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

2.4.1 用于 STO 的数字输入接收器

ISO1211 可接收 24V 数字信号，并提供隔离式数字输出，无需现场侧电源。输入信号路径上的外部电阻器（R12 和 R21）可精确设置现场输入中的电流消耗限值。此电流限值有助于最大限度地降低系统中耗散的功率。可为 1 型、2 型或 3 型操作设置此电流限值。电压转换阈值符合 1 型、2 型和 3 型要求，并且可使用外部电阻器（R22 和 R15）完成进一步提升。这两个电阻器都是碳素 MELF（防脉冲）型电阻器，用于提供浪涌保护。详细测试结果，请参阅如何设计隔离式数字输入模块来提高浪涌抗扰度应用简报。

图 2-10 显示了 ISO1211 接收器的原理图。

GUID-20220307-SS0I-CH7G-R4XQ-0XCGL1KKPZWW-low.png图 2-10 ISO1211 原理图

根据设计规范，为 24V 输入电压定义的电压限值如下所示：

  1. 15V 至 30V 直流：未使用 STO 功能（允许运动）
  2. 0V 至 5V 直流：已使用 STO 功能（禁止运动）

这些设计要求符合 1 型特性。

如图 2-10 所示，1 型操作针对 R12 和 R21 使用 560Ω 的值，电流限制为 2.25 mA（典型值）。RSENSE 电阻器和典型电流限值 (IL) 之间的关系由Equation1 给定。

Equation1. GUID-DBA80E7D-28F2-4C6F-AB49-00FCDBB03503-low.gif

除限制浪涌电流以外，电阻器 R22 和 R15 还设置电压阈值（VIH 和 VIL）。针对 1 型系统的 R22 和 R15 使用 2.5kΩ 电阻器。Equation2 和Equation3 分别用于计算 VIH 和 VIL 的典型值。

Equation2. VIH(TYPICAL)=8.25 V+R22×2.25 mA×562 ΩR21=8.25 V+2.5 kΩ×2.25 mA×562 Ω560 Ω=13.875 V
Equation3. VIL(TYPICAL)=7.1 V+R22×2.25 mA×562 ΩR21=7.1 V+2.5 kΩ×2.25 mA×562 Ω560 Ω=12.725 V

请注意，对输入信号 STO_1 和 STO_2 使用的特定假设是，输入电压介于 0V 和 24V 标称值之间，最差情况下为 3.6V（用作逻辑低电平）和 20.4V（用作逻辑高电平）。逻辑高电平范围为 24V 直流 ±15%（标称值）以及 ±60V 直流（绝对最大值）。预计没有中间电压。

根据设计规范，低于 1 ms 的低电平 STO 脉冲会被抑制。可通过在 ISO1211 器件的输出信号上放置低通滤波器来解决这一抑制问题。若要满足设计要求，请放置 R = 1K 和 C = 3.3 μF 的 RC 组合（请参阅Equation4）。

Equation4. GUID-CB090E61-34EC-4423-8DC9-12E7E60A6654-low.gif

此滤波器的截止频率是 48 Hz，其中：

  • V(t) = 3.3
  • 在 t = 1 ms 时
  • V(t) = 2.8V，这些值均在与门的逻辑阈值高范围内。

在实现时，将 2 个 499Ω R17 和 R20 串联用于 STO 1 并将 2 个 499Ω R6 和 R13 串联用于 STO 2。这是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输入端的滤波器。