasciamo andare le correnti al di sopra del limite che è stato raccolto dall'utente ma solo fino a quando non è stato programmato un timeout. Tuttavia, se ci sono davvero grandi eventi di sovraccarico, disconnetteremo immediatamente il carico dalla fonte.

Il fatto è che la soglia di senso attuale è bassa che è a 25 mV ed è molto accurato, quindi siamo in grado di usare resistori di senso che sono più piccoli e funzionano meglio, il che significa che c'è meno potenza persa e l'impronta è più piccola.

Inoltre, la limitazione della potenza programmabile assicura che il MOSFET esterno funziona sempre all'interno della sua SOA di area operativa sicura.

Per questo motivo siamo in grado di utilizzare MOSFET più piccoli e il sistema finisce per essere più affidabili. Inoltre, ci sono output di potenza e di guasto che possiamo utilizzare per tenere d'occhio lo stato e controllare il carico più in basso.

Diagramma a blocchi funzionale

Dettagli di pinout

Diagramma del circuito

Descrizione del perno

IN

Quando applichiamo una tensione di 1,35 V o più a questo particolare pin EN, si accende o abilita l'interruttore per il driver del gate.

Se aggiungiamo un divisore di resistenza esterna, consente al pin En di agire come un monitor di sottotensione che tiene d'occhio i livelli di tensione.

Ora, se percorriamo il pin EN portandolo basso e poi in alto è come se stessimo premendo il pulsante di ripristino per il TPS24710/11/11/13, specialmente se si è precedentemente bloccato a causa di una condizione di guasto.

È importante che non lasciamo questo perno fluttuante, deve essere collegato a qualcosa.

Flt

Il pin FLT è specifico per le varianti TPS24712/13. Questo output di drenaggio aperto ad alto attivo si svolge in uno stato ad alta impedenza quando il TPS24712/13 ha funzionato nel limite corrente per troppo tempo causando la scadenza del timer di guasto.

Il modo in cui il pin FLT agisce dipende davvero dalla versione dell'IC che stiamo usando. Per TPS24712 funziona in modalità LATCH. D'altra parte il TPS24713 opera in modalità di riproduzione.

Quando siamo in modalità LATCH se il timer di errore si esaurisce, spegne il MOSFET esterno e mantiene il pin FLT in una condizione di drenaggio aperto. Per reimpostare questa modalità bloccata possiamo ciclare il pin EN o il VCC.

Ora, se siamo in modalità di riproduzione quando il timer di guasto scade, spegne per la prima volta il MOSFET esterno. Quindi attende sedici cicli del timer da caricare e scaricare.

Dopo aver aspettato, cerca di riavviare. L'intero processo continua a ripetere fintanto che l'errore è ancora lì. In modalità di riproduzione il pin FLT diventa drenaggio aperto ogni volta che il timer di guasto disabilita il MOSFET esterno.

Se abbiamo un errore continuo, la forma d'onda FLT si trasforma in una serie di impulsi. Vale la pena notare che il pin FLT non si attiva se qualcos'altro disabilita il MOSFET esterno come il pin EN un arresto di sovratemperatura o un blocco di sottotensione UVLO. Se non stiamo usando questo pin possiamo lasciarlo galleggiare.

Fltb

Il pin FLTB è specifico per TPS24710/11. Questa uscita a attiva-drenaggio attivo si abbassa quando il TPS24710/11/12/13 è stato nel limite di corrente abbastanza a lungo da consentire al timer di guasto da dire 'il tempo è scaduto'.

Il comportamento del perno FLTB dipende dalla versione IC che stiamo usando. Il TPS24710 funziona in modalità LATCH mentre il TPS24711 funziona in modalità Ritratta.

Se siamo in modalità di chiusura, un timeout di errore spegnerà il MOSFET esterno e manterrà il perno FLTB basso. Per reimpostare la modalità LATCH possiamo andare in bicicletta EN o VCC. Se siamo in modalità di riproduzione, un timeout di guasto spegnerà prima il MOSFET esterno, attendere sedici cicli di ricarica e scarico del timer e quindi proverebbe a riavviare.

L'intero processo si ripeterà fintanto che è presente l'errore. In modalità di riproduzione il perno FLTB viene abbassato ogni volta che il timer di guasto disabilita il MOSFET esterno.

Se c'è un errore continuo, la forma d'onda FLTB diventa una serie di impulsi. Tieni presente che il pin FLTB non si attiva se il MOSFET esterno è disabilitato dall'interruzione o UVLO di sovratemperatura EN. Se non stiamo usando questo pin, può essere lasciato galleggiare.

