Power Sequencing Avoids Damage Многие методы доступны для управления последовательностью запуска и синхронизацией нескольких токовых рельсов в современных больших FPGA-устройствах на кристалле, и важно следить за правильной последовательностью, указанной производителем устройства, поэтому абстракция устройства Чрезмерный ток вызывает урон.
Некоторые методы управляют выводом Enable следующего питания в последовательности, управляя хорошим выходом мощности каждого преобразователя.Если реле необходимо, может быть вставлен конденсатор.Другой альтернативой является использование сброса IC, Включение до нужного напряжения начинается со следующего преобразователя. Каждый из этих методов имеет некоторые недостатки, и ни один из этих методов не контролирует порядок, в котором мощность выключена. Закрытие рельсов в правильном обратном порядке так же важно, как включение питания в правильной последовательности Является ли устройство безопасным.
Использование выделенной силовой последовательности IC более стабильно, чтобы гарантировать, что он находится в правильной последовательности.К IC можно запрограммировать на отправку сигналов Enable в нужные моменты времени.На рисунке 1 показано, как многоканальный секвенсор управляет логикой, периферийными устройствами FPGA и устройствами ввода / O, последовательность выключения по-прежнему трудно контролировать, поскольку развязывающие конденсаторы на каждой рейке могут по-прежнему иметь остаточный заряд после выключения преобразователя, а остаточное время может быть не постоянным, и до одного из них может быть подключено на каждый рельс Полная развязывающая емкость 20 мФ.
Sequencer Поддерживает управление отключением питания
Используя схему с известной постоянной времени для проактивного разряда развязывающего конденсатора, секвенсер поддерживает правильную последовательность выключения, временно вставляя разрядный резистор в последовательный конденсатор. На рисунке 2 показано, как минимально необходимо Под устройством тщательно подобранный MOSFET используется для вставки резистора в схему.
Схема на рисунке предполагает, что регулятор постоянного тока не может непрерывно генерировать выходной сигнал после того, как он подает сигнал об отключении. Если выход регулятора постоянного тока продолжает подавать питание после приема команды выключения, для активации разрядной цепи требуется дополнительное реле ,
Значение R2 должно быть выбрано для обеспечения надлежащего времени разряда, так что секвенсер может быть выключен в течение приемлемого временного интервала. Также обратите внимание, что резистор должен быть достаточно большим, чтобы избежать чрезмерных токовых импульсов и избегать Причиной возникновения проблем электромагнитных помех и переходных термических напряжений на Q2 и развязывающих емкостей конденсаторов. На практике есть дополнительные важные параметры, которые следует учитывать при выборе значений R2, таких как сопротивление Q2 (RDS (ON)) и емкость конденсаторной батареи Сопротивление эквивалентной серии (ESR).
При выборе MOSFET Q1 следует указывать пороговое значение выходного напряжения секвенсора питания. Выбранное устройство должно иметь высокое пороговое напряжение затвора (VGS (th)), чтобы поддерживать выходной сигнал секвенсора высоким при все еще выключенном, Обратите внимание, что VGS (th) будет уменьшаться по мере повышения температуры перехода. Операция секвенсора, выбранная в этом примере, работает при напряжении питания 5 В, а минимальное заданное высокое потенциальное выходное напряжение составляет 4,19 В. VGS (th) Q1 составляет от 60 ° C Окружающая рабочая температура должна быть больше 0,9 В для обеспечения правильной работы. Кроме того, затвор должен быть снесен к источнику с использованием резистора 100 кОм, чтобы избежать неправильной интерпретации. Просмотрите нормализованный график VGS (th) против температуры в листе данных MOSFET, чтобы показать, что диоды ZXMP6A13F компании отвечает требованиям: чтобы минимальный VGS (th) при комнатной температуре составлял 1 В, до 60 ℃, а затем упал до 0,9 В или около того.
В этом примере мы предполагаем, что секвенсер должен отключить в общей сложности 10 В рельсов в пределах 100 мс. Поэтому развязывающий конденсаторный банк для каждого рельса должен быть разряжен в течение 10 мс. Цель состоит в том, чтобы добиться трехкратной постоянной времени RC 8 мс Для обеспечения того, чтобы конденсатор разрядился до 5% от его полного напряжения в требуемое время. Для расчета константы RC необходимо учитывать конденсаторную батарею RDS (ON), сопротивление паразитной линии и ESR с резистором R2.
