TPS24710/11/12/13 Sirkuit Pengontrol Hot-Swap Dijelaskan

Ini mengatur arus lonjakan setiap kali komponen dipasang dan melindungi dari sirkuit pendek dan masalah arus berlebih saat komponen sedang digunakan.

Ini memungkinkan penggantian komponen yang rusak, peningkatan, atau pemeliharaan tanpa mematikan seluruh sistem, yang sangat penting untuk sistem ketersediaan tinggi seperti server dan sakelar jaringan.

Ringkasan

Dalam aplikasi hot-swap, fungsi utama TPS2471X adalah untuk menggerakkan MOSFET N-channel eksternal pada 2,5 V hingga 18 V. Menggunakan waktu kesalahan dan batasan arus yang dapat disesuaikan, ini melindungi pasokan dan memuat dari arus yang berlebihan selama startup.

Selain itu, sirkuit menjamin bahwa MOSFET eksternal tetap berada di dalam area operasi yang aman (SOA). Ini mengendalikan arus inrush juga. Selain itu menggunakan catu daya swap panas ini, Anda sekarang dapat mengganti bagian yang salah dari sirkuit beban tanpa harus mematikan daya input.

TPS24710/11/12/13 adalah jenis pengontrol yang mudah untuk kita gunakan. Ini dibuat untuk bekerja dengan tegangan dari 2,5 V hingga 18 V dan itulah yang mereka sebut pengontrol hot-swap dan ini berarti dapat mengontrol MOSFET N-channel eksternal dengan aman.

Kita juga dapat melihat bahwa ia memiliki batas arus yang dapat diprogram dan waktu kesalahan dan ini ada untuk menjaga pasokan dan memuat tetap aman dari terlalu banyak arus ketika kita memulai segalanya.

Setelah perangkat dimulai, kami membiarkan arus melampaui batas yang diambil oleh pengguna tetapi hanya sampai batas waktu yang telah diprogram terjadi. Namun jika ada acara kelebihan beban yang sangat besar, kami akan segera memutuskan beban dari sumbernya.

Masalahnya adalah ambang indera saat ini rendah pada 25mV dan sangat akurat sehingga kami dapat menggunakan resistor indera yang lebih kecil dan bekerja lebih baik yang berarti ada lebih sedikit daya yang hilang dan jejak kaki lebih kecil.

Selain itu, pembatasan daya yang dapat diprogram memastikan MOSFET eksternal selalu bekerja di dalam area operasi yang aman SOA.

Karena itu kami dapat menggunakan MOSFET yang lebih kecil dan sistem akhirnya lebih dapat diandalkan. Juga ada output daya dan kesalahan yang dapat kita gunakan untuk mengawasi status dan mengendalikan beban lebih jauh ke bawah.

Diagram blok fungsional

Detail Pinout

Diagram Sirkuit

Deskripsi pin

DI DALAM

Saat kami menerapkan tegangan 1,35 V atau lebih ke pin en khusus ini menyala atau memungkinkan sakelar untuk driver gerbang.

Jika kita menambahkan pembagi resistor eksternal, itu memungkinkan en pin bertindak seperti monitor undervoltage yang mengawasi tingkat tegangan.

Sekarang jika kita bersepeda en pin dengan membawanya rendah dan kemudian kembali seperti itu seperti kita menekan tombol reset untuk TPS24710/11/12/13 terutama jika sebelumnya telah mengaitkan karena kondisi kesalahan.

Penting bagi kita untuk tidak membiarkan pin ini mengambang itu perlu dihubungkan dengan sesuatu.

Flt

Pin FLT khusus untuk varian TPS24712/13. Output drain terbuka tertinggi aktif ini masuk ke keadaan impedansi tinggi ketika TPS24712/13 telah bekerja dalam batas saat ini terlalu lama menyebabkan pengatur waktu kesalahan berakhir.

Bagaimana aksi FLT pin sangat tergantung pada versi IC mana yang kami gunakan. Untuk TPS24712 berfungsi dalam mode kait. Di sisi lain TPS24713 beroperasi dalam mode RETRY.