CANCELLO

Il perno del gate è davvero importante perché è il modo in cui guidiamo il MOSFET esterno essenzialmente dicendogli cosa fare. Per aiutare con questo c'è una pompa di carica che fornisce una corrente di 30 µA. Questa corrente extra aiuta il MOSFET esterno a comportarsi meglio.

Per assicurarsi che la tensione tra il cancello e la fonte non vada troppo in alto e causano danni, c'è un morsetto impostato a 13,9 volt tra il cancello e il VCC. Ciò è particolarmente importante perché il VCC è di solito molto vicino al vout quando le cose funzionano normalmente.

Quando stiamo iniziando per la prima volta un amplificatore di tranconduttanza regola attentamente la tensione di gate di un MOSFET specifico (M1). Questo aiuta a limitare la corrente di inframobilità che è un aumento della corrente che può accadere quando si accende qualcosa per la prima volta.

Durante questo periodo il perno del timer sta caricando un condensatore timer (CT). Questa limitazione della corrente di inframobilità continua fino a quando la differenza di tensione tra il gate e il VCC passa su un certo punto chiamato tensione di attivazione del timer. Questa tensione è di 5,9 volt quando VCC è a 12 volt.

Una volta che la differenza di tensione supera questa soglia, TPS24710/11/12/13 va in quella che viene chiamata modalità di interruzione.

La tensione di attivazione del timer si comporta come un trigger una volta che la tensione colpisce che si interrompe l'operazione di invoscio e il timer smette di fornire corrente e inizia invece ad affondarla.

Ora in modalità di interruzione di circuiti guardiamo costantemente la corrente che attraversa rsense e lo confrontiamo con un limite basato sullo schema di limite di potenza del MOSFET (controlla Prog per maggiori dettagli su questo).

Se la corrente attraverso rsense passa oltre questo limite, il MOSFET M1 verrà spento per proteggerlo. Il perno del gate può anche essere disabilitato in alcune situazioni specifiche.

Il cancello viene abbattuto da una sorgente di corrente di 11 mA quando si verificano determinate condizioni di guasto:

Il timer di errore si esaurisce durante un errore di sovraccarico di sovraccarico (quando Vsense va oltre 25 mV).

La tensione VEN scende al di sotto del suo livello stabilito.

La tensione VVCC passa al di sotto della soglia di blocco sotto tensione (UVLO).

Se c'è un corto circuito duro all'uscita, il gate viene abbattuto da una sorgente di corrente 1 molto più forte per un tempo molto breve (13,5 µs).

Ciò accade solo se la differenza di tensione tra VCC e senso è più di 60 mV, il che ci dice che esiste una situazione di arresto del viaggio veloce. Dopo questo rapido arresto, viene utilizzata una corrente di 11 MA per mantenere spento il MOSFET esterno.

Infine, se il chip diventa troppo caldo superando la soglia di arresto eccessiva, anche il perno del gate è disabilitato. Il perno del gate rimarrà basso in modalità LATCH per alcune versioni del chip (TPS24710 e TPS24712). Per altre versioni (TPS24711 e TPS24713) proverà periodicamente a riavviare.

Una cosa importante da ricordare che non dovremmo collegare alcun resistenza esterna direttamente dal perno del gate a terra (GND) o dal perno del gate all'uscita (fuori).

GND

Il perno GND è abbastanza semplice, è dove ci colleghiamo al terreno del sistema. Pensalo come il punto di riferimento comune per tutte le tensioni nel circuito.

FUORI

Il perno out è davvero importante per monitorare la differenza di tensione tra il drenaggio e la fonte del MOSFET esterno noto anche come M1. Questa lettura di tensione è necessaria sia per l'indicatore di potenza (PG/PGB) sia per il motore di limitazione della potenza.

Entrambi si basano su misurazioni accurate da questo pin per funzionare correttamente. Per proteggere il perno out da qualsiasi picchi di tensione negativa potenzialmente dannosi, dovremmo usare un diodo di serraggio o abbastanza condensatori.

Per le situazioni in cui c'è molta potenza, suggeriamo un diodo Schottky valutato a 3 A e 40 V in un pacchetto SMC come buona soluzione di serraggio.

Dobbiamo anche bypassare il perno out su GND usando un condensatore in ceramica a bassa impedenza. La capacità di questo condensatore dovrebbe essere da qualche parte tra 10 nf e 1 μf.

Pag

Il pin PG è specifico per i componenti TPS24712/13. Questo output funziona in una modalità attivo, il che significa che va in alto quando le cose sono buone ed è impostata come drenaggio aperto.

Ciò semplifica la connessione a convertitori DC/DC o altri circuiti di monitoraggio.

