Особенности вывода ключей PROFET+2 12V из состояния блокировки

23 сентября

автомобильная электроникауправление двигателемавтоматизацияInfineonстатьяинтегральные микросхемыMOSFETMotor DrivePROFET

Интеллектуальные ключи PROFET производства Infineon блокируют электрическую цепь в случае превышения допустимых параметров. Как ускорить их возврат в нормальное состояние в ответственных применениях, где это критически важно?

В число основных функций интеллектуальных силовых ключей PROFET входит диагностика состояния коммутируемой цепи с блокировкой подачи питания на нагрузку в случае, если контролируемые параметры выходят за пределы допустимых значений. При этом ключи семейства PROFET+2 12V с функцией Intelligent Latch сразу переходят в режим блокировки («защелкиваются»), а микросхемы, поддерживающие функцию Intelligent Restart Control, блокируются только после семи неудачных попыток восстановления работы нагрузки.

Однако состояние блокировки не может продолжаться бесконечно, и рано или поздно системе управления потребуется вывести микросхемы PROFET из этого режима. Поскольку для некоторых узлов время восстановления электроснабжения может быть критичным, то в микросхемах PROFET+2 12V реализовано несколько алгоритмов выхода из состояния блокировки, особенности которых и будут рассмотрены в этой статье.

Особенности системы диагностики микросхем PROFET+2 12V

В интеллектуальных силовых ключах PROFET+2 12V выход узла диагностики соединен с выводом IS, ток которого формируется внутренними узлами микросхемы в соответствии с режимами ее работы. В нормальном режиме – когда ключ включен и на  выводе OUT присутствует напряжение – ток вывода IS IIS пропорционален току нагрузки ILOAD и отличается от него на величину коэффициента передачи тока kILIS:

$$K_{ILIS}=\frac{I_{LOAD}}{I_{IS}}.$$

При обнаружении аварийной ситуации ток вывода IS увеличивается до значения IIS(FAULT), что позволяет центральному процессору определить это состояние, например, путем измерения напряжения на внешнем резисторе RIS, подключенном между выводом IS и общим проводом GND. Ток вывода IS устанавливается равным IIS(FAULT) в случаях:

  • когда ток нагрузки ILOAD больше порога перегрузки по току IL(OVL);
  • когда абсолютная температура кристалла больше величины TJ(ABS);
  • когда скорость разогрева кристалла больше величины TJ(DYN).

При этом автоматическое возобновление питания нагрузки для ключей с функцией Intelligent Restart Control возможно только если температура кристалла находится в пределах допустимых значений (с учетом гистерезиса). Пороговые значения IL(OVL), TJ(ABS) и TJ(DYN) определяются из технической документации на конкретную микросхему.

Система диагностики активна только при наличии высокого уровня сигнала на выводе DEN. При низком напряжении на выводе DEN вывод IS переводится в высокоимпедансное состояние и контроль состояния ключа PROFET становится невозможным. Необходимость реализации такой функции связана с ограниченным числом каналов АЦП центрального процессора в реальных системах. Перевод вывода IS в высокоимпедансное состояние позволяет соединить вместе выводы IS нескольких ключей и с помощью единственного канала АЦП контролировать несколько микросхем PROFET.

Вывод DEN совместим с логическими сигналами с напряжениями 3,3 В и 5 В, поэтому теоретически его можно подключать напрямую к стандартным портам ввода-вывода большинства микроконтроллеров. Однако компания Infineon рекомендует соединять этот вывод с устройствами управления через резистор сопротивлением 4,7 кОм (рисунок 1). Такое решение позволит, во-первых, ограничить ток вывода DEN в случае, когда управление микросхемой осуществляется сигналами с уровнями, превышающими 5 B (вывод DEN защищен встроенным стабилитроном), а во-вторых, защитить управляющее устройство при переполюсировке источника питания (в этом случае на выводе DEN будет присутствовать напряжение отрицательной полярности).

Рис. 1. Типовая схема подключения ключа PROFET к управляющему устройству

Рис. 1. Типовая схема подключения ключа PROFET к управляющему устройству

Способы вывода микросхем PROFET+2 12V из состояния блокировки

Вывести ключ PROFET+2 12V из состояния блокировки можно тремя способами:

  • перезагрузить микросхему путем отключения питания;
  • установить на управляющем входе IN низкий уровень напряжения на определенное время с последующей подачей сигнала с высоким уровнем;
  • сформировать импульс сброса на выводе DEN при низком уровне сигнала на выводе IN.

