IPD (Intelligent Power Device)常用保护功能

智能功率设备（IPDS）是一个半导体电源开关，具有各种诊断和故障检测功能，允许我们可靠地为不同类型的负载提供电力。

现代IPD可以提供一些重要的功能，包括过流保护、热关机、空载检测，以及耗散存储在感性负载中的消磁能量的能力。这些保护功能可以最小化故障的风险和严重程度(例如在汽车应用中)，即使在处理单元故障的情况下。

描绘IPD和MOSFET之间的差异。使用的图像礼貌罗姆半导体

在这篇文章中，我们将首先介绍ROHM半导体公司的IPD新系列，然后简要讨论IPD的常见保护功能，以及它们如何帮助我们有一个更可靠的系统。

ROHM的新型高端开关ic

ROHM Semiconductor最近宣布新款AEC-Q100合格IPDS专为汽车应用而设计。除了更常见的保护功能，如过流保护;热关机;打开加载检测;以及欠压锁定，新的ipd允许用户设置可调过电流屏蔽时间，以实现给定负载的最佳保护。

新设备可在1和2通道变体与R_DS(上)评分45 mΩ， 70 mΩ， 90 mΩ。该公司声称，新型ipd可用于驱动汽车应用中的不同电阻性、电感性和电容性负载。

过电流保护

IPD可以将可调节的上限设置为流过负载的电流。此功能允许我们保护开关和负载过多的电流。过电流保护功能依赖于准确的电流传感机制。

高性能ipd可检测输出电流，精度在±3%范围。虽然我们可以使用离散元件为一个简单的MOSFET开关添加限流特性，但要实现依赖于集成电流传感电路的IPD的精度，对于离散解决方案来说是非常具有挑战性的。

限制输出电流的能力在许多应用程序中都有使用。例如，在汽车座椅加热器中，IPD可以用来限制最大电流，从而限制产生的最大热量。在这种特殊的应用中，短时间内的大量电流会对系统造成损害，甚至对用户造成危险。

电流限制特性变得至关重要的另一个应用是驱动大容性负载。对大容量负载充电可以产生高达100 a的涌流。除了造成负载和开关的损坏，一个大的瞬态电流可以导致电源电压下降，这可以损害系统中连接到同一电源的其他电路。

使用IPD，我们可以限制输出电流以安全地驱动电容负载。下图显示了汽车应用中的三个电容负载示例。

汽车容性负载驱动应用示意图。使用的图像礼貌德州仪器公司

热关机

由于其结温穿过特定阈值，IPD将关闭。注意，上面讨论的过电流保护不能阻止设备过热，因为耗散功率与交换机上的电流和电压降两次。即使电流值有限，我们也可以具有高压下降，从而具有不安全的功耗。

IPD可以具有两种不同的热关断机制：绝对热关断和相对热关断（有时称为ΔTJ保护）。通过绝对热关断，设备随着其温度超出约150°C的典型安全水平而关闭。

而相对热关机测量的是设备与环境温度之间的温差。如果温差超过120°C左右的典型阈值，将触发相对热关机。

相对热停工是如何起作用的?

开关和周围环境之间的大温差可以是装置温度不合理地快速增加的指示。事实上，设备温度迅速上升，即它无法与周围环境达到热平衡。

在这种情况下，相对热关断禁用输出以防止即将发生故障。此外，当通过电感负载发生短路时，相对热关断使我们能够更可靠地耗散负载的退磁能量。

打开负载检测

有了空载检测，我们可以实现诊断功能，可以识别断线和故障模块(开路故障)。

IPD可以具有两种不同类型的开放负载检测。其中一些可以仅在输出晶体管关闭时检测开路故障。如下所示，这些IPD依赖于输出和电源之间的上拉电阻。

当输出MOSFET关闭时，上述电路监视输出电压，允许其检测打开负载。使用的图像礼貌东芝

如果存在负载，则输出电压将低于一定值。但是，通过打开故障，输出将非常接近电源电压。

第二空载检测机构是基于精确测量输出电流(当开关接通时)。如果负载电流低于某一水平，则开路故障情况将被反馈到处理单元。这需要关于在没有开路故障时流经负载的正常电流值的信息。

可以从该诊断特征中受益的示例应用程序正在驱动由多个LED串组成的LED负载并行。如果与这些LED字符串中的一个的连接被打破，则IPD将感测输出电流的变化并发信号通知情况。

消散退磁能量的能力

当驱动电感负载时，如继电器、电机和螺线管，磁能将存储在负载中。当关闭电感负载时，存储的磁能会产生高达数百伏的瞬态电压，这会严重损坏驱动电路。

IPD应具有高效的钳位电路，该电路将电压保持在特定阈值以下的开关上，并安全地消散所存储的磁能。