Il perno PG entra in uno stato ad alta impedenza, il che significa che è essenzialmente disconnesso quando la tensione di drenaggio alla fonte del FET scende sotto i 170 mV. Ciò accade dopo un breve ritardo di 3,4 millisecondi per evitare falsi trigger. Al contrario, si abbasserà quando il VDS supera 240 mV.

Dopo che il VDS di M1 aumenta, il perno PG va in uno stato di impegno a bassa impedenza, il che significa che viene attivamente abbassato dopo lo stesso ritardo di 3,4 ms. Questo accade quando il cancello viene portato su GND a causa di una di queste situazioni:

Rileviamo un errore di corrente di sovraccarico che significa v _SENSO è maggiore di 25 mV.

C'è un corto circuito grave all'uscita che causa V (V _Cc -senso) per essere superiori a 60 mV indicando che abbiamo raggiunto la soglia di arresto del viaggio veloce.

La tensione a V _IN scende sotto la sua soglia impostata.

La tensione a V _VCC scende sotto la soglia di blocco sotto tensione (UVLO).

La temperatura della matrice supera la soglia di arresto eccessivo (OTSD).

È importante ricordare che se non si prevede di utilizzare il pin PG puoi semplicemente lasciarlo non collegato. Non influirà sul funzionamento del resto del circuito.

PGB

Designiamo il pin PGB appositamente per il dispositivo TPS24710/11. Questo particolare output, nel suo funzionamento, funziona con una configurazione bassa attiva e la caratterizzamo dal suo design di drenaggio aperto che abbiamo realizzato specificamente in modo che possa connettersi con quei convertitori DC/DC o circuiti di monitoraggio che sono a valle da esso.

Vediamo che il segnale PGB effettua una transizione, spostandosi a uno stato basso una volta che osserviamo che la tensione di drenaggio alla sorgente (VDS) del transistor dell'effetto campo (FET) scende a un livello inferiore a 170 mV, questo accade dopo che abbiamo un ritardo Deglitch che dura per 3,4 millisecondi.

D'altra parte, ritorna indietro, andando in uno stato di scarico aperto quando i VD superano i 240 mV. Dopo aver visto aumentare i VD di M1, qualcosa che si verifica quando il cancello viene tirato a terra in una qualsiasi delle circostanze che elencheremo di seguito, il PGB entra quindi in uno stato di alta impedenza dopo che abbiamo aspettato lo stesso ritardo Deglitch di 3,4 ms:

L'IC rileva un guasto alla corrente di sovraccarico quando vede che la tensione di Vsense supera i 25 mV.

Se l'IC rileva che è presente un grave cortocircuito in uscita, può dirlo perché la lettura V (VCC - Sense) è maggiore di 60 mV, il che ci dice che la soglia di arresto del viaggio veloce è stata violata.

Osserva che la tensione VEN scende a un livello al di sotto della soglia che è stata designata per esso.

La tensione VCC si immerge, che va sotto la soglia di blocco di tensione (UVLO).

Si noti che la temperatura della matrice aumenta, superando la soglia di arresto della temperatura (OTSD).

Vale la pena notare che possiamo lasciare questo perno non collegato se non abbiamo bisogno di utilizzarlo.

Resistenza prog

Per regolare la massima potenza che consentiamo nel MOSFET esterno M1 durante quelle condizioni di invoscio, dobbiamo collegare un resistore programmabile (PROG) da questo pg PGB a terra. È fondamentale evitare di applicare qualsiasi tensione a questo pin.

Se non hai bisogno di un limite di potenza costante, è necessario utilizzare una resistenza prog che ha un valore di 4,99 kΩ. Per determinare qual è la potenza massima, possiamo utilizzare la seguente equazione (1):

R _Prog = 3125 / (P _Lim * R _SENSO + 0,9 mv * v _Cc )

Ai fini del calcolo del limite di potenza in base a un RPROG che esiste già dovremmo applicare la seguente equazione PLIM (2) che è il limite di potenza consentito di MOSFET M1:

P _Lim = 3125 / (R _Prog * R _SENSO ) - (0,9 mV * V (V _Cc -Out)) / r _SENSO

In questa formula rsense è la resistenza di monitoraggio della corrente di carico collegata tra il pin VCC e il perno di senso. Inoltre, RPROG è il resistore che colleghiamo dal perno PROG a GND.

Misuriamo sia RPROG che rsense in OHM e misuriamo PRIM in Watts. Determiniamo PLIM osservando il massimo sollecitazione termica consentita di MOSFET M1 che possiamo trovare usando un'altra equazione:

P _Lim <(T _{J (max)} - T _{C (max)} ) / R _{Θjc (max} )