ZHCU410B December   2017  – November 2022

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1. 1.1 关键系统规格
  7. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 使用条件：假设
        1. 2.2.1.1 一般假设
        2. 2.2.1.2 特定假设
      2. 2.2.2 诊断覆盖范围
        1. 2.2.2.1 双通道监控
        2. 2.2.2.2 通过 MCU (SIL1) 检查 ISO1211 功能
        3. 2.2.2.3 通过 MCU (SIL1) 检查 TPS22919 功能
        4. 2.2.2.4 通过 MCU (SIL1) 检查 TPS27S100 功能
        5. 2.2.2.5 利用 ISO5452、ISO5852S 或 UCC21750 集成式模拟至 PWM 隔离式传感器的 RDY 引脚实现可选的监控功能
      3. 2.2.3 驱动状态
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 ISO1211
      2. 2.3.2 TPS27S100
      3. 2.3.3 TPS22919
      4. 2.3.4 ISO5852S、ISO5452
    4. 2.4 系统设计原理
      1. 2.4.1 用于 STO 的数字输入接收器
      2. 2.4.2 用于控制 VCC1 的 STO_1 信号流路径
      3. 2.4.3 STO_2 信号流路径
        1. 2.4.3.1 用于控制栅极驱动器的次级侧电源电压的高侧开关
        2. 2.4.3.2 为次级侧供电：栅极驱动器的 VCC2
      4. 2.4.4 栅极驱动器设计
      5. 2.4.5 STO_FB 信号流路径
  8. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 入门硬件
      1. 3.1.1 PCB 概述
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 逻辑高电平和逻辑低电平 STO 阈值
      2. 3.2.2 STO1 信号验证
        1. 3.2.2.1 STO1 传播到栅极驱动器的 VCC1
        2. 3.2.2.2 1ms STO 脉冲抑制
        3. 3.2.2.3 MCU 接口的诊断脉冲
      3. 3.2.3 STO2 信号验证
        1. 3.2.3.1 STO2 传播到栅极驱动器的 VCC2
        2. 3.2.3.2 1 ms 脉冲抑制
        3. 3.2.3.3 MCU 的诊断脉冲
        4. 3.2.3.4 浪涌电流测量
      4. 3.2.4 基于开关的 3.3V 电压轨
      5. 3.2.5 60V 输入电压和反极性保护
      6. 3.2.6 跳闸区域功能验证
  9. 4设计文件
    1. 4.1 原理图
    2. 4.2 物料清单
    3. 4.3 板层图
    4. 4.4 Altium 项目
    5. 4.5 Gerber 文件
    6. 4.6 装配图
  10. 5相关文档
    1. 5.1 商标
  11. 6关于作者
  12. 7鸣谢
  13. 8修订历史记录

3.2 测试和结果

注： 本章中的测试结果均基于修订版 E1.0 电路板进行测试。表 3-5 列出了从修订版 E1.0 到修订版 E2.1 的所有设计变更。
表 3-5 修订版 E2.1 的设计变更日志
编号修订版本文档参考变更说明

1

E2.1

原理图和 BOM

将 U5（双通道隔离器 ISO1212）更改为 2 个单通道隔离器 U5 和 U9 (ISO1211)，以实现 1 (HFT=1) 硬件容错。

2

E2.1原理图和 BOM移除隔离器输入端的 U4、U6 (TVS3300)，因为具有 Rsense=562W 和 Rth=2.5kW 的 ISO1211 支持 ±1kV 浪涌电压。请参阅 ISO1211 数据表中的表 3。

3

E2.1原理图和 BOM

为 STO 1 输出 VCC（栅极驱动器逻辑电源）添加另一个钳位电路（R46、C37、Q3）。

这可防止 VCC 电源的反向偏置流过 CMOS 输入栅极驱动器 ISO5852S（或 ISO5452），以防 PWM 信号仍处于高电平有效 (3V3) 状态。

4

E2.1原理图和 BOM添加隔离式 24 STO_FB 输出电路，以指示驱动状态（安全状态或正常运行）。可在必要时用于将驱动器的状态反馈给安全 PLC 以进行额外的诊断。

5

E2.1原理图和 BOM将所有设计状态为“过时”或“不用于新设计”的电容器 (MLCC) 更改为状态为“正在供货”的器件。

6

E2.1原理图和 BOM将设计状态为“过时”的指示 LED D7 更改为状态为“正在供货”的器件。根据新的 D7 额定电流，将 R31 从 50Ω 更改为 200Ω。

7

E2.1原理图和 BOM

负载开关 U7 从 TPS22860 更改为 TPS22919，以避免输入引脚开路故障：

  • TPS22860 输入开路|高阻态 --> 将导致输出出现不确定状态。

  • TPS22919 输入开路|高阻态 --> 不会将电源传输至 OUT。

8

E2.1

原理图和 BOM

将单个 U2（4 通道逻辑门 SN74HC7001DT）更改为两个独立的逻辑门 U2 和 U10 (SN74LVC2G132YZPR) 以实现 HFT=1。

9

E2.1原理图和 BOM

将 R13 (1kΩ) 与 R6 和 R13（2 个 499Ω）分开。

将 R20 (1kΩ) 与 R17 和 R20（2 个 499Ω）分开。

为了摆脱电阻器的短路或更改值故障模式，而电阻器将会旁路逻辑门的滤波器。

10

E2.1原理图和 BOM

将 J2 从 OST ED555/3DS 更改为 PHX 1751251。

螺钉孔更大，安装电缆更方便。

11

E2.1原理图在 STO_1 和 STO_2 电路周围添加线条并排除电源。针对 PSU 添加说明，指出 PSU 不是 TUEV 概览回顾的一部分，并且需要是受保护的电源。（请参阅 TIDA-01599_STO_Concept_FMEA_1v6.docx）

12

E2.1原理图向原理图中添加电源轨要求（请参阅 TIDA-01599_STO_Concept_FMEA_1v6.docx）

13

E2.1原理图和 BOM将 R15、R22 更改为防脉冲型 MELF 并将 C8、C11 额定电压更改为 100V

14

E2.1

布局

根据上述修改更改布局和电路板尺寸。

15

E2.1

布局

交换电源层（中间层 2）和接底层（中间层 1），以便为 TOP 层上的高速信号提供正确的接地回路。