【導(dǎo)讀】TLD6098-2ES是寬電壓輸入雙通道多拓?fù)銬C/DC控制器，兩個通道上的電流或者電壓可以通過不同的拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，作為一級恒壓源或者恒流源。目前TLD6098可以支持的拓?fù)溆校簩Φ厣龎?、SEPIC、反激、對電池升壓、降壓。
本文針對TLD6098-X在保護(hù)診斷設(shè)計上的特殊處理，以及實(shí)際使用當(dāng)中常見問題進(jìn)行分析和解答，使設(shè)計者可以盡快定位問題，從而快速解決問題，縮短設(shè)計周期。
1. 介紹
汽車的ECU設(shè)計從概念到驗證需要很多步驟。通過測試原型機(jī)的PCB來驗證設(shè)計是最重要并且最花時間的步驟之一。所有可能的輸入變化量需要加在ECU的上并且需要仔細(xì)檢查與之相關(guān)的輸出。
在調(diào)試當(dāng)中有可能會觸發(fā)錯誤狀態(tài)，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(jù)不同影響LED 驅(qū)動的原因，F(xiàn)PWM/FAULT管腳產(chǎn)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(rèn)?？梢杂檬静ㄆ鞯奶桨暨M(jìn)行測量。如果需要使用這個功能，F(xiàn)PWM/FAULT管腳對地的下來電阻的值需要處在1.8 k? - 9 k?區(qū)間。同時MCU可以容易的識別這些數(shù)字模式，提高ECU上診斷的效率。
2. 短路到地
當(dāng)ECU終端輸出短路到地，LED驅(qū)動就不能給LED負(fù)載提供電流。這個會導(dǎo)致燈不亮。
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(zhí)行常規(guī)的軟啟動，給輸出電容重新充電來檢測看看短路到地是否依然存在。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(dāng)中，F(xiàn)PWM/FAULT 管腳是個占空比為80%的PWM，并且芯片的SWO管腳門級驅(qū)動只有在軟啟動重試過程中使能。
但是芯片處于PWM調(diào)光狀態(tài)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。
圖1：PWM調(diào)光是100%時短路到地時序圖
圖2：PWM調(diào)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(yīng)到VFB的電壓上。在電壓掉到觸發(fā)短路到地閾值以下ai，芯片進(jìn)入短路到地保護(hù)狀況，當(dāng)短路條件移除，VFB管腳的上升到閾值加滯回值時，芯片恢復(fù)正常工作狀態(tài)，可以參考以下的兩個公式（RVFBH 和 RVFBL是輸出對地的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)）：
在一些拓?fù)渲?，因為有直接從電池到地的路徑，比如boost，在這種情況下，調(diào)光的PMOS可以關(guān)斷輸出切斷來自輸入的過流來保護(hù)器件。防止過流損壞電感L1， 二極管D1, 電阻RFB，以及線纜和連接器。
圖3：TLD6098-1短路到地保護(hù)應(yīng)用框圖
PMOS的選型需要保證重復(fù)重啟時沒有輸入電流限制。
3. 輸出過壓
另外一個燈不亮的原因是LED開路。負(fù)載開路會在線束或者LED開路時發(fā)生。
在負(fù)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(tài)。當(dāng)VFB管腳的電壓高于1.6V (VVFB_OV)， 將觸發(fā)輸出過壓的故障，當(dāng)電壓小于1.4V (VVFB_OV – VVFB_OV_HYS)時，則認(rèn)為芯片從故障中恢復(fù)。
圖4：PWM調(diào)光是100%時輸出過壓時序圖
圖5：PWM調(diào)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(diào)光100%時候，F(xiàn)PWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。SWO的輸出在檢測到過壓時關(guān)閉，在tfault結(jié)束以及故障移除時，SWO恢復(fù)輸出。
需要注意的時候在PWMI off的時候芯片不做過壓檢測。
實(shí)際輸出過壓閾值用VFB的過壓閾值以及電阻分壓網(wǎng)絡(luò)一起決定（原理圖上RVFBH 和RVFBL）。
在輸出電壓高于以下值會觸發(fā)輸出過壓故障：
當(dāng)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(hù)應(yīng)用框圖
通常分壓電阻網(wǎng)絡(luò)和輸出電容并聯(lián)，這樣可以根據(jù)輸出電容的耐壓值來選擇合適的分壓電阻。
4. FBH管腳過壓
DC-DC不僅僅能夠檢測分壓電阻網(wǎng)絡(luò)后面的開路，還可以檢測VFB檢測網(wǎng)絡(luò)的開路。
在這種情況下，為了提高系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)FBH的電壓高于75V(VFBH(H))時，芯片會關(guān)閉SWO門級驅(qū)動。當(dāng)FBH電壓低于65V(VFBH(L))時，芯片從故障狀態(tài)出來。
圖7：PWM調(diào)光是100%時FBH過壓時序圖
在FBH檢測到過壓時，芯片在PWM 調(diào)光100%時候，F(xiàn)PWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。在整個報錯的PWM周期，SWO門級驅(qū)動一直處于關(guān)閉狀態(tài)。
圖8：TLD6098-1 FBH過壓保護(hù)應(yīng)用框圖
在一些應(yīng)用中，設(shè)計者可以將VFB的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)挪到離負(fù)載更近（PMOS后面）來保護(hù)負(fù)載。在這種配置下，RFB 護(hù)著PMOS故障時會對D1的陰極產(chǎn)生不可控的電壓。FBH在電壓超過75V過壓保護(hù)通過關(guān)斷SWO門級驅(qū)動來防止芯片進(jìn)一步被損壞。
5. 過流
超過LED顆粒的最大電流會使得每個LED暴露在高節(jié)電流下?lián)p壞LED燈串。TLD6098-X 系列提供了防止在80ms (8*tFAULT)的時間窗口內(nèi)輸出電流不可控持續(xù)超過4ms(tOC)的保護(hù)。過流從FBH與FBL的壓差超過300mV (VOC_200%)開始計時，當(dāng)壓差低于265mV(VOC_200% - VOC_HYS)時停止計時。在這段時間內(nèi)，PMOS關(guān)斷來減小負(fù)載的平均電流。
一旦過流的計時器累計時間超過4ms, PMOS會關(guān)斷80ms（為了保護(hù)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(diào)光設(shè)定值也不能改變過流的閾值。
6. 過溫
在高結(jié)溫會降低芯片的性能并且有可靠性的風(fēng)險。通過關(guān)閉芯片內(nèi)部的過溫保護(hù)可以防止上述問題。
這個功能在結(jié)溫到達(dá)175°C (TJ(SD))觸發(fā)直到結(jié)溫低于165°C (TJ(SD)-TJ(SD_HYS))。
芯片以FPWM/FAULT管腳持續(xù)的高電平作為報警。
我們不建議芯片在正常工作時連續(xù)使用觸發(fā)這個功能。正常芯片結(jié)溫應(yīng)保持不超過150°C。
7. 結(jié)論
設(shè)計時間是提高研發(fā)中心生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素。只有靜態(tài)報警標(biāo)志的LED驅(qū)動板有時會花費(fèi)非常長的時間來進(jìn)行PCB的調(diào)試。而TLD6098-X給設(shè)計者提供了一個在不需要MCU讀寄存器的情況可區(qū)分故障類型的報警信號，大大提高了故障識別能力并且提高調(diào)試效率。
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(tǒng)靜態(tài)報警標(biāo)志芯片之間的性能和成本均衡的選擇。
來源：本文由英飛凌技術(shù)專家蘇星，Borghetti Fausto撰寫
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