功能應用程序

四個獨立輸出，峰值>3A，

1A繼電器和電磁閥驅動器

連續電流能力

高阻抗汽車噴油器

驅動器最大導通電阻為1.3Ω

溫度

燈驅動器

每個開關的真實瞬時功率限制

電源切換

開關電機驅動器

高生存電壓（60 VDC，80V瞬態）

短路負載（接地和電源）

說明

保護LMD18400是一個完全受保護的四邊形高壓側。它包含四個公共漏極DMOS N-VCC>35V時的過電壓關機通道電源開關，每個都能將a•LS TTL/CMOS兼容邏輯輸入和連續1安培負載（>3安培瞬態）切換到輸出公共正電源。開關完全<10μA電源電流在“休眠”模式下受到保護，不受過高電壓、電流和溫度。用于感應放電的瞬時功率傳感電路−5V輸出鉗位計算過電壓和負載的乘積電流通過每個DMOS開關并限制用于11項診斷檢查的串行數據接口：供電至安全水平。可以將設備禁用為–打開/關閉狀態產生“休眠”狀態，減少電源–負載電流開路或短路至小于10μA。單獨的開/關控制每個交換機的–工作溫度LSTLL/CMOS邏輯兼容輸入。–電源電壓過高MICROWIRE兼容串行數據接口內置兩個直接輸出錯誤標志，以提供廣泛的診斷信息。此信息包括交換機狀態回讀，輸出負載故障條件和熱過壓停機狀態。還有兩個直接輸出錯誤標志以提供立即一般系統故障和指示工作溫度過高。LMD18400采用特殊電源封裝消散引線框架，減少連接外殼熱阻約為20°C/W。

絕對最大額定值（1）（2）

（1） 絕對最大額定值表示設備可能發生損壞的極限值。工作額定值表示設備的功能，但不確保特定的性能限制。確保規范和測試條件，見電氣特性。

（2） 如果需要軍用/航空航天專用設備，請聯系德克薩斯儀器銷售辦事處/經銷商，以獲得規范。

（3） 人體模型；通過1.5 kΩ電阻進行100 pF放電。所有引腳（引腳8和13除外，其保護電壓為1000V）和引腳1，2、18和19，保護電壓為500V。

（4） 最大功耗是TJMAX、θJA和TA的函數，并受熱關機的限制。最大允許功率任何環境溫度下的耗散為PD=（TJMAX–TA）/θJA。如果超過此耗散，模具溫度將上升到150°C以上最終設備將進入熱關機狀態。對于LMD18400，結對環境的熱阻θJA為60°C/W。在充分散熱的情況下，封裝的最大持續功耗為，IDCMAX2×RON（最大）×4個開關1A2×1.3Ω×4=5.2W）。

電氣特性

VCC=12V，CCP=0.01μFd，除非另有說明。粗體限制適用于整個工作溫度范圍，−25°C≤TA≤+85°C，所有其他限值為TA=TJ=+25°C。

（1） 典型值為TJ=+25°C，代表最有可能的參數規范。

（2） 所有限值都是在+25°C下進行的100%生產測試。極端溫度下的極限值通過相關和公認的統計數據進行規定質量控制（SQC）方法。

電氣特性（續）

VCC=12V，CCP=0.01μFd，除非另有說明。粗體限制適用于整個工作溫度范圍，−25°C≤TA≤+85°C，所有其他限值為TA=TJ=+25°C。

（3） 使用脈沖測試技術。脈沖寬度<5ms，占空比<1%。

典型性能特征

對于所有曲線，VCC=12V，除非另有說明，否則溫度為結溫

基本操作

高壓側驅動廣泛用于汽車和工業應用中，將電源切換到地面參考荷載。與低壓側驅動相比，使用高壓側驅動的主要優點是保護負載如圖中所示，負載被意外地短路到地上圖18。高壓側驅動器可以檢測到短路情況并打開電源開關以禁用負載和消除電源上過多的電流消耗。LMD18400可以控制和保護多達四個分離地面參考荷載。

