TPS24710/11/12/13 Hot-Swap Controller Circuit uitgelegd

Het reguleert de overspanningsstroom wanneer een component wordt geïnstalleerd en beschermt tegen korte circuits en overstroomproblemen terwijl de component in gebruik is.

Dit maakt de vervanging van beschadigde componenten, verbeteringen of onderhoud mogelijk zonder het hele systeem af te sluiten, dat van cruciaal belang is voor systemen met hoge beschikbaarheid zoals servers en netwerkschakelaars.

Overzicht

In hot-swap-toepassingen is de primaire functie van de TPS2471X om een ​​externe N-kanaal MOSFET op betrouwbare wijze op 2,5 V tot 18 V te sturen. Met behulp van fouttiming en instelbare stroombeperkingen beveiligt het de toevoer en belasting van overmatige stroom tijdens het opstarten.

Bovendien garandeert het circuit dat het externe MOSFET in zijn veilige werkgebied (SOA) blijft. Het regelt ook de stroomstroom. Bovendien kunt u met deze Hot Swap -voeding nu defecte delen van het laadcircuit vervangen zonder het ingangsvermogen af ​​te sluiten.

De TPS24710/11/12/13 is een type controller dat gemakkelijk voor ons kan worden gebruikt. Het is gemaakt om te werken met spanningen van 2,5 V tot 18 V en het is wat ze een hot-swap-controller noemen en dit betekent dat het in staat is om een ​​externe N-kanaal MOSFET veilig te besturen.

We kunnen ook zien dat het een programmeerbare stroomlimiet en fouttijd heeft en deze zijn er om de levering en belasting te beschermen tegen te veel stroom wanneer we beginnen met dingen.

Nadat het apparaat is gestart, laten we stromen boven de limiet gaan die door de gebruiker is gekozen, maar alleen totdat een time -out is geprogrammeerd. Als er echter echt grote overbelastingsgebeurtenissen zijn, zullen we de belasting van de bron onmiddellijk loskoppelen.

Het ding is dat de huidige zintuigdrempel laag is, het is 25 mV en het is zeer nauwkeurig, dus we kunnen zintuiglijke weerstanden gebruiken die kleiner zijn en beter werken, wat betekent dat er minder vermogen verloren is en de voetafdruk kleiner is.

Bovendien zorgt de programmeerbare stroombeperking ervoor dat de externe MOSFET altijd in zijn veilige werkgebied SOA werkt.

Hierdoor kunnen we MOSFET's die kleiner zijn en het systeem betrouwbaarder worden. Ook zijn er krachtige en foutuitgangen waar we gebruik van kunnen maken om de status in de gaten te houden en de belasting verder te regelen.

Functioneel blokdiagram

Pinout -details

Schakelschema

PIN BESCHRIJVING

IN

Wanneer we een spanning van 1,35 V of meer op deze specifieke en -pin toepassen, wordt deze ingeschakeld of kan de schakelaar voor de poortdriver kunnen worden ingeschakeld.

Als we een externe weerstandsverdeler toevoegen, laat de EN -pin werken als een undervoltage -monitor die de spanningsniveaus in de gaten houdt.

Als we nu de EN -pin fietsen door deze laag te brengen en dan weer hoog is het alsof we op de resetknop drukken voor de TPS24710/11/11/13, vooral als deze eerder is afgesloten vanwege een foutconditie.

Het is belangrijk dat we deze pin niet laten drijven, die ergens op verbonden moet zijn.

Flt

De FLT -pin is specifiek voor de varianten van TPS24712/13. Deze actieve high open-drain output gaat in een hoge impedantietoestand wanneer de TPS24712/13 al te lang in de huidige limiet werken, waardoor de fouttimer vervalt.

Hoe de FLT -pin werkt, hangt echt af van welke versie van de IC we gebruiken. Voor de TPS24712 werkt het in de vergrendelingsmodus. Aan de andere kant werkt de TPS24713 in de opnieuw proberen modus.

