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

Kurz gesagt: Ein Komparator mit Hysterese vergleicht eine feste Spannung mit einer temperaturabhängigen Spannung und schaltet den Längstransistor beim Auslösen ab.

• Eine Festspannungsquelle ist ein grundlegender Bestandteil jedes Spannungsreglers.

• Eine temperaturabhängige Spannungsquelle kann so einfach wie eine Diode sein. Die Herausforderung für IC-Designer besteht darin, die Spannungsquelle temperaturunabhängig zu machen!

• 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 Bandgap-Referenzzelle bezeichnet. Der Kern einer Bandgap-Referenz ist eine PTAT-Schaltung (proportional zur absoluten Temperatur) und eine CTAT-Schaltung (komplementär zur absoluten Temperatur). Diese Schaltungen geben beide einen Strom aus, und wenn Sie diese Ströme summieren, erhalten Sie einen Referenzstrom, der in Bezug auf die Temperatur konstant ist. Es gibt auch Korrekturfaktoren höherer Ordnung, die ebenfalls verwendet werden (eine einfache PTAT-CTAT-Kombination wird beispielsweise unkorrigierte quadratische Terme haben), aber für das Verständnis hier nicht notwendig.

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 gemessen, das sich auf dem Chip in der Nähe, aber getrennt von dem Leistungssteuerelement oder anderen Abschnitten der Vorrichtung befindet, die Wärme erzeugen. Es gibt eine Reihe von Techniken, um die ungefähre Temperatur zu messen, ohne etwas schrecklich Exotisches tun zu müssen; Wenn die Schaltung feststellt, dass der Chip zu heiß geworden ist, schaltet sie einfach die "Freigabe"-Signale aus, die die Leistungssteuerelemente des Geräts versorgen.

Solche Konstruktionen können ein kostengünstiges Mittel zum Schutz von Schaltungen vor andauernden Zuständen leichter, aber nicht unverschämter Überlastung bieten. Sie können in vielen Fällen sogar vor starken Überlastbedingungen schützen, wenn die maximale Verlustleistung, die im Gerät bei maximaler Betriebsspannung erzeugt werden kann, so gering ist, dass der Übertemperatursensor vor den Leistungssteuerelementen auslöst sind zerstört. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass nicht alle Geräte ein solches Verhalten garantieren. Ich habe einen Motorsteuerungs-IC gesehen, dessen IIRC zum Schalten eines Verstärkers entwickelt wurde und der sich gut abschalten würde, wenn er versuchen würde, einen toten Kurzschluss zu fahren, während er von einer 24-Volt-10-Ampere-Versorgung versorgt wird, der aber wie ein leuchten würde Aufflackern, wenn es versuchte, einen Kurzschluss zu fahren, während es von einer 24-Volt-100-Ampere-Versorgung gespeist wurde. Im ersteren Fall, Die Versorgung selbst konnte nur genug Strom liefern, um das Schaltelement etwas langsam zu erwärmen, sodass der Übertemperaturkreis eingreifen würde, bevor das Schaltelement beschädigt wurde. Im letzteren Fall verbrauchte das Schaltelement so schnell so viel Energie, dass es schmolz, bevor das nahe gelegene 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 nahe gelegene 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 nahe gelegene 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.

Ich weiß nicht, welcher Anteil der Leistungssteuerungs-ICs für solche Verhaltensweisen anfällig ist, aber sicherzustellen, dass es eine Grenze dafür gibt, wie viel Strom solche Chips speisen kann, ist möglicherweise keine schlechte Idee. Eine Sicherung könnte eine dreifache Aufgabe erfüllen, indem sie sowohl einen kleinen Widerstand hinzufügt, um die im schlimmsten Fall abzuführende Strommenge zu reduzieren, als auch die Stromversorgung möglicherweise schnell genug unterbricht, um eine Beschädigung des Chips zu verhindern, selbst wenn ihre eigene Schaltung nicht schnell genug wäre um ihn zu schützen, und im schlimmsten Fall durch Stoppen eines thermischen Runaway-Zustands, bevor der Chip heiß genug werden kann, um die Leiterplatte oder andere Komponenten außerhalb davon zu beschädigen.