Surveillance de l’alimentation, arrêt et réinitialisation dans un seul ASIC

La surveillance de la tension et du courant, le déclenchement de l’arrêt de charges distantes et la détermination des conditions de réinitialisation appropriées peuvent sembler représenter un défi de taille pour n’importe quel système d’alimentation. De nombreux concepteurs choisiraient probablement de câbler un ADC, un circuit à amplificateur opérationnel discret ou à amplificateur d’instrumentation avec quelques comparateurs, ainsi qu’un microcontrôleur, puis d’implémenter toute la logique dans le firmware. Cela signifie qu’il faut créer une application embarquée et écrire des pilotes pour les périphériques, en plus de concevoir, simuler et tester le matériel sur banc.

Une meilleure option consiste à regrouper toutes ces fonctionnalités dans un seul ASIC. Normalement, la logique programmable ne gère que la partie numérique de l’équation, mais la surveillance de l’alimentation et la réinitialisation du système exigent aussi la surveillance de signaux analogiques. Une meilleure approche consiste à utiliser un traitement mixte analogique/numérique dans un ASIC programmable comme GreenPAK. Voici pourquoi vous devriez envisager GreenPAK comme solution pour consolider ces fonctions dans un ASIC programmable compact.

Fonctionnalités de surveillance de l’alimentation

La surveillance discrète de la tension commence généralement par un diviseur résistif dimensionné pour ramener une ligne d’alimentation dans la plage d’entrée d’un comparateur ou d’un ADC, suivi d’un filtre RC pour rejeter le bruit de commutation du convertisseur. La surveillance du courant repose généralement sur un shunt côté bas ou côté haut, avec un amplificateur de mesure de courant ou un amplificateur d’instrumentation fournissant le gain, puisque les tensions aux bornes du shunt, pour une dissipation de puissance raisonnable, se situent dans des dizaines de millivolts. Les deux signaux doivent ensuite être conditionnés : gain, ajustement d’offset, filtrage et protection contre les transitoires sur le nœud mesuré.

La valeur analogique mesurée ne devient utile qu’une fois convertie en état logique. Cela peut être réalisé avec un comparateur et une référence fixe ou programmable, fournissant un état monobit de surtension, de sous-tension ou de surintensité, avec hystérésis pour éviter les basculements dus au bruit à proximité du seuil. Un ADC produit une valeur numérique que le firmware compare à un seuil, mais cela ajoute une latence de conversion et doit être géré dans le firmware. Pour la logique de protection, un seuillage basé sur comparateur est plus rapide et ne dépend pas de l’exécution du code.

La mise en œuvre de ce seuillage sur un dispositif programmable mixte analogique/numérique nécessite :

• Des comparateurs analogiques avec hystérésis programmable
• Une référence de tension interne programmable ou un DAC pour le réglage des seuils
• Des broches d’entrée analogiques avec capacité de diviseur ou de tampon
• Des tables de correspondance pour combiner plusieurs indicateurs en une seule condition de défaut

Fonctionnalité d’arrêt système

Une fois qu’un défaut est identifié, le bloc d’arrêt doit agir sur cette sortie logique. Dans une solution consolidée, la logique d’arrêt se situe directement en aval des comparateurs de surveillance et pilote les broches d’activation des régulateurs, les drivers de grille pour FET et/ou une ligne de défaut renvoyée au processeur hôte. Une sortie de comparateur routée à travers une logique combinatoire jusqu’à une broche de sortie peut désactiver un convertisseur en bien moins d’une microseconde, ce qui est suffisamment rapide pour protéger un MOSFET lors d’un événement de court-circuit.

Dans l’électronique de puissance, l’arrêt se résume rarement à une simple commutation de sortie, car les charges doivent généralement être arrêtées dans l’ordre inverse de la séquence de mise sous tension. Cela exige des sorties séquencées avec des délais indépendants, ainsi qu’un verrouillage afin qu’un défaut transitoire ne permette pas au système de redémarrer de lui-même.

Fonctions numériques nécessaires pour mettre en œuvre la logique d’arrêt :

• Des tables de correspondance pour combiner les conditions de défaut et d’activation
• Des blocs de temporisation et monostables pour le séquencement et le masquage de l’appel de courant
• Des verrous SR pour maintenir l’état de défaut jusqu’à un effacement volontaire
• Des compteurs pour définir les délais entre les vérifications de défaut
• Des sorties à drain ouvert ou push-pull capables de piloter les broches d’activation et de grille

Fonctionnalité de réinitialisation système

La logique d’un bloc de réinitialisation surveille deux éléments : le comparateur de surveillance du courant (ou de la tension) indiquant que la puissance de charge a décru jusqu’à être proche de zéro, et un indicateur logique provenant du séquenceur d’arrêt confirmant que toutes les étapes de la séquence d’arrêt sont terminées. Ce n’est que lorsque ces deux conditions sont maintenues pendant une durée définie que la séquence de réinitialisation doit être lancée. L’application d’une temporisation entre l’état de détection de courant nul et la sortie de réinitialisation laisse aux lignes d’alimentation le temps de se décharger complètement.

Fonctions numériques nécessaires pour mettre en œuvre la logique de réinitialisation :

• Des tables de correspondance pour faire un ET entre l’indicateur de courant nul et l’indicateur de fin d’arrêt
• Des blocs de temporisation ou des compteurs pour la période d’attente de décharge
• Des détecteurs de front et des générateurs d’impulsions pour produire une impulsion de réinitialisation de largeur définie
• Un chemin d’effacement de verrou piloté soit par le bloc de réinitialisation, soit par une commande externe
• Un circuit de réinitialisation à la mise sous tension afin que le dispositif démarre lui-même dans un état connu

Créez un ASIC personnalisé avec GreenPAK

GreenPAK de Renesas est une famille de circuits intégrés programmables mixtes analogiques/numériques qui combinent des comparateurs analogiques, des références, des blocs de temporisation et de comptage, des verrous et des tables de correspondance configurables sur une seule petite puce, le tout configuré dans un outil de conception graphique gratuit plutôt que dans le firmware. Des conceptions de référence bien documentées couvrent les applications de séquencement d’alimentation, de surveillance et de réinitialisation, de sorte que la majeure partie de cette logique peut être adaptée plutôt que développée à partir de zéro.

Les outils de développement Renesas GreenPAK donnent aux concepteurs la possibilité de développer des circuits intégrés entièrement personnalisés, numériques, analogiques ou mixtes. Ces processeurs programmables mixtes analogiques/numériques permettent de consolider des fonctions présentes dans les circuits de gestion d’horloge et de signal, afin de créer des systèmes plus compacts et plus efficaces. Pour en savoir plus, consultez les composants GreenPAK et les exemples de référence.

Pour en savoir plus, consultez les composants GreenPAK et les exemples de référence.

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