Wanneer we in de vergrendelingsmodus zijn als de fouttimer oploopt, wordt de externe MOSFET uitgeschakeld en bewaart de FLT-pin een open-draaivoorwaarde. Om deze vergrendelde modus te resetten, kunnen we de EN -pin of de VCC fietsen.

Als we nu in de opnieuw proberen van de modus wanneer de fouttimer afloopt, wordt het eerst de externe MOSFET uitgeschakeld. Dan wacht het op zestien cycli van de timer om op te laden en te ontladen.

Na het wachten probeert het opnieuw te starten. Dit hele proces blijft herhalen zolang de fout er nog is. In opnieuw proberen modus wordt de FLT-pin geopend wanneer de fouttimer de externe MOSFET uitschakelt.

Als we een continue fout hebben, verandert de FLT -golfvorm in een reeks pulsen. Het is vermeldenswaard dat de FLT -pin niet wordt geactiveerd als iets anders de externe MOSFET zoals de en -pin een overtak van de overtemperatuur of UVLO -onderspanningsvergrendeling uitschakelt. Als we deze pin niet gebruiken, kunnen we deze laten zweven.

FLTB

De FLTB -pin is specifiek voor de TPS24710/11. Deze actief-lage open-draai-uitgang wordt laag wanneer de TPS24710/11/11/13 lang genoeg in de huidige limiet is geweest om de fouttimer te zeggen 'tijd is omhoog'.

Hoe de FLTB -pin zich gedraagt, hangt af van de IC -versie die we gebruiken. De TPS24710 werkt in de Latch -modus terwijl de TPS24711 werkt in de opnieuw proberen.

Als we in de vergrendelingsmodus zijn, schakelt een fouttime -out de externe MOSFET uit en houdt de FLTB -pin laag. Om de vergrendelingsmodus te resetten, kunnen we de EN of VCC cyceren. Als we in de Retry -modus zijn, zal een fouttime -out eerst het externe MOSFET uitschakelen en wacht dan op zestien cycli van timer -opladen en ontladen en probeer vervolgens opnieuw op te starten.

Dit hele proces zal herhalen zolang de fout aanwezig is. In opnieuw proberen modus wordt de FLTB -pin laag getrokken wanneer de fouttimer de externe MOSFET uitschakelt.

Als er een continue fout is, wordt de FLTB -golfvorm een ​​reeks pulsen. Houd er rekening mee dat de FLTB -pin niet wordt geactiveerd als de externe MOSFET is uitgeschakeld door de en een overtimperatuurafsluiting of UVLO. Als we deze pin niet gebruiken, kan deze blijven zweven.

HEK

De poortpen is echt belangrijk omdat het is hoe we de externe MOSFET in wezen die hem vertellen wat we moeten doen. Om hiermee te helpen is er een laadpomp die een stroom van 30 µA geeft. Deze extra stroom helpt de externe MOSFET beter te presteren.

Om ervoor te zorgen dat de spanning tussen de poort en de bron niet te hoog wordt en schade veroorzaakt, is er een klem ingesteld op 13,9 volt tussen de poort en VCC. Dit is vooral belangrijk omdat VCC meestal heel dicht bij VOUT is wanneer dingen normaal draaien.

Wanneer we voor het eerst een transconductantieversterker opstarten, past zich zorgvuldig de poortspanning van een specifieke MOSFET (M1) aan. Dit helpt bij het beperken van de stroomstroom die een stroomstoot is die kan gebeuren wanneer u voor het eerst iets inschakelt.

Gedurende deze tijd rekent de timer -pin een timer -condensator (CT) op. Deze beperking van de ingeboren stroom gaat door totdat het spanningsverschil tussen de poort en VCC over een bepaald punt gaat dat de timer -activeringsspanning wordt genoemd. Deze spanning is 5,9 volt wanneer VCC zich op 12 volt bevindt.

Zodra het spanningsverschil over deze drempel gaat, gaat de TPS24710/11/11/13 in wat de stroombreaker-modus wordt genoemd.

De timer -activeringsspanning werkt als een trigger zodra de spanning raakt op die wijzen op de inrush -bewerking stopt en de timer stopt met stroom en begint het in plaats daarvan te zinken.

