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Power
POWER 12 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2016
canale P, consentendo progetti di schede di circuiti stam-
pati in cui ogni componente risiede sulla stessa scheda e
l’assemblaggio viene eseguito mediante lo stesso processo
di saldatura per rifusione. I MOSFET a canale P vengo-
no inseriti (On) portandone il gate al livello basso e di-
sinseriti (Off) collegando il gate alla tensione d’ingresso.
Rispetto ai MOSFET a canale N, quelli a canale P hanno
un costo superiore a parità di resistenza On e la scelta che
offrono si restringe a livelli di corrente più alti (oltre 10A).
I MOSFET a canale N rappresentano la scelta ottimale per
la gestione di correnti elevate ma hanno bisogno di una
pompa di carica per portare la tensione di gate oltre la
tensione d’ingresso. Ad esempio, un ingresso di 12V avrà
bisogno di 22V, cioè 10V in più, sul gate del MOSFET.
La figura 2 mostra un’implementazione di un circuito di
commutazione della potenza.
Il bus di alimentazione comune deve pure essere protetto
contro eventi di cortocircuito e sovraccarico che possono
verificarsi in qualsiasi scheda o modulo. Per realizzare un
interruttore automatico, l’uscita dell’amplificatore nella
figura 1 può essere confrontata con una soglia di sovra-
corrente per disinserire il gate driver della figura 2. Si so-
stituiscono così i fusibili, che rispondono lentamente, pre-
sentano tolleranze ampie e vanno sostituiti dopo che sono
intervenuti. Per ridurre l’ingombro sulla scheda, è deside-
rabile avere una soluzione integrata per la commutazione,
la protezione e il monitoraggio del flusso di potenza nei
bus di alimentazione dell’autoveicolo.
Una soluzione integrata per la regolazione della potenza
e la telemetria
Il circuito integrato LTC4282 è un controller Hot Swap e
interruttore automatico dotato di funzioni di telemetria
dell’energia e di EEPROM (Fig. 3), che risponde alle esi-
genze di applicazioni a corrente elevata tramite l’innovativa
funzionalità di un percorso a doppia corrente. Offre inse-
rimento e disinserimento sicuro degli alimentatori nell’in-
tervallo di tensioni da 2,9V a 33V, controllando MOSFET
a canale N esterni per alimentare gradualmente condensa-
tori bulk, prevenendo glitch di alimentazione all’ingresso
e livelli di corrente dannosi. Collocato all’ingresso della
potenza applicata alla scheda, l’ADC a 12 o 16 bit di cui è
dotato l’LTC4282 e che presenta precisione pari a 0,7% in-
dica i valori di tensione, corrente, consumo di potenza ed
energia della scheda attraverso un’interfaccia digitale I2C/
SMBus. Una EEPROM interna fornisce spazio di memoria
non volatile per la registrazione della configurazione e dei
dati sui guasti, velocizzando il debug e l’analisi dei guasti
durante le fasi di sviluppo e il funzionamento sul campo.
Il circuito integrato LTC4282 è dotato di un interruttore
automatico elettronico limitato in corrente e con preci-
sione pari a 2%, permettendo di ridurre al minimo le fasi
di progettazione, vantaggio che diventa più importante a
livelli di potenza elevati. Durante condizioni di sovracor-
rente, l’LTC4282 riduce il limite di corrente per mante-
nere costante la dissipazione di potenza del MOSFET per
un periodo di timeout regolabile. Alla scadenza del timer,
l’interruttore automatico scollega il modulo malfunzio-
nante dal bus di alimentazione comune. È possibile scolle-
gare anche un modulo inattivo dal bus di alimentazione,
riducendo il consumo di potenza. La soglia dell’interrut-
tore automatico, configurabile in modalità digitale, con-
sente una regolazione dinamica secondo le variazioni del
carico e facilita la selezione di resistenze di rilevamento
di basso valore. I valori minimo e massimo dei parametri
elettrici monitorati vengono registrati, e viene segnalato
il superamento di soglie regolabili a 8 bit. Per prevenire
danni catastrofici alla scheda, i MOSFET vengono monito-
rati continuamente per rilevare condizioni anomale come
una bassa tensione di gate e il cortocircuito fra drain e
source oppure una notevole caduta di tensione.
Percorsi di condivisione SOA
Sebbene l’LTC4282 controlli un singolo alimentatore, for-
nisce due percorsi paralleli limitati in corrente per la cor-
rente di carico. Schede a corrente elevata con controller
convenzionali a percorso singolo impiegano più MOSFET
in parallelo per ridurre la resistenza On, ma tutti questi
MOSFET richiedono una grande area di funzionamento
sicura (SOA, safe operating area) per non essere danneg-
giati da eventi di sovracorrente poiché non si può presup-
porre che MOSFET in parallelo condividano corrente in
condizioni di limitazione di corrente. Inoltre, la scelta di
MOSFET si restringe a livelli di corrente superiori, i prezzi
aumentano e i livelli SOA non tengono il passo con valori
R
DS(ON
) ridotti. Dividendo la corrente tra due percorsi li-
mitati in corrente e adattati con precisione, l’LTC4282 fa
Fig. 3 – Interruttore automatico LTC4282 con EE-
PROM e funzioni di telemetria della potenza/energia