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    基于DRV824X-Q1系列的TEC控制系統(tǒng)

    發(fā)布時間:2022-11-09 來源:TI 責(zé)任編輯:wenwei

    【導(dǎo)讀】在聚合酶鏈式反應(yīng)(Polymerase chain reaction, PCR)設(shè)備中,需要通過控制試管內(nèi)的溫度使得管內(nèi)的DNA進行高溫變性(將DNA解螺旋為雙鏈DNA)、低溫退火(將引物與模板DNA進行互補配對)、中溫延伸(在恒溫的作用下進行擴增)。圖1展示了NDA復(fù)制的溫度控制周期。


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    圖1 PCR的溫度控制曲線


    PCR設(shè)備中設(shè)備升降溫速度和溫度控制精度是很重要的指標。不同于傳統(tǒng)的水浴加熱,風(fēng)扇制冷的方式,基于半導(dǎo)體制冷片(Thermo Electric Cooler, TEC,也叫Peltier或帕爾貼)溫度控制系統(tǒng)具有體積小,重量輕,制冷速度快,控制方式簡單靈活等優(yōu)勢。TEC的制冷原理如圖2所示,當電壓正向偏置的時候TEC制冷,當電壓反向偏置的時候,TEC發(fā)熱。


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    圖2 TEC溫度控制原理


    由于TEC制冷和發(fā)熱的速率和電流的大小有關(guān)。為了快速升溫一般幾個帕爾貼級聯(lián),此時需要高于能夠承受10A的電流驅(qū)動電路。傳統(tǒng)的TEC控制電路使用分立元件搭建H橋驅(qū)動,如圖3所示,這種方案設(shè)計復(fù)雜,尺寸大,但是能夠承受大電流。高度集成節(jié)省布板空間和成本。


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    圖3 基于H橋的TEC控制電路


    DRV824X-Q1在TEC控制中的應(yīng)用


    TI現(xiàn)推出DRV824X-Q1系列的高集成度直流電機驅(qū)動方案,其采用BiCMOS高功率工藝技術(shù),可提供出色的功率處理和熱性能,該系列引腳兼容,一旦完成一個設(shè)計,容易擴展到這個系列其他的料號。以DRV8245-Q1為例,該器件作為TEC的H橋控制芯片具有以下優(yōu)勢。


    一.超高集成度且支持高達32A的輸出驅(qū)動電流,并支持100%占空比PWM


    其集成了H橋驅(qū)動所需的預(yù)驅(qū)加MOSFET,超高的集成度可以節(jié)約布板空間以及簡化設(shè)計。DRV8245-Q1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。該器件使用TI的HotRodTM QFN (FCOL QFN)封裝,該封裝具有小尺寸、低寄生效應(yīng)以及支持高電流等優(yōu)勢。HotRodTM QFN封裝技術(shù)將這些大功率驅(qū)動器的封裝尺寸減小了一半以上、同時仍保持了TEC應(yīng)用中所需的高電流驅(qū)動能力。在H橋驅(qū)動中可支持高達32A的峰值電流、在半橋驅(qū)動中可支持高達46A的峰值電流。由圖可看出該器件內(nèi)部集成電荷泵穩(wěn)壓器,可以支持具有100%占空比運行的N溝道MOSFET。表1總結(jié)了DRV824X-Q1系列的Ron(LS+HS)參數(shù)。由表可見該系列Ron(LS+HS)最小可達32mΩ。


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    圖4 DRV8245-Q1內(nèi)部功能框圖


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    表1 DRV824X系列的Ron(LS+HS)


    二.可配置的壓擺率和SSC(Spread Spectrum Clocking)優(yōu)化EMI


    該器件在SPI版本,其SR有8-level的可調(diào)設(shè)置。由表1可知,通過寫入寄存器S_SR,可隨時更改壓擺率設(shè)置。同時SPI版本里面也支持SSC(Spread Spectrum Clocking)。


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    表2 DRV8245-Q1 SR Table


    三.集成各種保護功能


    DRV824X-Q1系列集成各種保護功能、以確保器件穩(wěn)健性。


    1. 過流保護(OCP)和過溫保護


    在發(fā)生硬短路事件時,每個MOSFET上的模擬電流限制電路也會限制器件的峰值電流。如果輸出電流超過過流閾值IOCP的時間超過tOCP,則會檢測到過流故障。


    該器件在裸片周圍有多個溫度傳感器。如果任何傳感器檢測到TTSD設(shè)置的過熱事件、時間大于tTSD,則檢測到過熱故障。


    2. Off-State的負載監(jiān)控功能(OLP)


    當功率FET關(guān)斷時,可以待機狀態(tài)下確定OUTx節(jié)點的阻抗。通過此診斷、可以被動檢測待機狀態(tài)下的以下故障情況,如圖5所示:


    ●    輸出對VM或GND短路,阻抗< 100 Ω

    ●    對于全橋負載或低側(cè)負載開路,負載阻抗> 1K Ω

    ●    在VM=13.5V時,高側(cè)開路,負載阻抗> 10k Ω

     

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    圖5 全橋狀態(tài)下的Off-State診斷示意圖


    3. On-state的負載診斷(OLA)


    在PWM開關(guān)轉(zhuǎn)換期間,當LS FET關(guān)斷時,感性負載電流通過HS體二極管流入VM。該器件會在OUTx上查找到高于VM的電壓尖峰。當負載電流高于FET驅(qū)動器發(fā)出的下拉電流(IPD_OLA),可以觀察到該電壓尖峰。在3個連續(xù)再循環(huán)開關(guān)周期內(nèi)不存在此電壓尖峰表示負載電感損耗或負載電阻增加、并被檢測為OLA故障。


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    圖6 On-State診斷示意圖


    相關(guān)的資料:


    ●    Reference design

    DRV824x-Q1 Automotive Side Mirror Fold Demo – YouTube


    ●    Technical blog content or white paper

    How integrated brushed-DC solutions can reduce size, enhance protection and simplify design in automotive motors


    Benefits of flip chip on leadframe packaging for motor-drive applications


    ●    Selection and design tools and models

    DRV8243-Q1, DRV8244-Q1, DRV8245-Q1


    Full Bridge Driver Junction Temperature Estimator (Rev. B) can be found under “Design tools & Simulation” on product pages.


    ●    Development tool or evaluation kit

    DRV8243H-Q1EVM, DRV8243S-Q1LEVM, DRV8244H-Q1EVM, DRV8244S-Q1LEVM, DRV8245H-Q1EVM, DRV8245S-Q1LEVM


    參考資料:


    ●    How integrated brushed-DC solutions can reduce size, enhance protection and simplify design in automotive motors

    ●    DRV8245-Q1 Automotive H-Bridge Driver with Integrated Current Sense and Diagnostics datasheet (Rev. B)

    ●    PCR反應(yīng)中的強大新技術(shù):讓基因分析變得更快更便宜


    來源:TI

    作者:Holly Hong



    免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進行處理。


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