LMD18400將低壓CMOS邏輯控制電路與高壓DMOS工藝相結合。每個DMOS電源開關有單獨的開/關控制輸入。當指令接通時，開關的輸出將通過最大電阻1.3Ω（DMO的接通電阻）將負載連接到VCC電源開關）。施加在負載上的電壓取決于負載電流和LMD18400。當開關被指令關閉時，除了小泄漏電流通常小于0.01μA。LMD18400可以在繪圖時連續連接到帶電電源，例如汽車電池當處于“休眠”狀態時，電源的電流小于10μA。這種“睡眠”模式是通過啟用輸入（引腳3）低。在此模式下，設備的電源電流通常只有0.04μA。特殊低電流消耗備用電路用于保持DMOS開關關閉，以消除任何負載的供電電壓瞬變（MOS功率器件的一個常見問題）。在“休眠”模式下，所有診斷和邏輯電路都處于非活動狀態。當使能輸入被帶到邏輯1時開關“待命”并準備在短時間（30μs）啟用延遲時間后響應其控制輸入。這個延遲間隔防止開關瞬時接通。圖19顯示了開關控制邏輯。

每個DMOS開關在其柵極驅動比其源高約3.5V時打開電壓。因為開關的電源是輸出端的負載，所以可以把電壓取得很近VCC供應潛力。確保有足夠的電壓驅動DMO的門裝置內置電荷泵電路。該電路由內部300 kHz振蕩器控制，并使用外部10nF電容器從引腳14連接到地上，產生大約20V的電壓比VCC電源電壓高。這為應用的每個開關提供足夠的柵極電壓驅動在標準5V邏輯輸入電平的命令下。當驅動1A負載電流時，每個開關的開啟時間約為12μs。這個比較慢開關時間有助于將電磁干擾（EMI）相關問題降至最低切換高電流電平。

保護電路

LMD18400內置了廣泛的保護電路。任何動力裝置，防止過度電壓、電流和溫度條件至關重要。為了實現“故障安全”系統的實現在檢測到任何過壓或超溫故障情況下，LMD18400會自動停用負載。電壓保護VCC電源的范圍為−0.5V至+60 VDC，而不會對LMD18400造成任何損壞。CMOS邏輯電路是從一個內部5.1V的調節器，保護這些低電壓晶體管從高VCC電位。但是，為了保護連接到開關輸出的負載，過電壓停機采用電路。如果VCC電位超過35V，所有開關都將被關閉斷開負載。該35V閾值具有750 mV的滯后，以防止潛在振蕩。此外，還內置了欠壓鎖定功能。當VCC小于5V時，它變得不確定邏輯電路是否能將開關保持在命令狀態。為了避免這種不確定性當VCC下降到大約5V以下時，開關關閉。圖20顯示了輸出的關閉在0V至80V VCC電源瞬態期間。

LMD18400設計用于驅動所有類型的負載。當驅動接地感應負載時例如繼電器或螺線管，負載上的電壓將與電感器中的磁場極性相反關閉電源開關時崩潰。這將把LMD18400的輸出引腳拉到地面以下。這個負瞬態電壓鉗制在大約−5V，以保護IC。該夾緊動作未完成用二極管，而不是電源DMOS開關立即重新接通，以引導電感器電流斷電，如圖21所示。

當輸出電感產生負電壓時，DMOS晶體管的柵極被鉗制在0V.at−3.5V，電源設備的電源比柵極小足夠使開關再次接通。在這種負瞬態條件下，保護開關的功率限制電路由于柵極保持在0V。在此箝位間隔期間的最大電流，等于穩態ON通過電感器的電流應保持在1A以下。在這個時間間隔內的另一個問題與感應負載的大小和斷電所需的時間。如果電感器更大的話額外的功耗可能導致模具溫度超過熱關機限制。如果發生這種情況時，所有其他開關將立即關閉（參見“熱管理”部分）。