Предполагая, что ESR конденсатора и линейное сопротивление не составляют более 10 мОм, а общая емкость конденсатора развязки имеет емкость 15 мФ, соответствующие значения RDS (ON) и R2 могут быть получены из следующих уравнений:
3x (10mΩ + R2 + (1,5 × RDS (ON)) × 15 мФ = 8 мс
Предполагая, что R2 = 50 мОм, RDS (ON) силового MOSFET Q2 должен быть меньше 80 мОм при VGS = 4,5 В и температуре окружающей среды 25 ° С.
При выборе MOSFET следует учитывать влияние зависимых от температуры изменений и объемных изменений RDS (ON). RDS (ON) может изменяться на 15 мОм выше ожидаемого диапазона рабочих температур с помощью привода затвора 4,5 В. Подход состоит в том, чтобы определить, что R2 примерно в два раза больше максимального RDS (ON), указанного изготовителем выбранного MOSFET, или если Node MOSFET с диодной DMN3027LFG используется на 50 мОм, это устройство работает при VGS = 4,5 В при комнатной температуре RDS (ON) обычно составляет 22 мΩ и 26,5 мОм соответственно, поэтому RDS (ON) может варьироваться от 15 мА до 40 мОм с временем разряда 3,9 мс с 95% (3 раза RC) и наихудшим случаем 20 мФ Время разряда конденсаторной батареи может быть увеличено до 5,4 мс.
Оценить максимальный одиночный импульс для защиты безопасности MOSFET
DMN3027LFG потребляет энергию внутри конденсатора в зависимости от тока и напряжения во времени, поэтому необходимо оценить максимальный одиночный импульс для силового МОП-транзистора, чтобы безопасно работать, гарантируя, что температура перехода не превышает абсолютный максимальный номинальный TJ (max) = 150 ° C. Подробную информацию см. В разделе «Безопасная рабочая область» (SOA) в техническом описании MOSFET. SOA должна основываться на рабочей температуре окружающей среды, необходимой для приложения драйвера ворот MOSFET. При разрядке конденсаторной батареи с зарядом 0,9 В, Принятая кривая SOA должна указывать на то, что одиночный импульсный импульсный ток составляет не менее 1 В, а ширина импульса составляет от 1 мс до 10 мс. SOA должен быть подходящим для типичных температур окружающей среды приложения и должен устанавливаться под минимальным радиатором (также называемым MRP) Из печатной платы, которая предполагается 60 ℃.
Кроме того, необходимо учитывать рассеивание мощности в полевых транзисторах DMN3027LFG (Q2) и резисторе R2. В худшем случае необходимо зарядить и разрядить конденсатор за короткий промежуток времени. Предполагая, что в худшем случае силовой секвенсор может войти в непрерывный цикл , Запустив постоянный регулятор постоянного тока каждые 20 мс, а затем отменив его (с отключением 10 мс + 10 мс), DMN3027LFG и R2 будут иметь около 0,5 Вт рассеяния мощности. Это известная общая энергия, накопленная от конденсаторной батареи Рассчитывается каждые 20 мс разряда:
P = E ÷ t = ½ CV2 ÷ 20 мс = 500 мВт (при условии, что C = 20 мФ, заряжается до 1 В)
DMN3027LFG имеет максимальный RDS (ON) 40 мОм и поэтому потребляет 222 мВт и 278 мВт для Q2 и R2 соответственно. Если RDS (ON) ниже 15 мОм, R2 потребляет 385 мВт и поэтому потребляет 0,5 Вт Сопротивление рейтинга.
В нормальных условиях температура окружающей среды, как ожидается, приближается к 60 ° C, в то время как DMN3027LFG имеет термосопротивление с соединением к окружающей среде (RθJA) 130 ° C / W с минимально рекомендуемой конфигурацией пэдов и TJ почти 90 ° C при 222 мВт. (макс.) = 150 ℃. Занимает много места.
Фактическая работа схемы показана на рисунке 3. Ток спайка ограничен примерно 12,5 А, а емкость конденсатора разряжается от начального состояния 1 В до 5% в течение примерно 4 мс, что близко к теоретическому расчету.
