ZHCAAB9E February   2021  – March 2021 TPS1H000-Q1 , TPS1H100-Q1 , TPS1H200A-Q1 , TPS1HA08-Q1 , TPS25200-Q1 , TPS27S100 , TPS2H000-Q1 , TPS2H160-Q1 , TPS2HB16-Q1 , TPS2HB35-Q1 , TPS2HB50-Q1 , TPS4H000-Q1 , TPS4H160-Q1

 

  1.   商标
  2. 1引言
  3. 2驱动电阻性负载
    1. 2.1 背景
    2. 2.2 应用示例
    3. 2.3 为何使用智能高侧开关？
      1. 2.3.1 精确的电流检测
      2. 2.3.2 可调电流限制
    4. 2.4 选择合适的智能高侧开关
      1. 2.4.1 功率耗散计算
      2. 2.4.2 PWM 和开关损耗
  4. 3驱动电容性负载
    1. 3.1 背景
    2. 3.2 应用示例
    3. 3.3 为何使用智能高侧开关？
      1. 3.3.1 电容性负载充电
      2. 3.3.2 减小浪涌电流
        1. 3.3.2.1 电容器充电时间
      3. 3.3.3 热耗散
      4. 3.3.4 电容性浪涌期间的结温
      5. 3.3.5 过热关断
      6. 3.3.6 选择正确的智能高侧开关
  5. 4驱动电感性负载
    1. 4.1 背景
    2. 4.2 应用示例
    3. 4.3 为何使用智能高侧开关？
    4. 4.4 导通阶段
    5. 4.5 关断阶段
      1. 4.5.1 退磁时间
      2. 4.5.2 退磁期间的瞬时功率损耗
      3. 4.5.3 退磁期间耗散的总能量
      4. 4.5.4 测量精度
      5. 4.5.5 应用示例
      6. 4.5.6 计算
      7. 4.5.7 测量
    6. 4.6 选择正确的智能高侧开关
  6. 5驱动 LED 负载
    1. 5.1 背景
    2. 5.2 应用示例
    3. 5.3 LED 直接驱动
    4. 5.4 LED 模块
    5. 5.5 为何使用智能高侧开关？
    6. 5.6 开路负载检测
    7. 5.7 负载电流感测
    8. 5.8 恒流源
      1. 5.8.1 选择正确的智能高侧开关
  7. 6附录
    1. 6.1 瞬态热阻抗数据
    2. 6.2 退磁能量特性数据
  8. 7参考文献
  9. 8修订历史记录

3.3.5 过热关断

为确保在高功率耗散期间不会出现故障，TI 智能高侧开关集成了两种过热保护方法。第一种方法是绝对热关断，即在结温达到不安全水平（通常在 150°C 左右）时将 FET 关断。第二种方法是相对热关断，或热振荡关断，这种方法会测量 FET 和控制器之间的温差，并且将在 FET 快速升温但控制器滞后于 FET 温度的大型瞬态期间将智能高侧开关关断。这种保护方式能够在以下两种主要情况下提高可靠性：

  1. 防止出现温度传感器无法记录的 FET 局部热点。在仅采用绝对温度关断方法的情况下，要测量最高结温，但这是无法保证的。
  2. 在电缆电感短路的情况下提供保护。在输出短路期间，输出端需要汲取非常高的电流，因此智能高侧开关将钳制在电流限值处，直至达成热关断。一旦达成热关断，输出电流将立即停止，但是电缆中存在的任何输出电感都会尝试让电流继续流动，因此智能高侧开关必须对该电感进行退磁。更多有关对电感性进行退磁的详细信息，请参阅Topic Link Label4。如果智能高侧开关已经处于其结温峰值，这种退磁能量将损坏开关。通过使用 FET 的相对温度来鉴定此种短路并提早将器件关断，可确保该器件安全吸收退磁能量。
图 3-17 所示为相对热关断机制的行为，这种机制在 TFET-TCON>TSW（其中 TSW=60°C）时关断 FET，并在低于 TSW 减去迟滞温度 THYS 时重新导通 FET。这可能会导致浪涌期间下电上电以及负载电容器充电缓慢。

GUID-A2E187FB-F878-4C4C-A11F-9594A25B230A-low.png图 3-17 相对热关断机制导致的热循环

当发生这些关断机制中的任一个时，开关都会关断以防止电流流向负载。通过防止电流流向负载，器件可防止智能高侧开关中出现任何额外的功率耗散。这使得开关有足够的时间冷却下来并达到安全温度。

在关断期间，FET 开路会暂时阻止电容器充电，但 TI 智能高侧开关能够快速冷却下来并进行重试，因此电容器上的电荷侵蚀将受到限制，然后在重新启动时，开关将继续充电。这意味着，如果智能高侧开关达到热关断状态，它将快速进行重试并安全地恢复对电容器的充电。

这种行为可在图 3-18 中看到，其中的 TPS2H160-Q1 将 470μF 驱动至 24V，将电流限制在 2.2A。可以观察到，在两种情况下，器件达到相对关断温度，并暂时禁用开关以防止电流流动，然后在器件冷却后重新启用开关。通过这种方式，TI 智能高侧开关可在驱动大型容性负载时保护自身免受过温应力的影响。

GUID-6B5F52D2-4852-424D-BB4C-B508E3911EF1-low.gif图 3-18 TPS2H160-Q1 驱动电容时进行热关断

在选择用于驱动容性负载的 TI 器件时，了解该分析内容非常重要。理想情况下，智能高侧开关应该能够驱动负载而不进行任何关断，但是设计人员应平衡电流限制设定值和所需的充电时间。若要确定器件是否会进入热关断状态，较好的方法是使用 TI 评估模块来测试特定负载曲线，但若要进行详细分析，也可使用 RC 热模型。