Ketika kita berada dalam mode kait jika timer kesalahan habis, matikan itu mematikan MOSFET eksternal dan menjaga pin FLT dalam kondisi drain terbuka. Untuk mengatur ulang mode terkunci ini, kita dapat bersepeda baik EN PIN atau VCC.

Sekarang jika kita berada dalam mode coba lagi ketika timer kesalahan kedaluwarsa, pertama -tama mematikan MOSFET eksternal. Kemudian menunggu enam belas siklus timer untuk mengisi dan keluar.

Setelah menunggu, ia mencoba memulai kembali. Seluruh proses ini terus mengulangi selama kesalahan masih ada. Dalam mode coba lagi pin FLT menjadi drain terbuka kapan saja timer kesalahan menonaktifkan MOSFET eksternal.

Jika kita memiliki kesalahan kontinu, bentuk gelombang FLT berubah menjadi serangkaian pulsa. Perlu dicatat bahwa PIN FLT tidak aktif jika ada hal lain yang menonaktifkan MOSFET eksternal seperti EN PIN shutdown overemperature atau lockout undervoltage UVLO. Jika kita tidak menggunakan pin ini, kita bisa membiarkannya mengambang.

Fltb

Pin FLTB khusus untuk TPS24710/11. Output drain terbuka-rendah aktif ini menjadi rendah ketika TPS24710/11/12/13 telah dalam batas saat ini cukup lama untuk pengatur waktu kesalahan untuk mengatakan 'waktu sudah habis'.

Bagaimana pin FLTB berperilaku tergantung pada versi IC yang kami gunakan. TPS24710 bekerja dalam mode kait sementara TPS24711 bekerja dalam mode RETRY.

Jika kita berada dalam mode kait, batas waktu kesalahan akan mematikan MOSFET eksternal dan menahan pin FLTB rendah. Untuk mengatur ulang mode kait, kita dapat bersepeda EN atau VCC. Jika kita dalam mode coba lagi, batas waktu kesalahan akan mematikan MOSFET eksternal, lalu tunggu enam belas siklus pengisian dan pelepasan pengatur waktu dan kemudian coba restart.

Seluruh proses ini akan berulang selama kesalahan hadir. Dalam mode coba lagi, pin FLTB ditarik rendah setiap kali timer kesalahan menonaktifkan MOSFET eksternal.

Jika ada kesalahan kontinu, bentuk gelombang FLTB menjadi serangkaian pulsa. Perlu diingat pin FLTB tidak aktif jika MOSFET eksternal dinonaktifkan oleh shutdown overemperature atau uvlo. Jika kita tidak menggunakan pin ini, itu bisa dibiarkan mengambang.

GERBANG

Pin gerbang sangat penting karena itu adalah bagaimana kita menggerakkan MOSFET eksternal pada dasarnya mengatakan apa yang harus dilakukan. Untuk membantu dengan ini ada pompa pengisian daya yang memberikan arus 30 μA. Arus ekstra ini membantu MOSFET eksternal berkinerja lebih baik.

Untuk memastikan tegangan antara gerbang dan sumber tidak terlalu tinggi dan menyebabkan kerusakan ada penjepit yang ditetapkan pada 13,9 volt antara gerbang dan VCC. Ini sangat penting karena VCC biasanya sangat dekat dengan Vout ketika semuanya berjalan secara normal.

Ketika kita pertama kali memulai penguat transkonduktansi dengan hati -hati menyesuaikan tegangan gerbang MOSFET tertentu (M1). Ini membantu membatasi arus masuk yang merupakan lonjakan arus yang dapat terjadi ketika Anda pertama kali menyalakan sesuatu.

Selama waktu ini pin timer sedang mengisi kapasitor timer (CT). Pembatasan arus inrush ini berlanjut sampai perbedaan tegangan antara gerbang dan VCC melewati titik tertentu yang disebut tegangan aktivasi timer. Tegangan ini adalah 5,9 volt ketika VCC berada pada 12 volt.

Setelah perbedaan tegangan melampaui ambang batas ini, TPS24710/11/12/13 masuk ke apa yang disebut mode pemutus sirkuit.

Tegangan aktivasi timer bertindak seperti pemicu begitu tegangan mencapai titik operasi inrush berhenti dan timer berhenti menyediakan arus dan mulai tenggelam sebagai gantinya.