Перезагрузка микросхемы путем снятия напряжения с вывода VS является универсальным способом вывода ее из состояния блокировки. Однако для этого, скорее всего, придется физически отключить источник питания, что в реальном устройстве, например, в автомобиле, достаточно проблематично.

Типовым способом разблокировки ключа PROFET+2 12V является установка низкого уровня на выводе IN на время, превышающее tDELAY(CR) (для микросхем с функцией Intelligent Restart Control) или tDELAY(LR) (для микросхем с функцией Intelligent Latch) (рисунок 2). После этого внутренние узлы схемы управления ключей PROFET+2 12V будут переведены в исходное состояние, и после восстановления высокого уровня на выводе IN питание нагрузок будет возобновлено.

Интервалы времени tDELAY(CR) и tDELAY(LR) могут достигать 100 мс, что может быть слишком долгим для некоторых нагрузок. Для ускорения подачи энергии на управляемое оборудование можно сформировать на выводе DEN импульс положительной полярности при одновременном удержании низкого уровня на выводе IN (рисунок 3). В этом случае внутренний счетчик и триггер защелки будут принудительно сброшены, и микросхема перейдет в нормальное состояние сразу после восстановления высокого уровня сигнала на выводе IN. Максимальная длительность импульса на выводе DEN tDEN(LR) (для микросхем с функцией Intelligent Latch) и tDEN(LR) (для микросхем с функцией Intelligent Restart Control) не превышает 100 мкс, что позволяет восстановить питание нагрузки практически сразу после его отключения.

Рис. 2. Диаграммы сигналов при разблокировании ключей PROFET+2 12V путем установки низкого уровня на выводе IN

Рис. 2. Диаграммы сигналов при разблокировании ключей PROFET+2 12V путем установки низкого уровня на выводе IN

Рис. 3. Диаграммы сигналов при разблокировании ключей PROFET+2 12V путем подачи импульса на вывод DEN

Рис. 3. Диаграммы сигналов при разблокировании ключей PROFET+2 12V путем подачи импульса на вывод DEN

Быстрое разблокирование ключа PROFET+2 12V возможно при соблюдении двух условий:

  • от момента установки на выводе DEN сигнала с низким логическим уровнем до начала формирования импульса сброса микросхемы должно пройти время не менее tDEN(LOW)_LR_DEN (для микросхем с функцией Intelligent Latch) или tDEN(LOW)_CR_DEN (для микросхем с функцией Intelligent Restart Control);
  • от момента окончания импульса сброса (после второго перевода вывода DEN в состояние низкого уровня) до момента возобновления работы ключа (подачи на вход IN сигнала высокого уровня) должно пройти время не менее tIN(LOW)_LR_DEN (для микросхем с функцией Intelligent Latch) или tIN(LOW)_CR_DEN (для микросхем с функцией Intelligent Restart Control).

Обратите внимание, что перезагрузка регистров микросхемы наступает после окончания положительного импульса на выводе DEN при низком уровне сигнала на входе IN. Поэтому после сброса микросхемы больше нет необходимости удерживать вывод DEN в состоянии низкого уровня на протяжении tDEN(LOW)_LR_DEN или tDEN(LOW)_CR_DEN – это нужно делать только если есть предположение, что аварийная ситуация не устранена и после возобновления подачи питания ключ снова заблокируется, и его снова придется перезагружать. В противном случае – когда предполагается выход на нормальный режим работы – высокие уровни сигналов на выводах IN и DEN могут быть установлены одновременно.

При формировании сигнала сброса многоканальных микросхем PROFET необходимо следить за тем, чтобы сигналы на выводах DSEL, определяющих, узел диагностики какого канала в данный момент подключен к выводу IS, не изменялся на протяжении времени как минимум 2 x tDSEL(HOLD)_CR_DEN + tDEN(LOW)_CR_DEN (рисунки 4, 5). В противном случае сброс канала микросхемы может не произойти.

