總線電路中的過(guò)熱保護(hù)

1、總線電路中的過(guò)熱保護(hù)在某物理層線路驅(qū)動(dòng)電路的熱關(guān)斷(TSD)電路是作為過(guò)熱保護(hù)電路。RS-485物理層電路的低阻抗輸出驅(qū)動(dòng)器需要TSD功能用于保護(hù)其免受故障或因使用不當(dāng)而造成損壞。TSD電路的基本功能是檢測(cè)器件結(jié)溫(封裝硅片溫度)是否超過(guò)其允許值，并關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器輸出電路，以降低結(jié)溫,使之返回其容許值。TSD電路不應(yīng)干擾器件的正常工作。具體地說(shuō),如果器件結(jié)溫未超過(guò)推薦的工作條件，則不能啟用TSD電路。在器件正常工作時(shí)啟用TSD可能中斷數(shù)據(jù)傳輸，這是由于TSD觸發(fā)時(shí)低阻抗三態(tài)輸出，驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷。TSD電路通常與其他故障保護(hù)功能相配合。由于TSD觸發(fā)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠茐男裕虼薚SD電路是器件免受損壞的最后

2、一道保護(hù)機(jī)制。了解TSD如何實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)有助于正確設(shè)計(jì)系統(tǒng),避免誤觸發(fā)TSD。同時(shí)還能了解TSD的可靠性、TSD不啟動(dòng)的條件及其局限性。 2 過(guò)熱保護(hù)的起因21 故障條件211 短路短路是產(chǎn)生TSD觸發(fā)的最常見(jiàn)故障。短路時(shí)器件結(jié)溫迅速上升，直至超出所推薦的工作條件。短路分為硬短路(低阻抗)和軟短路(中度阻抗)。短路可能在器件總線引腳與電源(、穩(wěn)壓電源)、總線引腳與地、總線引腳與總線引腳之間產(chǎn)生，如圖1所示。硬短路通常導(dǎo)致TSD在器件的低阻抗輸出端觸發(fā)，這是由于驅(qū)動(dòng)器輸出端吸入或源出的電流大大高于正常電流,并且驅(qū)動(dòng)電流通常超出正常工作電流幾個(gè)數(shù)量級(jí)。例如,器件正常工作時(shí)RS-485驅(qū)動(dòng)電流約為3

3、0 mA，而短路時(shí)則高于200 mA。軟短路可能導(dǎo)致電路TSD觸發(fā),主要取決于短路阻抗、短路電壓、驅(qū)動(dòng)器輸出能力、器件封裝、電路板的散熱特性以及短路持續(xù)時(shí)間等因素。當(dāng)結(jié)溫超過(guò)TSD觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，TSD開(kāi)啟，線路驅(qū)動(dòng)器輸出關(guān)閉。212 總線競(jìng)爭(zhēng)總線競(jìng)爭(zhēng)屬于數(shù)據(jù)傳輸總線故障，可能導(dǎo)致線路TSD觸發(fā)。當(dāng)掛接在一條數(shù)據(jù)總線上的兩個(gè)或兩個(gè)以上驅(qū)動(dòng)器同時(shí)將總線驅(qū)動(dòng)為相反狀態(tài)時(shí)，則產(chǎn)生總線競(jìng)爭(zhēng)，如圖2所示?？偩€競(jìng)爭(zhēng)是短路的另一種表現(xiàn)形式,一般是在兩個(gè)或兩個(gè)以上驅(qū)動(dòng)器的總線引腳之間產(chǎn)生,而不是在總線引腳與電源之間或同一驅(qū)動(dòng)器的總線引腳之間產(chǎn)生。地電壓偏置VOFFSET會(huì)加劇總線競(jìng)爭(zhēng),地電壓偏置越大，驅(qū)動(dòng)器之間的電

