(903) 7020-2A سوئیچ قدرت هوشمند ۱۲ ولتی

توضیحات

در دنیای الکترونیک خودرو و سیستم‌های صنعتی، مدیریت بارهای قدرتمند (مانند لامپ‌ها، موتورها، بخاری‌ها و …) به صورت ایمن و قابل اعتماد، یکی از چالش‌های اصلی است. آی سی BTS7020-2EPA از خانواده PROFET™ +2 شرکت Infineon، یک سوئیچ قدرتمند High-Side هوشمند است که به طور خاص برای رفع این چالش طراحی شده است. این قطعه نه تنها یک سوئیچ ساده است، بلکه مجموعه‌ای از قابلیت‌های حفاظتی و تشخیص عیب را در خود جای داده است. درک عملکرد این آی سی برای تعمیرکاران به معنای توانایی عیب‌یابی دقیق‌تر و تعویض به‌جای قطعات است.

 پایه‌ها (Pinout) در 7020-2A سوئیچ قدرت هوشمند

این آی سی در بسته‌بندی PG-TSDSO-14 ارائه می‌شود. شناخت پایه‌ها اولین قدم است:

• VS (پایه ۱۴ و پد زیرین): پایه تغذیه اصلی که مستقیماً به باتری متصل می‌شود.
• GND (پایه ۱): زمین سیگنال و قدرت.
• IN0 و IN1 (پایه‌های ۲ و ۶): پایه‌های فرمان روشن/خاموش برای کانال‌های ۰ و ۱. با دادن سیگنال “HIGH” (معمولاً ۳.۳V یا ۵V از میکروکنترلر)، خروجی مربوطه روشن می‌شود.
• OUT0 و OUT1 (پایه‌های ۸-۱۰ و ۱۲-۱۴):** خروجی‌های قدرت. بار مورد نظر (مثلاً یک لامپ) بین این پایه‌ها و زمین قرار می‌گیرد.
• DEN (پایه ۳):پایه فعال‌سازی تشخیص عیب. وقتی “HIGH” باشد، قابلیت‌های تشخیص عیب فعال می‌شوند.
• DSEL (پایه ۵): پایه انتخاب کانال برای تشخیص عیب. وضعیت “LOW” کانال ۰ و “HIGH” کانال ۱ را برای تشخیص انتخاب می‌کند.
• IS (پایه ۴): مهم‌ترین پایه برای عیب‌یابی! این پایه یک سیگنال آنالوگ/دیجیتال ارائه می‌دهد که نشان‌دهنده وضعیت بار و سلامت آی سی است.

 ویژگی‌های کلیدی و قابلیت‌های حفاظتی در آیسی7020-2A

این بخش دلیل “هوشمند” بودن این سوئیچ است. یک تعمیرکار باید این موارد را به خوبی بشناسد:

1) حفاظت در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه (Overload & Short Circuit Protection)

اگر جریان بار از یک حد مشخص (مثلاً ~۷۱A در دمای معمولی) بیشتر شود، آی سی به طور خودکار خروجی را خاموش می‌کند تا از آسیب دیدن خود و سیم‌کشی جلوگیری کند. این آی سی یک استراتژی تکرار مجدد (Retry Strategy) هوشمند دارد:  ابتدا چندین بار به طور خودکار سعی می‌کند خروجی را دوباره روشن کند (۵ بار). سپس  اگر خطا برطرف نشد، خروجی را به طور کامل قفل می‌کند (Latch Off)و برای خروج از حالت قفل، باید فرمان IN را برای مدت حداقل ۷۰ میلی‌ثانیه LOW کنید یا از یک پالس روی پایه DEN استفاده نمایید.

2) حفاظت حرارتی (Overtemperature Protection)

یک سنسور دما داخل آیسی قرار دارد. اگر دمای Junction (مربوط به چیپ داخلی) از ۱۷۵ درجه سانتی‌گراد (تیپیکال) بگذرد، آی سی خود به خود خروجی را خاموش می‌کند. پس از خنک شدن به یک دمای ایمن، عملیات به طور خودکار از سر گرفته می‌شود. این ویژگی از سوختن آی سی در اثر دماهای بالا جلوگیری می‌کند.

3) حفاظت در برابر معکوس شدن قطب باتری (Reverse Polarity Protection)

اتصال اشتباه سیم مثبت و منفی باتری می‌تواند برای بسیاری از قطعات مرگبار باشد. این آی سی با قابلیت **ReverseON** از خود در برابر این حالت حفاظت می‌کند و باعث می‌شود تلفات توان و گرمای تولیدی در این حالت به حداقل برسد.