Sekarang dalam mode sirkuit-pemutus kami terus-menerus menonton arus melalui rSense dan membandingkannya dengan batas berdasarkan skema batas daya MOSFET (lihat Prog untuk detail lebih lanjut tentang ini).

Jika arus melalui rSense melampaui batas ini, MOSFET M1 akan dimatikan untuk melindunginya. Pin gerbang juga dapat dinonaktifkan dalam beberapa situasi tertentu.

Gerbang ditarik ke bawah oleh sumber arus 11-ma ketika kondisi kesalahan tertentu terjadi:

Pengatur waktu kesalahan kehabisan waktu selama kesalahan arus kelebihan beban (ketika vSense lebih dari 25 mV).

Tegangan ven turun di bawah level yang ditetapkan.

VVCC tegangan berada di bawah ambang batas lockout (UVLO) di bawah tegangan.

Jika ada sirkuit pendek yang keras pada output gerbang ditarik ke bawah oleh sumber saat ini yang jauh lebih kuat untuk waktu yang sangat singkat (13,5 μs).

Ini hanya terjadi jika perbedaan tegangan antara VCC dan Sense lebih dari 60 mV yang memberi tahu kita ada situasi shutdown cepat. Setelah shutdown cepat ini, arus 11-ma digunakan untuk menjaga MOSFET eksternal dimatikan.

Akhirnya jika chip menjadi terlalu panas melebihi ambang batas shutdown yang berlebihan, pin gerbang juga dinonaktifkan. Pin gerbang akan tetap rendah dalam mode kait untuk versi chip tertentu (TPS24710 dan TPS24712). Untuk versi lain (TPS24711 dan TPS24713) ia akan mencoba memulai kembali secara berkala.

Satu hal penting yang perlu diingat kita tidak boleh menghubungkan resistor eksternal langsung dari pin gerbang ke ground (GND) atau dari pin gerbang ke output (keluar).

Gnd

Pin GND cukup mudah di mana kita terhubung ke tanah sistem. Anggap saja sebagai titik referensi umum untuk semua tegangan di sirkuit.

KELUAR

PIN out sangat penting untuk memantau perbedaan tegangan antara saluran pembuangan dan sumber MOSFET eksternal yang juga dikenal sebagai M1. Pembacaan tegangan ini diperlukan untuk indikator daya-baik (PG/PGB) dan mesin pembatas daya.

Keduanya mengandalkan pengukuran yang akurat dari pin ini agar berfungsi dengan baik. Untuk melindungi pin keluar dari lonjakan tegangan negatif yang berpotensi merusak, kita harus menggunakan dioda penjepit atau kapasitor yang cukup.

Untuk situasi di mana ada banyak kekuatan, kami menyarankan dioda Schottky yang diberi peringkat pada 3 A dan 40 V dalam paket SMC sebagai solusi penjepit yang baik.

Kita juga perlu memotong pin keluar ke GND menggunakan kapasitor keramik impedansi rendah. Kapasitansi kapasitor ini harus berada di suatu tempat antara 10 NF dan 1 μF.

Hal

Pin PG khusus untuk komponen TPS24712/13. Output ini berfungsi dalam mode aktif-tinggi yang berarti tinggi ketika semuanya baik dan diatur sebagai drain terbuka.

Ini membuatnya mudah untuk terhubung ke konverter DC/DC atau sirkuit pemantauan lainnya.

Pin PG masuk ke keadaan impedansi tinggi yang berarti pada dasarnya terputus ketika tegangan drain-to-source FET berada di bawah 170 mV. Ini terjadi setelah penundaan singkat 3,4 milidetik untuk menghindari pemicu palsu. Sebaliknya itu akan menarik rendah ketika VDS berada di atas 240 mV.

Setelah VDS M1 meningkat, pin PG masuk ke keadaan impedansi rendah yang berarti secara aktif ditarik rendah setelah penundaan 3,4 ms yang sama. Ini terjadi ketika gerbang ditarik ke GND karena semua situasi ini:

Kami mendeteksi kesalahan arus kelebihan beban yang berarti v _NALAR lebih besar dari 25 mV.

