¿Cómo se implementa el "apagado / protección por sobretemperatura" para los IC?

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Las hojas de datos de IC a menudo ofrecen información sobre la protección de sobrecalentamiento de los circuitos. Tomemos un Microchip LDO (MCP1702) por ejemplo:

"... Si la disipación de potencia dentro del LDO es excesiva, la temperatura de la unión interna se elevará por encima del umbral de apagado típico de 150 ° C. En ese punto, el LDO se apagará y comenzará a enfriarse al giro típico - en la temperatura de la unión de 130 ° C. Si la disipación de energía es lo suficientemente baja, el dispositivo continuará enfriándose y operará normalmente. Si la disipación de energía permanece alta, el circuito de protección de apagado térmico volverá a apagar el LDO, protegiéndolo de catastróficos fracaso ".

¿Cómo se logra esto exactamente en el nivel de chip? Especialmente el comportamiento de histéresis.

    
pregunta Rev1.0

3 respuestas

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En resumen: un comparador con histéresis compara un voltaje fijo con un voltaje que depende de la temperatura y apaga el transistor en serie mientras se dispara.

  • Una fuente de voltaje fijo es parte fundamental de cualquier regulador de voltaje.

  • Una fuente de voltaje dependiente de la temperatura puede ser tan simple como un diodo. ¡El desafío para los diseñadores de circuitos integrados es hacer que la fuente de voltaje sea independiente de la temperatura!

  • un comparador con histéresis es un circuito fundamental: la retroalimentación positiva es la clave.

    
respondido por el Wouter van Ooijen
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El circuito que se usa para medir y corregir la temperatura de la matriz se denomina celda de referencia de intervalo de banda. El núcleo de una referencia de intervalo de banda es un circuito PTAT (proporcional a la temperatura absoluta) y un CTAT (complementario a la temperatura absoluta). Estos circuitos emiten una corriente y al sumar estas corrientes se obtiene una corriente de referencia que es constante con respecto a la temperatura. También se utilizan factores de corrección de orden superior (por ejemplo, una combinación simple de PTAT y CTAT tendrá términos cuadráticos no corregidos) pero no es necesario para su comprensión aquí.

Ahora que tiene señales que le dan estados de temperatura y estados independientes de temperatura, puede ver fácilmente que puede implementar muchos controles diferentes.

    
respondido por el placeholder
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En muchos casos, la temperatura es detectada por un elemento que está en la matriz cerca, pero separado de, el elemento de control de potencia u otras partes del dispositivo que producen calor. Existen varias técnicas para detectar la temperatura aproximada sin tener que hacer nada terriblemente exótico; cuando el circuito detecta que el dado se ha calentado demasiado, simplemente apagará las señales de "habilitación" que alimentan los elementos de control de potencia del dispositivo.

Tales diseños pueden proporcionar un medio económico para proteger los circuitos contra condiciones sostenidas de sobrecarga leve pero no escandalosa. En muchos casos, pueden proteger incluso contra condiciones severas de sobrecarga, si la máxima disipación de energía que puede producirse en el dispositivo, dado que la tensión máxima de operación es lo suficientemente baja, el sensor de sobrecalentamiento disparará antes que los elementos de control de energía. están destruídos. Es importante tener en cuenta, sin embargo, que no todos los dispositivos garantizan dicho comportamiento. He visto un IC de control de motor que IIRC fue diseñado para cambiar un amplificador, y que se apagaría muy bien si intentara fallar, mientras estaba alimentado por un suministro de 24 voltios y 10 amperios, pero que se iluminaría como un ensanche si trató de manejar un cortocircuito mientras está alimentado por un suministro de 24 voltios de 100 amperios. En el primer caso, la fuente en sí misma solo podría suministrar suficiente energía para calentar el elemento de conmutación un poco lento, por lo que el circuito de sobretemperatura se activaría antes de que se dañara el elemento de conmutación. En este último caso, el elemento de conmutación disipó tanta energía tan rápidamente que se derritió antes de que el elemento sensor de temperatura cercano pudiera detectar la condición y apagarla. Una vez que eso sucedió, el circuito de detección de temperatura no pudo hacer nada para detener el embalamiento térmico, que terminó produciendo suficiente calor para fusionar la potencia y los planos de tierra en la PCB debajo del chip.

No sé qué fracción de los IC de control de potencia son vulnerables a tales comportamientos, pero asegurar que haya un límite en la cantidad de potencia que puede alimentar a dichos chips puede no ser una mala idea. Un fusible podría hacer una triple tarea, tanto agregando un poco de resistencia para reducir la peor cantidad de energía que el chip podría disipar, tal vez interrumpiendo la energía lo suficientemente rápido como para evitar que el chip se dañe, incluso si su propio circuito no fuera lo suficientemente rápido para protegerlo, y en el peor de los casos, detener una condición térmica fuera de control antes de que el chip pueda calentarse lo suficiente como para dañar la PCB u otros componentes externos.

    
respondido por el supercat

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