4) تشخیص وضعیت بار (Load Diagnosis) – عیب‌یابی با پایه IS

این بخش، ابزار طلایی تعمیرکار است. با فعال بودن تشخیص (DEN=HIGH) و انتخاب کانال (با DSEL)، پایه IS وضعیت‌های زیر را گزارش می‌دهد:

عملکرد عادی (ON State): جریان روی پایه IS متناسب با جریان واقعی بار است. ( `I_IS = I_Load / 3700` ). با اندازه‌گیری این جریان می‌توانید سلامت بار و عملکرد سوئیچ را تأیید کنید.

اتصال کوتاه به زمین یا اضافه بار: پایه IS یک جریان ثابت حدود **۵.۵ میلی‌آمپر** (`I_IS(FAULT)`) را نشان می‌دهد.

قطع بار (Open Load در حالت OFF):اگر در حالت خاموش، بار به خروجی متصل نباشد، پایه IS یک جریان حدود **۲.۵ میلی‌آمپر** (`I_IS(OLOFF)`) را نشان می‌دهد.

اتصال کوتاه به باتری:** در حالت خاموش، اگر خروجی مستقیماً به باتری اتصال داشته باشد، ولتاژ خروجی بالا می‌رود و آی سی این حالت را به عنوان “عدم وجود بار” تشخیص نمی‌دهد که نیاز به تحلیل مدار دارد.

 نحوه تست و عیب‌یابی آیسی BTS7020-2EPA

1. تأمین ولتاژ:مطمئن شوید ولتاژ VS (باتری) بین ۶ تا ۱۸ ولت است.
2. بررسی فرمان: پایه‌های IN0 و IN1 را با یک میکروکنترلر یا حتی به صورت دستی (با مقاومت کشیدن به سمت VCC) HIGH و LOW کنید.
3. مشاهده خروجی: با یک مولتی‌متر یا اسیلوسکوپ بررسی کنید که ولتاژ OUT0 و OUT1 مطابق با فرمان IN تغییر می‌کند.
4. تفسیر پایه IS (مرحله کلیدی):

•     یک مقاومت ۱.۲ کیلواهم (`R_SENSE`) بین پایه IS و زمین قرار دهید.
•    ولتاژ دو سر این مقاومت را اندازه بگیرید.
•    ولتاژ ≈ ۰.۶V (جریان ~۰.۵mA):** احتمالاً خطای اتصال کوتاه یا اضافه بار وجود دارد.
•   ولتاژ ≈ ۳V (جریان ~۲.۵mA):** احتمالاً بار قطع است (Open Load).
•    ولتاژ متغیر (متناسب با بار):** آی سی در حالت عادی کار می‌کند. اگر یک بار ۵ آمپری وصل کنید، جریان IS باید حدود ۵ / 3700 = ۱.۳۵ میلی‌آمپر باشد.

نکات مهم برای تعویض قطعه BTS7020-2EPA

خنک‌کاری (Heat Sinking): پد زیرین (Exposed Pad) این آی سی، نقش Heat Sink را دارد. حتماً باید به خوبی به PCB لحیم شود و PCB دارای مسیرهای مسی مناسب برای دفع حرارت باشد. گرمای بیش از حد، شایع‌ترین دلیل خرابی این قطعات است.

قطعات خارجی:در مدارهای عملی، حتماً از قطعات پیشنهادی دیتاشیت مانند خازن‌های بایپس روی VS، مقاومت‌های محافظ روی پایه‌های دیجیتال و TVS Diode برای حفاظت در برابر اسپایک‌های ولتاژ استفاده کنید. نبودن این قطعات می‌تواند منجر به خرابی زودرس شود.

جریان مجاز: حداکثر جریان پیوسته هر کانال ۵ آمپر است. برای بارهای با جریان راه‌اندازی بالا (مانند لامپ‌های رشتوی)، این آیسی مناسب است، اما نباید از حد مجاز فراتر رود.

جمع‌بندی

آی سی BTS7020-2EPA یک قطعه کلیدی و همه‌کاره در مدیریت بارهای قدرتمند است. با درک عملکرد آن، به ویژه قابلیت‌های حفاظتی و تشخیص عیب آن از طریق پایه IS، یک تعمیرکار می‌تواند به سرعت بین خرابی خود آیسی، مشکلات بار (مانند اتصال کوتاه) و مشکلات مدار فرمان (میکروکنترلر) تمایز قائل شود. به خاطر داشته باشید که گرمای بیش از حد دشمن اصلی این قطعه است، بنابراین همیشه سلامت سیستم خنک‌کاری آن را بررسی کنید.

دانلود PDF شیت آی سی BTS7020-2EPA 

منبع: دیتاشیت BTS7020-2EPA، Infineon Technologies (Rev.1.11, 2024-07-29)

بازدیدها: 4