Ada sirkuit pendek yang parah di output yang menyebabkan v (v _CC -Sense) Menjadi lebih besar dari 60 mV yang menunjukkan kami telah mencapai ambang batas shutdown cepat.

Tegangan di v _{DI DALAM} turun di bawah ambang batas yang ditetapkan.

Tegangan di v _Vcc tetes di bawah ambang batas lockout (UVLO) di bawah tegangan.

Suhu dadu berada di atas ambang batas shutdown over-temperature (OTSD).

Penting untuk diingat bahwa jika Anda tidak berencana menggunakan pin PG, Anda dapat membiarkannya tidak terhubung. Ini tidak akan mempengaruhi pengoperasian sisa sirkuit.

PGB

Kami menunjuk pin PGB khusus untuk perangkat TPS24710/11. Output khusus ini, dalam operasinya, bekerja dengan konfigurasi rendah aktif, dan kami mencirikannya dengan desain drain terbuka yang kami buat secara khusus sehingga dapat terhubung dengan konverter DC/DC atau sirkuit pemantauan yang sedang hilir darinya.

Kita melihat bahwa sinyal PGB melakukan transisi, pindah ke keadaan rendah setelah kami mengamati bahwa pengurasan ke sumber tegangan (VDS) dari transistor efek lapangan (FET) turun ke tingkat di bawah 170 mV, ini terjadi setelah kami memiliki penundaan deglitch yang berlangsung selama 3,4 milidetik.

Di sisi lain, ia kembali, pergi ke keadaan pembuangan terbuka ketika VDS berada di atas 240 mV. Setelah kita melihat VD dari M1 meningkat, sesuatu yang terjadi ketika gerbang ditarik ke bawah ke tanah di bawah keadaan apa pun yang akan kita daftarkan di bawah ini, PGB kemudian memasuki keadaan impedansi tinggi setelah kita menunggu penundaan deglitch 3,4 ms yang sama:

IC mendeteksi kesalahan arus kelebihan beban ketika melihat bahwa tegangan vSense berada di atas 25 mV.

Jika IC menemukan bahwa ada output pendek output yang hadir, ia dapat mengatakan karena pembacaan V (VCC - Sense) lebih besar dari 60 mV, yang memberi tahu kita bahwa ambang batas shutdown cepat telah dilanggar.

Perhatikan bahwa tegangan ven jatuh ke tingkat di bawah ambang batas yang telah ditetapkan untuk itu.

Voltase VCC dips, pergi di bawah ambang batas tegangan bawah (UVLO).

Perhatikan bahwa suhu die naik, melangkah di atas ambang batas suhu berlebih (OTSD).

Perlu dicatat bahwa kita dapat membiarkan pin ini tidak terhubung jika kita tidak perlu menggunakannya.

Resistor prog

Untuk mengatur daya maksimum yang kami izinkan dalam MOSFET MOSFET eksternal selama kondisi inrush, kita perlu menghubungkan resistor yang dapat diprogram (prog) dari pin PGB ini ke ground. Sangat penting bahwa kita menghindari menerapkan tegangan apa pun pada pin ini.

Jika Anda tidak memerlukan batas daya konstan maka Anda harus menggunakan resistor prog yang memiliki nilai 4,99 kΩ. Untuk menentukan apa daya maksimum, kita dapat memanfaatkan persamaan berikut (1):

R _Prog = 3125 / (p _Lim * R _NALAR + 0,9 mv * v _CC )

Untuk tujuan menghitung batas daya berdasarkan RPROG yang sudah ada kita harus menerapkan persamaan PLIM berikut (2) yang merupakan batas daya yang diizinkan dari MOSFET M1:

P _Lim = 3125 / (r _Prog * R _NALAR ) - (0,9 mV * V (v _CC -Out)) / r _NALAR

Dalam rumus ini rsense adalah resistor pemantauan arus beban yang terhubung antara pin VCC dan pin indera. Juga, RPROG adalah resistor yang kami sambungkan dari pin prog ke GND.

Kami mengukur baik RPROG dan RSENSE dalam ohm, dan kami mengukur plim di watt. Kami menentukan PLIM dengan melihat tekanan termal maksimum yang diizinkan dari MOSFET M1 yang dapat kami temukan menggunakan persamaan lain:

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