Seqüenciamento de energia evita dano Muitas técnicas estão disponíveis para controlar a seqüência de inicialização e a temporização de múltiplos trilhos de corrente nos grandes FPGAs do sistema em um chip, e é importante seguir a seqüência correta especificada pelo fabricante do dispositivo para evitar tiragem de dispositivos A corrente excessiva causa danos.
Alguns métodos controlam o pino Enable da próxima fonte na seqüência, manipulando a boa saída de potência de cada conversor. Se for necessário um relé, um capacitor pode ser inserido. Outra alternativa é usar o IC de reinicialização, A ativação da tensão desejada começa com o próximo conversor Cada um desses métodos tem algumas desvantagens e nenhum desses métodos controla a ordem na qual a energia está desligada. O fechamento dos trilhos na ordem inversa correta é tão importante quanto ligar a corrente na seqüência correta É garantir que o dispositivo possa funcionar com segurança.
Usando um IC dedicado de seqüência de energia é mais estável para garantir que ele esteja na seqüência correta. O IC pode ser programado para enviar sinais de Ativação nos pontos de tempo desejados. A Figura 1 mostra como o seqüenciador multicanal gerencia lógicas do núcleo FPGA, periféricos e E / O, a seqüência de desligamento ainda é difícil de controlar porque os capacitores de desacoplamento em cada trilho ainda podem ter carga residual depois que o conversor é desligado e o tempo residual pode não ser constante e até um máximo de um pode ser conectado por trilho Capacidade de dissociação total de 20mF.
Seqüenciador mantém o controle de desligamento
Usando um circuito com uma constante de tempo conhecida para descarregar proativamente o capacitor de desacoplamento, o seqüenciador mantém a seqüência de desligamento apropriada ao inserir temporariamente a resistência de descarga no capacitor série. A figura 2 mostra como o mínimo necessário Sob o dispositivo, um MOSFET cuidadosamente selecionado é usado para inserir o resistor no circuito.
O circuito na figura assume que o regulador DC-DC não pode gerar continuamente a saída depois que ele fornece um sinal de desligamento. Se a saída do regulador DC-DC continuar a fornecer energia após um comando de desligamento ser recebido, é necessário um relé adicional para ativar o circuito de descarga .
O valor de R2 deve ser escolhido para garantir o tempo de descarga adequado para que o seqüenciador possa ser desligado dentro de um intervalo de tempo aceitável. Observe também que o resistor deve ser grande o suficiente para evitar picos de corrente excessivos e evitar Causando problemas de EMI e estresses térmicos transitórios no Q2 e bancos de capacitores de dissociação. Na prática, existem parâmetros adicionais importantes a serem considerados ao escolher valores de R2, como a resistência à resistência de Q2 (RDS (ON)) e a capacitância do banco de capacitores Resistência em série equivalente (ESR).
O limite de tensão de saída do seqüenciador de energia deve ser referenciado ao selecionar MOSFET Q1. O dispositivo selecionado deve ter uma alta tensão de limite do portão (VGS (th)) para manter a saída do seqüenciador alta enquanto ainda desliga, Observe que o VGS (th) irá diminuir à medida que a temperatura de junção aumenta. A operação do seqüenciador selecionada neste exemplo funciona com uma tensão de alimentação de 5V e a tensão mínima de saída de potencial máximo especificada é 4.19 V. O VGS (th) de Q1 está entre 60 ° C A temperatura de funcionamento do ambiente deve ser superior a 0.9V para garantir o bom funcionamento. Além disso, o portão deve ser puxado para baixo para a fonte usando um resistor de 100kΩ para evitar interpretações errôneas. Veja o gráfico VGS (th) versus temperatura padrão normalizado na folha de dados MOSFET para mostrar que os diodos O ZXMP6A13F da empresa atende aos requisitos: para garantir que o VGS mínimo (th) à temperatura ambiente seja de 1V, até 60 ℃, então caiu para 0.9V ou assim.
Neste exemplo, assumimos que o seqüenciador deve desligar um total de 10V de trilhos dentro de 100ms. Portanto, o banco de capacitores de desacoplamento para cada trilho deve ser descarregado dentro de 10ms. O objetivo é alcançar três vezes a constante de tempo RC de 8ms Para garantir que o capacitor descarrega abaixo de 5% de sua tensão total no tempo requerido. Para calcular a constante RC, o banco de capacitores RDS (ON), a resistência da linha parasita e a ESR devem ser levados em consideração com o resistor R2.
