TLD6098-2ES是寬電壓輸入雙通道多拓撲DC/DC控制器,兩個通道上的電流或者電壓通過可以通過不同的拓撲實現閉環控制,作為一級恒壓源或者恒流源。目前TLD6098可以支持的拓撲有:對地升壓,SEPIC, 反激,對電池升壓,降壓。
本文針對TLD6098-X在保護診斷設計上的特殊處理,以及實際使用當中常見問題進行分析和解答,使設計者可以盡快定位問題,從而快速問題,縮短設計周期。
在調試當中有可能會觸發錯誤狀態,測試工程師需要通過測量波形來診斷PCB。
使用TLD6098-X可以通過測量FPWM/FAULT波形來定位報錯的原因。根據不同影響LED 驅動的原因,FPWM/FAULT管腳產生不同的波形。每種出錯信息輸出不同的PWM占空比,使得出錯信息容易辨認。可以用示波器的探棒進行測量。如果需要使用這個功能的話,FPWM/FAULT管腳對地的下來電阻的值需要處在1.8 k? - 9 k?區間。同時MCU可以容易的識別這些數字模式,提高ECU上診斷的效率。
TLD6098-X檢測到VFB的電壓小于100mV(VVFB_S2G 閾值)。在8ms(tS2G)之后控制器執行常規的軟啟動,給輸出電容重新充電來檢測看看短路道地是否依然存在。如果VFB管腳的電壓沒有上升到高于150mV(VVFB_S2G + VVFB_S2G_HYS),芯片判斷短路依然存在。
在短路到地的檢測過程當中,FPWM/FAULT 管腳是個占空比為80%的PWM,并且芯片的SWO管腳門級驅動只有在軟起動重試過程中使能。
但是芯片處于PWM調光狀態時,PWM的duty會有變化,主要是因為芯片只在PWM on時候才會做短路到地檢測。
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圖1:PWM調光是100%時短路到地時序圖
圖2:PWM調光是50%時短路到地時序圖
通過分壓電阻輸出電壓的可以反應到VFB的電壓上。在電壓掉到觸發短路到地閾值以下ai,芯片進入短路到地保護狀況,當短路條件移除,VFB管腳的上升到閾值加滯回值時,芯片恢復正常工作狀態,可以參考以下的兩個公式(RVFBH and RVFBL是輸出對地的分壓電阻網絡):
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在一些拓撲中,因為有直接從電池到地的路徑,比如boost,在這種情況下,調光的PMOS可以關斷輸出切斷來自輸入的過流來保護器件。防止過流損壞電感L1, 二極管D1, 電阻RFB, 已經線纜和連接器。.
圖3: TLD6098-1短路到地保護應用框圖
PMOS的選型需要保證重復重啟時沒有輸入電流限制。
在負載開路的時候,由于輸出電容的電流沒有泄放的路徑,輸出電壓會升高。芯片通過檢測VFB管腳的電壓來識別出開路的狀態。當VFB管腳的電壓高于1.6V (VVFB_OV), 將觸發輸出過壓的故障,當電壓小于1.4V (VVFB_OV – VVFB_OV_HYS).時,則認為芯片從故障中恢復。
圖4:PWM調光是100%時輸出過壓時序圖
圖5:PWM調光從50%到100%時輸出過壓時序圖
在輸出檢測過壓時,芯片在PWM 調光100%時候,FPWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。SWO的輸出在檢測到過壓時關閉,在tfault結束以及故障移除時,SWO恢復輸出。
需要注意的時候在PWMI off的時候芯片不做過壓檢測。
實際輸出過壓閾值用VFB的過壓閾值以及電阻分壓網絡一起決定(原理圖上RVFBH 和RVFBL )。
在輸出電壓高于以下值會觸發輸出過壓故障:
當輸出電壓低于以下值時從輸出過壓故障退出:
圖6: TLD6098-1輸出過壓保護應用框圖
通常分壓電阻網絡和輸出電容并聯,這樣可以根據輸出電容的耐壓值來選擇合適的分壓電阻。
在這種情況下,為了提高系統的可靠性,當FBH的電壓高于75V(VFBH(H))時,芯片會關閉SWO門級驅動。當FBH電壓低于65V(VFBH(L)).時,芯片從故障狀態出來。
圖7:PWM調光是100%時FBH過壓時序圖
在FBH檢測到過壓時,芯片在PWM 調光100%時候,FPWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。在整個報錯的PWM周期,SWO門級驅動一直處于關閉狀態。
圖8: TLD6098-1 FBH過壓保護應用框圖
在一些應用中,設計者可以講VFB的電阻分壓網絡挪到離負載更近(PMOS后面)來保護負載。在這種配置下,RFB 護著PMOS故障時會對D1的陰極產生不可控的電壓。FBH在電壓超過75V過壓保護通過關斷SWO門級驅動來防止芯片進一步被損壞。
一旦過流的計時器累計時間超過4ms, PMOS會關斷80ms(為了保護PMOS不會超過耗散功率)并且FPWM/FAULT管腳輸出20%占空比。
這個濾波時間在輸出電流是PWM波的情況下也是被使能的。并且模擬調光設定值也不能改變過流的閾值。
這個功能在結溫到達175°C ( TJ(SD))觸發直到結溫低于165°C ( TJ(SD) - TJ(SD_HYS))。
芯片以FPWM/FAULT管腳持續的高電平作為報警。
我們不建議芯片在正常工作時連續使用觸發這個功能。正常芯片結溫應保持不超過150°C。
這個解決方案可以可以和MCU一起配合,作為成本較高SPI通訊口線DCDC和成本較低只有傳統靜態報警標志芯片之間的性能和成本均衡的選擇。
