Wie wird "Übertemperaturabschaltung / -schutz" für ICs implementiert?

IC-Datenblätter enthalten häufig Informationen zum Übertemperaturschutz der Schaltkreise. Nehmen wir zum Beispiel ein Microchip LDO (MCP1702):

"... Wenn die Verlustleistung innerhalb des LDO zu hoch ist, steigt die interne Sperrschichttemperatur über die typische Abschaltschwelle von 150 ° C. An diesem Punkt schaltet sich das LDO ab und beginnt, sich auf den typischen Einschaltübergang abzukühlen Temperatur von 130 ° C. Wenn die Verlustleistung niedrig genug ist, kühlt das Gerät weiter ab und arbeitet normal. Wenn die Verlustleistung hoch bleibt, schaltet die Schutzschaltung für die thermische Abschaltung das LDO wieder aus und schützt es vor einem katastrophalen Ausfall. "

Wie genau wird dies auf Chipebene erreicht? Besonders das Hystereseverhalten.

Kurz gesagt: Ein Komparator mit Hysterese vergleicht eine feste Spannung mit einer temperaturabhängigen Spannung und schaltet den Serientransistor während der Auslösung ab.

• Eine Festspannungsquelle ist ein wesentlicher Bestandteil jedes Spannungsreglers.

• Eine temperaturabhängige Spannungsquelle kann so einfach wie eine Diode sein. Die Herausforderung für IC-Entwickler besteht darin, die temperaturunabhängige Spannungsquelle herzustellen!

• Ein Komparator mit Hysterese ist eine grundlegende Schaltung: Positive Rückkopplung ist der Schlüssel.

Die Schaltung, die zum Messen und Korrigieren der Temperatur des Chips verwendet wird, wird als Bandlückenreferenzzelle bezeichnet. Der Kern einer Bandlückenreferenz ist eine PTAT-Schaltung (proportional zur absoluten Temperatur) und eine CTAT-Schaltung (komplementär zur absoluten Temperatur). Diese Schaltkreise geben beide einen Strom aus und wenn Sie diese Ströme summieren, erhalten Sie einen Referenzstrom, der in Bezug auf die Temperatur konstant ist. Es werden auch Korrekturfaktoren höherer Ordnung verwendet (eine einfache PTAT-CTAT-Kombination hat beispielsweise nicht korrigierte quadratische Terme), die hier jedoch nicht zum Verständnis erforderlich sind.

Jetzt, da Sie Signale haben, die Ihnen Temperaturzustände und temperaturunabhängige Zustände geben, können Sie leicht erkennen, dass Sie damit viele verschiedene Steuerungen implementieren können.

In vielen Fällen wird die Temperatur von einem Element erfasst, das sich auf dem Chip in der Nähe des Leistungsregelungselements oder anderer Teile der Vorrichtung befindet, die Wärme erzeugen, aber von diesen getrennt sind. Es gibt eine Reihe von Techniken, um die ungefähre Temperatur zu erfassen, ohne etwas schrecklich Exotisches tun zu müssen. Wenn die Schaltung feststellt, dass der Chip zu heiß geworden ist, schaltet sie einfach die "Freigabesignale" aus, die die Leistungssteuerungselemente des Geräts speisen.

Solche Konstruktionen können ein kostengünstiges Mittel zum Schutz von Schaltkreisen vor anhaltenden Bedingungen einer leichten, aber nicht unverschämten Überlastung darstellen. In vielen Fällen können sie sich auch vor schweren Überlastbedingungen schützen, wenn die maximale Verlustleistung, die bei maximaler Betriebsspannung im Gerät erzeugt werden kann, so niedrig ist, dass der Übertemperatursensor vor den Leistungsregelelementen auslöst sind zerstört. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass nicht alle Geräte ein solches Verhalten garantieren. Ich habe einen Motorsteuerungs-IC gesehen, der vom IIRC zum Schalten eines Verstärkers entwickelt wurde und der sich gut abschalten würde, wenn er versuchen würde, einen Kurzschluss zu erzeugen, während er von einer 24-Volt-10-Ampere-Versorgung gespeist wird, aber wie ein leuchtet Fackel, wenn versucht wurde, einen Kurzschluss zu verursachen, während er mit einer 24-Volt-100-Ampere-Versorgung betrieben wurde. Im ersteren Fall, Die Versorgung selbst konnte nur genügend Strom liefern, um das Schaltelement etwas langsam zu erwärmen, so dass der Übertemperaturkreis einschaltete, bevor das Schaltelement beschädigt wurde. Im letzteren Fall verbrauchte das Schaltelement so schnell so viel Energie, dass es schmolz, bevor das nahegelegene Temperaturerfassungselement den Zustand erkennen und abschalten konnte. Sobald dies geschah, konnte die Temperaturerfassungsschaltung nichts mehr tun, um das thermische Durchgehen zu stoppen, das schließlich genug Wärme erzeugte, um die Strom- und Masseebenen in der Leiterplatte unter dem Chip zu verschmelzen. Das Schaltelement verbrauchte so schnell so viel Energie, dass es schmolz, bevor das nahegelegene Temperaturfühler den Zustand erkennen und abschalten konnte. Sobald dies geschah, konnte die Temperaturerfassungsschaltung nichts mehr tun, um das thermische Durchgehen zu stoppen, das schließlich genug Wärme erzeugte, um die Strom- und Masseebenen in der Leiterplatte unter dem Chip zu verschmelzen. Das Schaltelement verbrauchte so schnell so viel Energie, dass es schmolz, bevor das nahegelegene Temperaturfühler den Zustand erkennen und abschalten konnte. Sobald dies geschah, konnte die Temperaturerfassungsschaltung nichts mehr tun, um das thermische Durchgehen zu stoppen, das schließlich genug Wärme erzeugte, um die Strom- und Masseebenen in der Leiterplatte unter dem Chip zu verschmelzen.

Ich weiß nicht, welcher Teil der Leistungssteuerungs-ICs für solche Verhaltensweisen anfällig ist, aber es ist möglicherweise keine schlechte Idee, sicherzustellen, dass die Leistung solcher Chips begrenzt ist. Eine Sicherung kann eine dreifache Leistung erbringen, indem sie einen kleinen Widerstand hinzufügt, um die im schlimmsten Fall verbrauchte Leistung des Chips zu verringern, und möglicherweise die Leistung schnell genug unterbricht, um zu verhindern, dass der Chip beschädigt wird, selbst wenn seine eigene Schaltung nicht schnell genug wäre Zum Schutz und im schlimmsten Fall durch Stoppen eines thermischen Durchgehens, bevor der Chip heiß genug werden kann, um die Leiterplatte oder andere Komponenten außerhalb des Chips zu beschädigen.