1 應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)

數(shù)字輸出模塊中的測(cè)試脈沖是指在短時(shí)間內(nèi)將高側(cè)開關(guān) (HSS) 強(qiáng)制切換到相反的電平，以驗(yàn)證輸出的功能。如果輸出狀態(tài)變化較小，這對(duì)于安全應(yīng)用正常運(yùn)行尤其重要。如果開關(guān)正常接通（負(fù)載通電），則應(yīng)用關(guān)斷測(cè)試 (off-test) 脈沖。如果開關(guān)正常關(guān)斷（負(fù)載斷電），則應(yīng)用接通測(cè)試 (on-test) 脈沖。所連接的負(fù)載不得受此測(cè)試的影響。在關(guān)斷測(cè)試 (off-test) 中，必須降低 HSS 上的電壓才能驗(yàn)證功能是否正常。需要進(jìn)行反向電流阻斷，以防止任何電流從負(fù)載返回到 HSS，因此，必須在測(cè)試期間使負(fù)載保持通電。在接通測(cè)試 (on-test) 中，HSS 的高輸出可縮短負(fù)載電容部分的充電時(shí)間，從而驗(yàn)證 HSS 的功能是否正常。

實(shí)施選項(xiàng)

反向電流阻斷可通過不同的方式實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)單的方法是在輸出端添加二極管（請(qǐng)參閱圖 1-1，CHX）。這種方法的缺點(diǎn)是二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的功率耗散，這取決于通道輸出電流和二極管壓降。

通過使用 NMOS 和智能二極管控制器，例如 LM74700-Q1（圖 1-1，CHy），可以實(shí)現(xiàn)功率耗散更低的解決方案。LM74700-Q1 可以自主阻斷反向電流，但也具有使能引腳。由于可提供 HSS 控制信號(hào) (HSS_ENABLE)，因此可直接控制 LM74700-Q1，從而有效地用作 NMOS 柵極驅(qū)動(dòng)器。

圖 1 實(shí)施選項(xiàng)

原理圖討論

圖 1-2 顯示了使用 LM74700-Q1 進(jìn)行反向阻斷的示例電路的原理圖。用于測(cè)試的 HSS 是 TPS272C45。通過將信號(hào) HSS_ENABLE 下拉為低電平來禁用 HSS 輸出（信號(hào) HSS_OUTPUT），從而啟動(dòng)關(guān)斷測(cè)試 (off-test)。該信號(hào)也用于關(guān)閉 LM74700-Q1。

HSS_OUTPUT 電壓節(jié)點(diǎn)（測(cè)試點(diǎn) TP_ANODE）由比較器 TLV4041R1⁽³⁾ 監(jiān)控。TLV4041R1 中集成的 1.2V 基準(zhǔn)可減少 BOM 和布板空間。電阻分壓器將比較器跳閘點(diǎn)設(shè)置為 12V，并在輸出被禁用時(shí)為懸空節(jié)點(diǎn)提供接地基準(zhǔn)。相對(duì)較低的電阻分壓器有助于對(duì)陽極（HSS 輸出端）的電容器放電，從而實(shí)現(xiàn)較短的測(cè)試脈沖。比較器的輸出可以直接反饋回控制器，也可以先進(jìn)行串行化以減少隔離應(yīng)用中的隔離通道數(shù)量（請(qǐng)參閱通過數(shù)字隔離器將 SPI 轉(zhuǎn)換為 GPIO 應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)）。

圖 2 LM74700-Q1 的實(shí)施原理圖

測(cè)試結(jié)果

圖 1-3 顯示了 50?||100μF 負(fù)載下關(guān)斷測(cè)試 (off-test) 的相關(guān)波形。波形 EN CH1 等于 HSS_ENABLE 并控制 HSS 和 LM74700-Q1 使能引腳。500μs 的測(cè)試脈沖長(zhǎng)度足以將 HSS 輸出電壓（波形 LM74700 ANODE）降至 12V 以下，以使比較器跳閘（波形 COMP OUT）。采用這種輸出配置，負(fù)載電壓僅下降約 4V。在數(shù)字輸出模塊中，可以調(diào)節(jié)脈沖長(zhǎng)度以支持多種負(fù)載。

圖 3 關(guān)斷測(cè)試 (off-test) 波形

圖 1-4 顯示了 50?||100μF 負(fù)載和 2A HSS 電流限值下接通測(cè)試 (on-test) 的相關(guān)波形。但是，實(shí)際電流為 4A，因?yàn)?HSS 輸出電流在可選時(shí)間（此處為 22ms）內(nèi)加倍，以解決容性負(fù)載⁽⁵⁾，從而有效縮短脈沖時(shí)間。對(duì)于此 HSS 負(fù)載配置，260μs 的 HSS 啟用時(shí)間足以使閾值為 12V 的比較器跳閘。

如果關(guān)斷測(cè)試 (off-test) 和接通測(cè)試 (on-test) 約定同樣的電壓閾值，則可以使用相同的比較器。請(qǐng)注意相對(duì)于關(guān)斷測(cè)試 (off-test) 的脈沖反相。負(fù)載不應(yīng)通過接通測(cè)試 (on-test) 脈沖開啟。

圖 4 接通測(cè)試 (on-test) 波形

其他用例

此外，如果端子上的電壓在 HSS 被禁用時(shí)超過 HSS 電源電壓，所提供的特性可有效阻斷從輸出端子進(jìn)入模塊的反向電流。這適用于以下情況：

通用數(shù)字 I/O 應(yīng)用，可將終端軟件編程為數(shù)字輸入或數(shù)字輸出。在數(shù)字輸入配置中，如果禁用此功能，來自所連接傳感器的電壓可能會(huì)超過 HSS 電源電壓的電壓，從而使電流進(jìn)入模塊
例如，在接線錯(cuò)誤的情況下，電源意外連接到輸出端子。

結(jié)論

關(guān)斷測(cè)試 (off-test) 和接通測(cè)試 (on-test) 是驗(yàn)證數(shù)字輸出是否正常運(yùn)行的有效方法?？赏ㄟ^不同的方法來實(shí)現(xiàn)此功能。但是，此實(shí)現(xiàn)方案還支持通用 I/O 模塊并防止誤接線。

參考文獻(xiàn)

LM74700-Q1 產(chǎn)品文件夾
TPS272C45 產(chǎn)品文件夾
TLV4041R1 產(chǎn)品文件夾
德州儀器 (TI)，通過數(shù)字隔離器將 SPI 轉(zhuǎn)換為 GPIO 應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)
德州儀器 (TI)，如何驅(qū)動(dòng)電阻、電感、電容和照明負(fù)載 應(yīng)用報(bào)告