Supondo que a ESR do capacitor e a resistência da linha não somam mais de 10 mΩ e o banco de capacitores de desacoplamento total tenha uma capacitância de 15 mF, os valores apropriados de RDS (ON) e R2 podem ser obtidos das seguintes equações:
3x (10mΩ + R2 + (1.5 × RDS (ON)) × 15mF = 8ms
Supondo R2 = 50mΩ, o RDS (ON) do MOSFET de potência Q2 deve ser inferior a 80mΩ em VGS = 4.5V e temperatura ambiente de 25 ° C.
Os efeitos das variações dependentes da temperatura e das variações em massa de RDS (ON) também devem ser levados em consideração ao selecionar MOSFETs. RDS (ON) pode variar tanto quanto 15mΩ além da faixa de temperatura operacional esperada com uma unidade de porta 4.5V. A abordagem é determinar que o R2 é aproximadamente duas vezes maior do que o RDS (ON) máximo especificado pelo fabricante do MOSFET selecionado, ou se o MOSFET de canal N do DMN3027LFG do diodo é usado a 50mΩ, este dispositivo funciona a VGS = 4.5V à temperatura ambiente RDS (ON) é tipicamente 22mΩ e 26.5mΩ, respectivamente, então RDS (ON) pode variar de 15mΩ a 40mΩ com um tempo de descarga de 3.9ms de 95% (3 vezes RC) e um pior caso 20mF O tempo de descarga do banco de capacitores pode ser estendido para 5.4ms.
Avalie o pulso único máximo para proteger a segurança MOSFET
O DMN3027LFG consome energia dentro do capacitor em função da corrente e da tensão ao longo do tempo, portanto, há uma necessidade de avaliar o pulso único máximo para o MOSFET de potência para manipular com segurança, garantindo que a temperatura de junção não exceda o TJ máximo máximo máximo máximo = 150 ° C. Para obter informações detalhadas, consulte a Área de operação segura (SOA) na folha de dados MOSFET. A SOA deve basear-se na temperatura de operação ambiental necessária para a aplicação do driver de portão MOSFET. Ao descarregar um banco de capacitores com uma carga de 0,9 V, A curva de SOA aceita deve indicar que a corrente de pico de pulso único é de pelo menos 1V ea largura de pulso é entre 1ms e 10ms. O SOA deve ser adequado para temperaturas ambiente típicas da aplicação e deve ser instalado sob um dissipador de calor mínimo (também conhecido como MRP) Da placa de circuito, que é assumido 60 ℃.
Além disso, a dissipação de potência do MOSFET DMN3027LFG (Q2) e do resistor da série R2 precisa ser considerada. O pior cenário é carregar e descarregar o capacitor em um curto período de tempo. Assumindo, no pior dos casos, o seqüenciador de energia pode entrar em um loop contínuo , Iniciando o regulador DC-DC a cada 20ms e, depois, desabilitando (10ms ativados + 10ms desativados), o DMN3027LFG e o R2 terão cerca de 0.5W de dissipação de energia. Esta é a energia total conhecida armazenada no banco de capacitores Calculado a cada 20ms de alta:
P = E ÷ t = ½ CV2 ÷ 20 ms = 500 mW (assumindo C = 20 mF, carregado para 1 V)
O DMN3027LFG tem um RDS máximo (ON) de 40mΩ e, portanto, consome 222mW e 278mW para Q2 e R2, respectivamente. Se RDS (ON) for inferior a 15mΩ, R2 consome 385mW e, portanto, consome 0.5W Resistência da classificação.
Em aplicações normais, espera-se que a temperatura ambiente se aproxime a 60 ° C enquanto o DMN3027LFG possui uma resistência térmica de junção a ambiente (RJAJA) de 130 ° C / W com uma configuração de almofada recomendada mínima e um TJ de quase 90 ° C a 222mW. (máximo) = 150 ℃ Há muito espaço reservado.
A operação real do circuito é mostrada na Figura 3. A corrente de espiga está limitada a cerca de 12.5A e o banco de capacitores descarrega do estado inicial 1V para 5% durante cerca de 4ms, o que é próximo ao cálculo teórico.