Nu in de stroombreaker-modus kijken we constant naar de stroom die door RSense gaat en deze vergelijken met een limiet op basis van het Power-Limit-schema van de MOSFET (bekijk Prog voor meer informatie hierover).

Als de stroom door RSense over deze limiet gaat, wordt de MOSFET M1 uitgeschakeld om deze te beschermen. De poortpen kan ook in een paar specifieke situaties worden uitgeschakeld.

De poort wordt naar beneden getrokken door een stroombron van 11 ma wanneer bepaalde foutomstandigheden plaatsvinden:

De fouttimer heeft geen tijd meer tijdens een stroomoverbelastingsfout (wanneer VSense meer dan 25 mV duurt).

De spanning ven valt onder het ingestelde niveau.

De spanning VVCC gaat onder de drempel van de onderste voltage-lockout (UVLO).

Als er een harde kortsluiting is op de uitgang, wordt de poort gedurende een zeer korte tijd (13,5 µs) met een veel sterkere 1 een veel sterkere 1 naar beneden getrokken.

Dit gebeurt alleen als het spanningsverschil tussen VCC en Sense meer dan 60 mV is, wat ons vertelt dat er een snelle uitschakelingssituatie is. Na deze snelle afsluiting wordt een stroming van 11 ma gebruikt om de externe MOSFET uit te schakelen.

Eindelijk, als de chip te heet wordt om de afsluitingdrempel van de over-temperatuur te overschrijden, is de poortspin ook uitgeschakeld. De poortspen blijft laag in de grendel -modus voor bepaalde versies van de chip (TPS24710 en TPS24712). Voor andere versies (TPS24711 en TPS24713) zal het periodiek proberen opnieuw te starten.

Een belangrijk ding om te onthouden, moeten we geen externe weerstand rechtstreeks van de poortpen naar de grond (GND) of van de poortpen naar de uitgang (OUT) aansluiten.

GND

De GND -pin is vrij eenvoudig, het is waar we verbinding maken met de grond van het systeem. Zie het als het gemeenschappelijke referentiepunt voor alle spanningen in het circuit.

UIT

De uit -pin is echt belangrijk voor het bewaken van het spanningsverschil tussen de afvoer en de bron van de externe MOSFET, ook bekend als M1. Deze spanningslezing is noodzakelijk voor zowel de power-good indicator (PG/PGB) als de stroombeperkende motor.

Beide vertrouwen op nauwkeurige metingen van deze pin om goed te werken. Om de outpen te beschermen tegen potentieel schadelijke negatieve spanningspieken moeten we een klemdiode of voldoende condensatoren gebruiken.

Voor situaties waarin veel kracht is, raden we een Schottky -diode aan met 3 A en 40 V in een SMC -pakket als een goede klemoplossing.

We moeten ook de out-pin omzeilen naar GND met behulp van een keramische condensator met lage impedantie. De capaciteit van deze condensator moet ergens tussen de 10 nf en 1 μF zijn.

Pg

De PG -pin is specifiek voor de componenten TPS24712/13. Deze output werkt in een actieve hoge modus, wat betekent dat het hoog wordt als het goed is en is ingesteld als een open-drain.

Dit maakt het gemakkelijk om verbinding te maken met DC/DC -converters of andere bewakingscircuits.

De PG-pin gaat in een sta met hoge impedantie, wat betekent dat deze in wezen is losgekoppeld wanneer de afvoer-tot-bronspanning van de FET onder 170 mV gaat. Dit gebeurt na een korte vertraging van 3,4 milliseconden om valse triggers te voorkomen. Omgekeerd zal het laag trekken wanneer de VDS boven 240 mV gaat.

Nadat de VDS van M1 toeneemt, gaat de PG-pin naar een toestand met lage impedantie, wat betekent dat het actief laag wordt getrokken na dezelfde vertraging van 3,4 ms. Dit gebeurt wanneer de poort naar GND wordt getrokken vanwege een van deze situaties:

We detecteren een stroom van overbelasting, wat V betekent _GEVOEL is groter dan 25 mV.