4、位差越高,則短路電流越大，短路電流超過(guò)門限時(shí)驅(qū)動(dòng)器處入短路狀態(tài)。短路電流門限越高，地電壓偏置量恒定時(shí)器件結(jié)溫越高，結(jié)溫超過(guò)極限時(shí)TSD觸發(fā)，同時(shí)調(diào)節(jié)器件結(jié)溫。22 雙極型晶體管的熱耗散雙極型晶體管集電極電流IC具有正溫度系數(shù)。雙極型晶體管溫度越高，輸出電流IC就越大。高溫下，雙極型晶體管內(nèi)部載流子濃度nI，較大。由于IC與nI成正比，因此輸入電壓Vbe相同時(shí)，電流較大。高溫時(shí)雙極型晶體管輸出電流較大，如果電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，無(wú)法限制輸出電流，容易產(chǎn)生熱失控，如圖3(a)所示。雙極晶體管采用共射極接法，構(gòu)成低側(cè)驅(qū)動(dòng)器，帶小阻值電阻負(fù)載。當(dāng)雙極型晶體管導(dǎo)通時(shí)射極電流增加使結(jié)溫上升，這樣流過(guò)雙極晶體管的電

5、流更大。如果大電流使得結(jié)溫進(jìn)一步上升，則形成正反饋,導(dǎo)致溫度和電流無(wú)限上升，直至雙極晶體管由于熱擊穿而被燒壞。通過(guò)短路電流(OOS)限制、射極負(fù)反饋和或熱關(guān)斷等方法來(lái)避免雙極晶體管熱失控，且不宜單獨(dú)啟用TSD。如圖3(b)和3(e)所示。TSD電路應(yīng)與上述方法相配合，最大限度提高承受雙極晶體管熱失控能力。23 高環(huán)境溫度或高信號(hào)速率環(huán)境溫度過(guò)高導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸期間器件結(jié)溫超過(guò)絕對(duì)最大額定值，這是過(guò)熱的另一種表現(xiàn)。當(dāng)器件從電源吸收足夠電流，造成結(jié)溫升高直至高于環(huán)境溫度時(shí)，啟用TSD電路降低器件結(jié)溫。由于TSD電路能關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器，因此只有當(dāng)線路驅(qū)動(dòng)器傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才使用TSD降低器件結(jié)溫。高信號(hào)傳輸速率也能

6、導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸期間器件結(jié)溫超過(guò)絕對(duì)最大額定值，這也是過(guò)熱的另一表現(xiàn)。由于驅(qū)動(dòng)器的高信號(hào)速率是造成電路功耗過(guò)高的主要原因,因此通常使用TSD降低器件結(jié)溫。接收器的功耗通常比驅(qū)動(dòng)器小得多，因此，當(dāng)信號(hào)速率較高時(shí),接收器不會(huì)導(dǎo)致結(jié)溫大幅上升。若對(duì)環(huán)境溫度、負(fù)載條件、信號(hào)傳輸速率以及應(yīng)用中電路板的熱環(huán)境遵循器件制造商推薦的參數(shù)進(jìn)行控制，可避免產(chǎn)生上述兩種過(guò)熱。3 過(guò)熱保護(hù)的實(shí)施31 驅(qū)動(dòng)器輸出電流與結(jié)溫的關(guān)系電路設(shè)計(jì)時(shí)加入TSD電路主要是應(yīng)對(duì)某些故障事件。造成結(jié)溫升高的主要故障是短路及總線競(jìng)爭(zhēng)。將驅(qū)動(dòng)器輸出置為三態(tài)可使器件在過(guò)熱時(shí)免于損壞,因?yàn)榭蓪?duì)因短路或總線競(jìng)爭(zhēng)事件導(dǎo)致的較高結(jié)溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其暫時(shí)維持一個(gè)較低值。圖4為驅(qū)動(dòng)器輸出電流與結(jié)溫的曲線圖。當(dāng)結(jié)溫升至觸發(fā)點(diǎn)時(shí),TSD發(fā)出信號(hào)使驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入三態(tài)，可使驅(qū)動(dòng)器輸出電流降低至0 mA且結(jié)溫也隨之下降。那么，當(dāng)結(jié)溫降至觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器再次打開(kāi)。需要注意的是,溫度升高至超過(guò)結(jié)溫觸發(fā)點(diǎn)和溫度降低至低于結(jié)溫觸發(fā)點(diǎn)時(shí)均存在遲滯，可避免TSD電路輸出的噪聲和電壓彈跳躍。 UID53978 帖子1566