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本文針對TLD6098-X在保護診斷設計上的特殊處理,以及實際使用當中常見問題進行分析和解答,使設計者可以盡快定位問題,從而快速問題,縮短設計周期。
- 介紹
在調試當中有可能會觸發錯誤狀態,測試工程師需要通過測量波形來診斷PCB。
使用TLD6098-X可以通過測量FPWM/FAULT波形來定位報錯的原因。根據不同影響LED 驅動的原因,FPWM/FAULT管腳產生不同的波形。每種出錯信息輸出不同的PWM占空比,使得出錯信息容易辨認。可以用示波器的探棒進行測量。如果需要使用這個功能的話,FPWM/FAULT管腳對地的下來電阻的值需要處在1.8 k? - 9 k?區間。同時MCU可以容易的識別這些數字模式,提高ECU上診斷的效率。
- 短路到地
TLD6098-X檢測到VFB的電壓小于100mV(VVFB_S2G 閾值)。在8ms(tS2G)之后控制器執行常規的軟啟動,給輸出電容重新充電來檢測看看短路道地是否依然存在。如果VFB管腳的電壓沒有上升到高于150mV(VVFB_S2G + VVFB_S2G_HYS),芯片判斷短路依然存在。
在短路到地的檢測過程當中,FPWM/FAULT 管腳是個占空比為80%的PWM,并且芯片的SWO管腳門級驅動只有在軟起動重試過程中使能。
但是芯片處于PWM調光狀態時,PWM的duty會有變化,主要是因為芯片只在PWM on時候才會做短路到地檢測。
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圖1:PWM調光是100%時短路到地時序圖
圖2:PWM調光是50%時短路到地時序圖
通過分壓電阻輸出電壓的可以反應到VFB的電壓上。在電壓掉到觸發短路到地閾值以下ai,芯片進入短路到地保護狀況,當短路條件移除,VFB管腳的上升到閾值加滯回值時,芯片恢復正常工作狀態,可以參考以下的兩個公式(RVFBH and RVFBL是輸出對地的分壓電阻網絡):
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在一些拓撲中,因為有直接從電池到地的路徑,比如boost,在這種情況下,調光的PMOS可以關斷輸出切斷來自輸入的過流來保護器件。防止過流損壞電感L1, 二極管D1, 電阻RFB, 已經線纜和連接器。.
圖3: TLD6098-1短路到地保護應用框圖
PMOS的選型需要保證重復重啟時沒有輸入電流限制。
- 輸出過壓
在負載開路的時候,由于輸出電容的電流沒有泄放的路徑,輸出電壓會升高。芯片通過檢測VFB管腳的電壓來識別出開路的狀態。當VFB管腳的電壓高于1.6V (VVFB_OV), 將觸發輸出過壓的故障,當電壓小于1.4V (VVFB_OV – VVFB_OV_HYS).時,則認為芯片從故障中恢復。
圖4:PWM調光是100%時輸出過壓時序圖
圖5:PWM調光從50%到100%時輸出過壓時序圖
在輸出檢測過壓時,芯片在PWM 調光100%時候,FPWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。SWO的輸出在檢測到過壓時關閉,在tfault結束以及故障移除時,SWO恢復輸出。
需要注意的時候在PWMI off的時候芯片不做過壓檢測。
實際輸出過壓閾值用VFB的過壓閾值以及電阻分壓網絡一起決定(原理圖上RVFBH 和RVFBL )。
在輸出電壓高于以下值會觸發輸出過壓故障:
當輸出電壓低于以下值時從輸出過壓故障退出:
圖6: TLD6098-1輸出過壓保護應用框圖
通常分壓電阻網絡和輸出電容并聯,這樣可以根據輸出電容的耐壓值來選擇合適的分壓電阻。
- FBH管腳過壓
在這種情況下,為了提高系統的可靠性,當FBH的電壓高于75V(VFBH(H))時,芯片會關閉SWO門級驅動。當FBH電壓低于65V(VFBH(L)).時,芯片從故障狀態出來。
圖7:PWM調光是100%時FBH過壓時序圖
在FBH檢測到過壓時,芯片在PWM 調光100%時候,FPWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。在整個報錯的PWM周期,SWO門級驅動一直處于關閉狀態。
圖8: TLD6098-1 FBH過壓保護應用框圖
在一些應用中,設計者可以講VFB的電阻分壓網絡挪到離負載更近(PMOS后面)來保護負載。在這種配置下,RFB 護著PMOS故障時會對D1的陰極產生不可控的電壓。FBH在電壓超過75V過壓保護通過關斷SWO門級驅動來防止芯片進一步被損壞。
- 過流
一旦過流的計時器累計時間超過4ms, PMOS會關斷80ms(為了保護PMOS不會超過耗散功率)并且FPWM/FAULT管腳輸出20%占空比。
這個濾波時間在輸出電流是PWM波的情況下也是被使能的。并且模擬調光設定值也不能改變過流的閾值。
- 過溫
這個功能在結溫到達175°C ( TJ(SD))觸發直到結溫低于165°C ( TJ(SD) - TJ(SD_HYS))。
芯片以FPWM/FAULT管腳持續的高電平作為報警。
我們不建議芯片在正常工作時連續使用觸發這個功能。正常芯片結溫應保持不超過150°C。
- 結論
這個解決方案可以可以和MCU一起配合,作為成本較高SPI通訊口線DCDC和成本較低只有傳統靜態報警標志芯片之間的性能和成本均衡的選擇。
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