Supervisión de alimentación, apagado y reinicio en un único ASIC

Supervisar el voltaje y la corriente, activar el apagado de cargas remotas y determinar las condiciones de restablecimiento adecuadas suena como una tarea enorme para cualquier sistema de potencia. Muchos diseñadores probablemente conectarían un ADC, un circuito discreto con amplificador operacional o amplificador de instrumentación junto con algunos comparadores y un microcontrolador, y toda la lógica se implementaría en firmware. Esto significa que hay que crear una aplicación embebida y escribir controladores para los periféricos, además de diseñar, simular y probar el hardware en banco.

Una mejor opción es consolidar todas estas funciones en un único ASIC. Normalmente, la lógica programable solo gestiona la parte digital de la ecuación, pero la supervisión de potencia y el restablecimiento del sistema también requieren supervisar señales analógicas. Una mejor opción es el procesamiento de señal mixta en un ASIC programable como GreenPAK. A continuación, te mostramos por qué deberías considerar GreenPAK como una solución para consolidar estas funciones en un ASIC programable compacto.

Funcionalidad de supervisión de potencia

La supervisión discreta de voltaje normalmente comienza con un divisor resistivo escalado para llevar una línea de alimentación al rango de entrada de un comparador o ADC, seguido de un filtro RC para rechazar el ruido de conmutación del convertidor. La supervisión de corriente suele realizarse con una resistencia shunt en el lado bajo o lado alto y un amplificador sensor de corriente o amplificador de instrumentación que proporcione la ganancia, ya que los voltajes en la shunt, con una disipación de potencia razonable, están en el orden de decenas de milivoltios. Después, ambas señales necesitan acondicionamiento: ganancia, ajuste de offset, filtrado y protección frente a transitorios en el nodo sensado.

El valor analógico medido solo resulta útil una vez que se convierte en un estado lógico. Esto se puede hacer con un comparador y una referencia fija o programable, lo que proporciona un estado de un solo bit de sobretensión, subtensión o sobrecorriente, con histéresis que evita conmutaciones por ruido cerca del umbral. Un ADC produce un valor digital que el firmware compara con un umbral, pero esto añade latencia de conversión y debe realizarse en firmware. Para la lógica de protección, la detección por umbral basada en comparadores es más rápida y no depende de la ejecución de código.

La implementación de esta detección por umbral en un dispositivo programable de señal mixta requiere:

• Comparadores analógicos con histéresis programable
• Una referencia de voltaje interna programable o DAC para ajustar el umbral
• Pines de entrada analógica con capacidad de divisor o buffer
• Tablas de consulta para combinar múltiples indicadores en una única condición de falla

Funcionalidad de apagado del sistema

Una vez que se identifica una falla, el bloque de apagado debe actuar sobre esa salida lógica. En una solución consolidada, la lógica de apagado se sitúa directamente aguas abajo de los comparadores de supervisión y acciona pines de habilitación en reguladores, drivers de compuerta para FET y/o una línea de falla de regreso al procesador anfitrión. Una salida de comparador enrutada a través de lógica combinacional hacia un pin de salida puede deshabilitar un convertidor en bastante menos de un microsegundo, lo que es lo suficientemente rápido como para proteger un MOSFET durante un evento de cortocircuito.

En electrónica de potencia, el apagado rara vez consiste en un simple cambio de estado en una salida, porque normalmente las cargas deben apagarse en orden inverso al de la secuencia de encendido. Eso requiere salidas secuenciadas con retardos independientes, además de un latch para que una falla transitoria no permita que el sistema se reinicie por sí solo.

Funciones digitales necesarias para implementar la lógica de apagado:

• Tablas de consulta para combinar condiciones de falla y habilitación
• Bloques de retardo y monoestables para secuenciación y supresión de corriente de irrupción
• Latches SR para mantener el estado de falla hasta un borrado deliberado
• Contadores para establecer retardos entre verificaciones de falla
• Salidas open-drain o push-pull capaces de accionar pines de habilitación y compuerta

Funcionalidad de restablecimiento del sistema

La lógica de un bloque de restablecimiento observa dos cosas: el comparador de supervisión de corriente (o voltaje), que indica que la potencia de la carga ha decaído hasta cerca de cero, y un indicador lógico del secuenciador de apagado que confirma que se han completado todas las etapas de la secuencia de apagado. Solo cuando ambas condiciones se mantengan durante un tiempo de permanencia definido debe iniciarse la secuencia de restablecimiento. Aplicar un temporizador de retardo entre el estado de detección de corriente cero y la salida de restablecimiento da tiempo a que las líneas se descarguen por completo.

Funciones digitales necesarias para implementar la lógica de restablecimiento:

• Tablas de consulta para realizar un AND entre el indicador de corriente cero y el indicador de apagado completado
• Bloques de retardo o contadores para el período de permanencia de descarga
• Detectores de flanco y generadores de pulsos para producir un pulso de restablecimiento de ancho definido
• Una ruta de borrado de latch accionada por el bloque de restablecimiento o por un comando externo
• Circuitería de power-on reset para que el propio dispositivo arranque en un estado conocido

Crea un ASIC personalizado con GreenPAK

GreenPAK de Renesas es una familia de CI programables de señal mixta que combinan comparadores analógicos, referencias, bloques de retardo y contadores, latches y tablas de consulta configurables en un único chip pequeño, todo configurado en una herramienta gráfica de diseño gratuita en lugar de firmware. Los diseños de referencia bien documentados cubren aplicaciones de secuenciación de potencia, supervisión y restablecimiento, por lo que gran parte de esta lógica puede adaptarse en lugar de construirse desde cero.

Las herramientas de desarrollo de Renesas GreenPAK ofrecen a los diseñadores la capacidad de desarrollar CI totalmente personalizados de señal digital, analógica o mixta. Estos procesadores programables de señal mixta permiten consolidar funciones presentes en circuitería de gestión de reloj y señales, lo que da lugar a sistemas más pequeños y eficientes. Para obtener más información, consulta los componentes GreenPAK y los ejemplos de referencia.

Para obtener más información, consulta los componentes GreenPAK y los ejemplos de referencia.

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