Как реализовано «отключение/защита от перегрева» для ИС?

Вкратце: компаратор с гистерезисом сравнивает фиксированное напряжение с напряжением, зависящим от температуры, и отключает последовательный транзистор, когда он отключается.

• Источник постоянного напряжения является основной частью любого регулятора напряжения.

• Источник напряжения, зависящий от температуры, может быть таким же простым, как диод. Задача разработчиков ИС состоит в том, чтобы сделать источник напряжения независимым от температуры!

• компаратор с гистерезисом является основной схемой: ключом является положительная обратная связь.

Схема, которая используется для измерения и коррекции температуры кристалла, называется эталонной ячейкой запрещенной зоны. Ядром эталона ширины запрещенной зоны является схема PTAT (пропорциональная абсолютной температуре) и CTAT (дополнительная к абсолютной температуре). Обе эти схемы выдают ток, и когда вы суммируете эти токи, вы получаете эталонный ток, постоянный по отношению к температуре. Также используются поправочные коэффициенты более высокого порядка (например, простая комбинация PTAT-CTAT будет иметь нескорректированные квадратичные члены), но здесь они не нужны для понимания.

Теперь, когда у вас есть сигналы, которые дают вам температурные состояния и состояния, независимые от температуры, вы можете легко увидеть, что вы можете реализовать множество различных элементов управления.

Во многих случаях температура определяется элементом, который находится на кристалле рядом с элементом управления мощностью или другими частями устройства, выделяющими тепло, но отдельно от них. Существует ряд методов определения приблизительной температуры без необходимости делать что-то ужасно экзотическое; когда схема чувствует, что кристалл стал слишком горячим, она просто отключает сигналы «включения», которые питают элементы управления питанием устройства.

Такие конструкции могут обеспечить недорогое средство защиты схемы от длительных условий умеренной, но не чрезмерной перегрузки. Во многих случаях они могут защитить даже от тяжелых условий перегрузки, если максимальная рассеиваемая мощность, которая может возникнуть в устройстве при максимальном рабочем напряжении, достаточно мала, чтобы датчик перегрева сработал раньше, чем элементы управления мощностью. уничтожаются. Однако важно отметить, что не все устройства гарантируют такое поведение. Я видел микросхему управления двигателем, которая IIRC была разработана для переключения усилителя, и которая прекрасно выключалась бы, если бы она пыталась вызвать короткое замыкание при питании от 24-вольтового 10-амперного источника питания, но которая загоралась бы, как лампа. вспышка, если он попытается резко замкнуться при питании от 24-вольтового 100-амперного источника питания. В первом случае, сам источник питания мог обеспечивать мощность, достаточную только для медленного нагрева переключающего элемента, поэтому цепь перегрева срабатывала до того, как переключающий элемент был поврежден. В последнем случае переключающий элемент рассеивал так много энергии так быстро, что плавился до того, как соседний термочувствительный элемент мог обнаружить состояние и отключить его. Как только это произошло, схема измерения температуры не могла ничего сделать, чтобы остановить тепловой разгон, который в конечном итоге произвел достаточно тепла, чтобы сплавить силовые и заземляющие слои на печатной плате под чипом. переключающий элемент рассеивал так много энергии так быстро, что расплавился до того, как соседний термочувствительный элемент смог обнаружить состояние и отключить его. Как только это произошло, схема измерения температуры не могла ничего сделать, чтобы остановить тепловой разгон, который в конечном итоге произвел достаточно тепла, чтобы сплавить силовые и заземляющие слои на печатной плате под чипом. переключающий элемент рассеивал так много энергии так быстро, что расплавился до того, как соседний термочувствительный элемент смог обнаружить состояние и отключить его. Как только это произошло, схема измерения температуры не могла ничего сделать, чтобы остановить тепловой разгон, который в конечном итоге произвел достаточно тепла, чтобы сплавить силовые и заземляющие слои на печатной плате под чипом.

Я не знаю, какая часть микросхем управления питанием уязвима для такого поведения, но обеспечение ограничения мощности, которую могут питать такие микросхемы, может быть неплохой идеей. Предохранитель может выполнять тройную функцию, добавляя небольшое сопротивление, чтобы уменьшить наихудшее количество энергии, которое чип может рассеивать, возможно, отключая питание достаточно быстро, чтобы предотвратить повреждение чипа, даже если его собственная схема не будет достаточно быстрой. чтобы защитить его, а в худшем случае - путем предотвращения теплового разгона до того, как чип станет достаточно горячим, чтобы повредить печатную плату или другие компоненты за ее пределами.