ZHCU523C July   2018  – March 2021 TPS274160

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 重点产品
      1. 2.2.1 LM5165
      2. 2.2.2 TLC59282
      3. 2.2.3 TPS4H160-Q1
      4. 2.2.4 INA253
      5. 2.2.5 TIOL111
    3. 2.3 系统设计原理
      1. 2.3.1 IO-Link PHY
      2. 2.3.2 电流吸收器
      3. 2.3.3 L+ 电源
      4. 2.3.4 电源
      5. 2.3.5 引脚排列
    4. 2.4 软件帧处理程序
      1. 2.4.1 PRU-ICSS IO-Link 帧处理程序
        1. 2.4.1.1 性能优势和优点
        2. 2.4.1.2 操作原理
  9. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 所需的硬件和软件
      1. 3.1.1 硬件
      2. 3.1.2 软件
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 测试设置
      2. 3.2.2 测试结果
        1. 3.2.2.1 IO-Link 唤醒脉冲
        2. 3.2.2.2 L+ 导通行为
        3. 3.2.2.3 CQ 端口电流吸收器
        4. 3.2.2.4 残余电压
        5. 3.2.2.5 IO-Link 物理层测试汇总
        6. 3.2.2.6 各端口电流检测
        7. 3.2.2.7 TPS4H160 热特性
  10. 4设计文件
    1. 4.1 原理图
    2. 4.2 物料清单
    3. 4.3 PCB 布局建议
      1. 4.3.1 布局图
    4. 4.4 Altium 工程
    5. 4.5 Gerber 文件
    6. 4.6 装配图
  11. 5软件文件
  12. 6相关文档
    1. 6.1 商标
  13. 7作者简介
  14. 8修订历史记录

2.3.3 L+ 电源

IO-Link 主站必须为 L+ 线路提供至少 200mA 电流能力，并可在 50ms 内提供 400mA 脉冲。该规范在 表 2-4 中有明确规定。

表 2-4 L+ 电源规范
属性参数名称最小值典型值最大值单位注释
VSM器件的电源电压202430V请参阅 IO-Link 接口和系统规范版本 1.1.22 中的 电平定义
ISM器件的电源电流200不适用不适用mA超过 200mA 需要外部电源
ISIRM器件的电流脉冲能力400不适用不适用mA在端口供电上电后，主站必须保证在 18V 下至少 50ms 的电流能力

为实现这一功能，本设计使用了 TPS4H160 器件。该器件为四通道高侧开关，提供可编程电流限值，并带有电流检测输出，连接至 MCU。因此，每个通道具备短路保护，MCU 可监测各端口电流并检测故障。

满足 ISm 要求相对容易，只需使用 R(DS)on 足够低的任意器件即可实现。然而，要满足 ISIRm 要求更为困难，因为结到环境的功率耗散是限制因素。当输出短路或需要给大电容器充电时，器件短时功率耗散可达 400mA × 30V = 12 W。若设计驱动超过最小 400mA 电流，功耗可能更高。

在 L+ 线路上给带有静态负载的大电容器充电（IO-Link 器件的常见场景）会稍微缓解功率耗散压力，因为 L+ 电压升高，FET 压降下降，功率耗散也随之减少。

然而，由于功率无法快速传导至 PCB 或散热器，主要限制因素仍在器件封装上。

请参阅 IO-Link 套件 2015 及修订版 1.0 第 4.4 节 中的 上电最大器件消耗 表格，以查看详细规范及其对“上电后前 50ms 内产生20mAs 的 400mA 电流”的定义。

根据此规范扩展，L+ 输出测试定义为并联 1000µF 大电容器和 150Ω 电阻的负载，用于模拟具有静态负载和大输入电容器的器件。

TIDA-010016 高侧开关原理图图 2-10 高侧开关原理图

高侧开关配置为将电流限制在 0.6A，此电流值用于满足 L+ 启动特性要求。若电流过高，器件封装无法承受电容器充期间的电功率耗散，器件将关闭以降温，并重新启动。

电流检测配置为在最大输出电压 1.8V 时可测量到 0.7A（由 IDK 上 AM4379 器件的 ADC 提供）。由此形成的原理图如 图 2-10 中所示。TPS4H160 器件在出现热错误后可设置两种行为：自动重试或关闭，本设计配置为关闭，直至再次使能。

若有其他需求，或允许带中断的启动行为，则每端口 1A 的较高电流是可行的，并可在启动时正常工作。