Er is een ernstig kortsluiting op de uitgang waardoor V (V veroorzaakt _CC -Sense) om groter te zijn dan 60 mV, wat aangeeft dat we de snelle-trip-shutdown-drempel hebben bereikt.

De spanning op V _IN valt onder de ingestelde drempel.

De spanning op V _VCC valt onder de drempel van de lockout onder de voltage (UVLO).

De temperatuur van de dobbelsteen gaat boven de afsluiting van de overtemperatuur (OTSD) drempel.

Het is belangrijk om te onthouden dat als u niet van plan bent om de PG -pin te gebruiken, u deze eenvoudig niet verbonden kunt laten. Het heeft geen invloed op de werking van de rest van het circuit.

PGb

We wijzen de PGB -pin specifiek aan voor het TPS24710/11 -apparaat. Deze specifieke uitvoer werkt in zijn werking met een actieve lage configuratie en we karakteriseren het door het open afvoerontwerp dat we specifiek hebben gemaakt, zodat het verbinding kan maken met die DC/DC -converters of het bewaken van circuits die er stroomafwaarts van zijn.

We zien dat het PGB -signaal een overgang maakt, die naar een lage toestand gaat zodra we observeren dat de afvoer tot bronspanning (VDS) van het veldeffect Transistor (FET) daalt tot een niveau onder 170 mV, dit gebeurt nadat we een deglitch -vertraging hebben die 3,4 milliseconden duurt.

Aan de andere kant keert het terug en gaat naar een open afvoerstatus wanneer de VDS boven 240 mV gaat. Nadat we de VD's van M1 hebben zien toenemen, iets dat optreedt wanneer de poort wordt neergehaald naar de grond onder een van de omstandigheden die we hieronder zullen vermelden, gaat de PGB vervolgens een staat van hoge impedantie in nadat we hebben gewacht op diezelfde 3,4 ms deglitch -vertraging:

Het IC detecteert een fout van de overbelasting wanneer het ziet dat de vSense -spanning boven 25 mV gaat.

Als de IC vaststelt dat er een ernstige output kortsluiting aanwezig is, kan het zien omdat de V (VCC - Sense) -lezing groter is dan 60 mV, wat ons vertelt dat de snelle trip -shutdown -drempel is overtreden.

Merk op dat de spanning Ven valt op een niveau onder de drempel die ervoor is aangewezen.

De VCC -spanning daalt, die onder de drempel onder de spanning lockout (UVLO) gaat.

Merk op dat de matrijstemperatuur stijgt en boven de drempel van de overtemperatuurafsluiting (OTSD) gaat.

Het is vermeldenswaard dat we deze pin niet verbonden kunnen laten als we deze niet hoeven te gebruiken.

Progweerstand

Om het maximale vermogen dat we toestaan ​​in de externe MOSFET M1 te reguleren tijdens die ingewikkelde omstandigheden, moeten we een programmeerbare (PROG) weerstand van deze pin PGB aan de grond verbinden. Het is cruciaal dat we vermijden om een ​​spanning op deze pin toe te passen.

Als u geen constante vermogenslimiet nodig hebt, moet u een PROG -weerstand gebruiken met een waarde van 4,99 kΩ. Om te bepalen wat het maximale vermogen is, kunnen we de volgende vergelijking (1) gebruiken:

R _Prog = 3125 / (P _Lim * R _GEVOEL + 0,9 mV * V _CC ))

Voor het berekenen van de vermogenslimiet op basis van een RPROG die al bestaat, moeten we de volgende Plim -vergelijking (2) toepassen die de toegestane vermogenslimiet is van MOSFET M1:

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

In deze formule is RSense de laadstroombewakingsweerstand die is aangesloten tussen de VCC -pin en de sense pin. RPROG is ook de weerstand die we van de PROG -pin tot GND verbinden.

We meten zowel RPROG als RSENSE in OHMS, en we meten Plim in Watts. We bepalen PLIM door te kijken naar de maximaal toegestane thermische spanning van MOSFET M1 die we kunnen vinden met behulp van een andere vergelijking:

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