Рис. 4. Диаграммы сигналов при сбросе канала (Channel 0) двухканального ключа PROFET+2 12V

Рис. 4. Диаграммы сигналов при сбросе канала (Channel 0) двухканального ключа PROFET+2 12V

Рис. 5. Диаграммы сигналов при сбросе канала (Channel 1) двухканального ключа PROFET+2 12V

Рис. 5. Диаграммы сигналов при сбросе канала (Channel 1) двухканального ключа PROFET+2 12V

Типовые значения параметров сигналов сброса микросхем PROFET+2 12V, взятые из технической документации на эти приборы, приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.  Параметры сигналов импульсов сброса для микросхем PROFET+2 12V с функцией Intelligent Restart Control

Параметр Обозначение Значение Ед. изм.
Мин. Тип. Макс.
Минимальная длительность импульса сброса на выводе IN tDELAY(CR) 40 70 100 мс
Минимальная длительность импульса сброса на выводе DEN tDEN(CR) 50 100 150 мкс
Минимальная длительность стабильного состояния на выводе DSEL для формирования импульса сброса на выводе DEN tDSEL(HOLD)_CR_DEN 1 мкс
Минимальная длительность задержки перед формированием импульса сброса на выводе DEN tIN(LOW)_CR_DEN 3 мкс
Минимальная длительность задержки перед повторным включением после сброса микросхемы импульсом на выводе DEN tDEN(LOW)_CR_DEN 10 мкс

Таблица 2.  Параметры сигналов импульсов сброса для микросхем PROFET+2 12V с функцией Intelligent Latch

Параметр Обозначение Значение Ед. изм.
Мин. Тип. Макс.
Минимальная длительность импульса сброса на выводе IN tDELAY(LR) 40 70 100 мс
Минимальная длительность импульса сброса на выводе DEN tDEN(LR) 50 100 150 мкс
Минимальная длительность задержки перед формированием импульса сброса на выводе DEN tIN(LOW)_LR_DEN 3 мкс
Минимальная длительность задержки перед повторным включением после сброса микросхемы импульсом на выводе DEN tDEN(LOW)_LR_DEN 10 мкс

Заключение

Таким образом, существует два основных способа разблокирования микросхем PROFET+2 12V: путем формирования отрицательного импульса сброса на выводе IN и путем формирования положительного импульса сброса на выводе DEN. Оба способа приводят к одинаковому результату – переводу микросхем в нормальный режим работы, однако время, затрачиваемое на его получение, отличается в несколько сотен раз.

Очевидно, что сформировать отрицательный импульс на выводе IN с единственным контролируемым параметром – минимальной длительностью – намного проще, чем сбросить микросхему с помощью импульса, подаваемого на вывод DEN. Тем не менее, при необходимости быстрого возобновления электроснабжения нагрузок других вариантов не остается. В этом случае необходимо внимательно изучить техническую документацию на выбранную микросхему, поскольку для быстрого сброса микросхемы PROFET+2 12V сигналы на выводах IN, DEN и DSEL должны одновременно соответствовать целому набору требований, и нарушение хотя бы одного из них не приведет к нужному результату.

Оригинал статьи

Перевел Александр Русу по заказу АО Компэл

•••

Наши информационные каналы

О компании Infineon

Компания Infineon является мировым лидером по производству силовых полупроводниковых компонентов, а также занимает ведущие позиции по производству автомобильной полупроводниковой электроники и смарт-карт.  В 2015 году компания Infineon приобрела компанию International Rectifier, тем самым значительно усилив свои лидирующие позиции в области силовой электроники. Это сочетание открывает новые возможности для клиентов, так как обе компании превосходно дополняют друг друга благодаря высокому уровню ...читать далее

Товары
Наименование
BTS700121ESPXUMA1 (INFIN)
BTS700151ESPXUMA1 (INFIN)
BTS700201ESPXUMA1 (INFIN)
BTS70021EPPXUMA1 (INFIN)
BTS70041EPPXUMA1 (INFIN)
BTS70041EPZXUMA1 (INFIN)
BTS70061EPPXUMA1 (INFIN)
BTS70061EPZXUMA1 (INFIN)
BTS70081EPAXUMA1 (INFIN)
BTS70081EPPXUMA1 (INFIN)
BTS70081EPZXUMA1 (INFIN)
BTS70082EPAXUMA1 (INFIN)
BTS70082EPZXUMA1 (INFIN)