節(jié)能型四通道低邊智能電源開關(guān)

I.前言

本文介紹一款單片高速(fSW高達(dá)100kHz)四通道低邊開關(guān)。該產(chǎn)品能夠驅(qū)動(dòng)任何類型的負(fù)載(阻性負(fù)載、感性負(fù)載和容性負(fù)載)，開關(guān)一側(cè)連接電源電壓(Vcc)。

該開關(guān)是IPS4260L，單片集成了四條45V功率MOSFET通道（在25攝氏度時(shí)Rds(on) 典型值260mΩ）以及邏輯接口、柵驅(qū)動(dòng)器、保護(hù)和診斷功能。IPS4260L采用Jedec標(biāo)準(zhǔn)HTSSOP 20引腳微型功率封裝。

該器件采用意法半導(dǎo)體的Multipower-BCD工藝設(shè)計(jì)制造。Multipower-BCD是一項(xiàng)智能功率技術(shù)，可以在同一芯片上集成控制單元和功率級(jí)。

II.IPS4260L框圖

圖1所示是該器件的工作原理框圖。從框圖中可以看出，每條通道都配備全面的保護(hù)功能，包括欠壓鎖定、獨(dú)立結(jié)過熱保護(hù)、可設(shè)置限流（使用ILIM引腳和SGND之間連接的外部電阻RLIM設(shè)置限流）、感性鉗位（典型值58V） 和電源軌斷開保護(hù)。

圖1：IPS4260L框圖

電源軌之間連接一個(gè)齊納二極管或TVS二極管，以快速釋放感應(yīng)電能（見下圖），也可以將Vz引腳連接到電源軌，緩慢釋放感應(yīng)電能。

圖2：基于IPS4260L的快速退磁大感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路

欠壓保護(hù)可以避免電源電壓非常低的異常操作，而接地?cái)嚅_保護(hù)可以在接地?cái)嚅_時(shí)立即關(guān)閉功率級(jí)，避免開關(guān)被擊穿損壞。

每個(gè)通道過熱關(guān)斷結(jié)溫都是160°C (典型值)，可以防護(hù)常見的過載情況。

開關(guān)的輸入模塊是TTL/CMOS兼容輸入/輸出，能夠最大限度減少輸入開關(guān)次數(shù)，并可以通過串聯(lián)電阻連接光耦。

當(dāng)通道導(dǎo)通時(shí)，輸入高電平的最低電壓大于 2.0V。當(dāng)通道是短路關(guān)閉或過熱關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，相關(guān)輸入引腳通過開漏晶體管在內(nèi)部關(guān)斷。

開漏共用狀態(tài)引腳能夠直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)光二極管（LED），指示關(guān)閉保護(hù)或結(jié)過熱關(guān)斷（FLT引腳）和斷態(tài)開路負(fù)載或接地短路（ OL針）狀態(tài)。

III.非耗散性短路

如前所述，IPS4260L器件可使用一個(gè)外部電阻設(shè)置片上集成的限流保護(hù)功能。

除每個(gè)通道的結(jié)過熱保護(hù)和結(jié)溫檢測(cè)功能外，IPS4260L還集成了所謂的“非耗散性短路模塊”，旨在抑制開關(guān)的整體耗散功率。當(dāng)大量通道過載而導(dǎo)致開關(guān)溫度驟升時(shí)，這一額外保護(hù)功能可以避免PCB性能降低。

實(shí)際上，在過載情況下，輸出電流被限制為ILIM，持續(xù)時(shí)間為(tCOFF)，限流值用連接在CoD引腳和SGND引腳之間的外部電阻(RCoD)來設(shè)定（見圖1或圖2）。通道關(guān)閉一段

時(shí)間(tRES)后，自動(dòng)重新導(dǎo)通，保持通道結(jié)溫低于TJSD（關(guān)斷結(jié)溫）。

圖4所示是過載期間的過熱電壓波形。VINX表示INx引腳電壓，每當(dāng)FLT引腳電壓下降，VINX就會(huì)下降，而MCUx電壓保持恒定

如果結(jié)溫達(dá)到TJSD，過載通道只有在結(jié)溫降至TJSD - TJHYST（復(fù)位溫度）后才會(huì)重新導(dǎo)通。需要強(qiáng)調(diào)的是，過熱保護(hù)僅干預(yù)過載通道; 非過載通道繼續(xù)正常運(yùn)行。

IV.斷態(tài)開路負(fù)載檢測(cè)

為了檢測(cè)斷態(tài)下的開路負(fù)載故障，必須在PGND引腳和輸出引腳之間連接一個(gè)下拉電阻（見圖5）。在功能正常情況下，電流流過下拉電阻和負(fù)載組成的網(wǎng)絡(luò)。負(fù)載兩端的電壓小于最小開路負(fù)載電壓，OL引腳保持高電平。

圖5：斷態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的開路負(fù)載檢測(cè)

當(dāng)其中一個(gè)輸出發(fā)生開路負(fù)載事件時(shí)，相關(guān)輸出引腳的電壓將會(huì)上升到一個(gè)小于最低開路負(fù)載電壓的數(shù)值，在消隱時(shí)間(tBKT)結(jié)束后，通過OL引腳報(bào)告故障，以降低噪聲干擾導(dǎo)致的誤報(bào)，這時(shí)，OL引腳變低電平，發(fā)出開路負(fù)載信號(hào)。