功率限制

LMD18400利用真正的瞬時功率限制電路而不是簡單的電流限制來保護每一個開關。這提供了更高的瞬態電流能力，同時仍然保持安全的功耗水平。每個開關的功耗（漏源電壓和輸出電流的乘積，Vds×IOUT）通過改變柵極電壓和導通電阻持續監測并限制在15W開關。基本上，導通電阻將盡可能低，直到15W被消散。維持15W，通電電阻增大，降低負載電流。這會導致輸出電壓降低。對于電阻負載，功率限制時的輸出電壓為：

如圖22所示，這提供了最大瞬態電流和漏源電壓特性。

負載的穩態電流受封裝功耗、環境溫度和開關的導通電阻具有正溫度系數，如典型性能所示特點。開關的這種動態電流限制在驅動燈和大電容負載時是有益的。燈當第一次接通時，需要一個大的浪涌電流，大約是正常工作電流的10倍冷燈絲。LMD18400將把初始電流限制在開關中消耗15W的水平。作為燈絲預熱燈上的電壓升高，從而降低開關上的電壓這樣可以讓更多的電流完全點亮燈。在勵磁涌流有限的情況下，燈負載的壽命為顯著增加。圖23顯示了燈負載的軟開啟。隨著負載電壓的增加，輸出電流增加的原理同樣允許大電容與具有固定1A電流的驅動器相比，LMD18400驅動器對負載充電更快極限保護方案。圖24顯示了驅動大電容負載時的輸出響應。

熱防護

持續監控LMD18400的模具溫度。如果任何條件導致模具溫度上升到+170°C時，所有電源開關自動關閉，以減少功耗。它是重要的是要認識到熱關機同時影響所有四個開關。也就是說，如果只是一個開關負載足以將模具加熱到熱關機閾值，所有其他開關，無論其功耗條件下，將關閉。所有開關將重新啟用時，模具溫度已冷卻至約+160°C。直到高溫強制條件移除開關將循環打開和關閉，從而保持平均模具溫度+165°CLMD18400將通過多個診斷輸出信號發出溫度過高的信號（參見診斷）。

診斷學

LMD18400具有廣泛的電路診斷信息報告功能。使用這些信息可以生產具有開關狀態和負載故障條件智能反饋的系統，以便進行故障排除目的。所有診斷信息都包含在一個11位字中。這些數據可以從LMD18400系列化，如圖25所示。移位寄存器與診斷數據并行加載當芯片選擇串行模式時，只要芯片切換到選擇1模式邏輯0。數據輸出線（引腳8）內部來自設置邏輯1輸出的5.1V調節器電壓。該引腳具有低電流源能力，因此該引腳上的任何負載都將降低邏輯1輸出電平規定在360μa負載下至少為2.4V。數據接口與微線兼容，因為數據從LMD18400的下降沿時鐘輸出時鐘，在上升沿的控制微處理器中進行計時。任何數量的設備都可以共享一種公共數據輸出線，因為數據輸出管腳保持在高阻抗（三態）狀態，直到通過將芯片選擇輸入降低來選擇設備。在芯片選擇變低后，有一個短數據需要設置時間間隔（500 ns Min）。這對于允許信息的第一個數據位建立在第一個上升時鐘邊緣之前的數據輸出線上，它將數據位輸入到控制器。當所有11位診斷數據被移出時，數據輸出進入邏輯1電平，直到選擇芯片返回高端。

圖25還顯示了診斷數據位的重要性。前4位表示輸出負載錯誤條件，每個通道連續一個（參見負載錯誤檢測）。位5到8提供每個開關的命令開/關狀態的讀回。LMD18400的一個獨特之處在于，它提供了工作溫度過高的預警。如果模具溫度超過+145°C，位9將設置為邏輯0。根據這些信息，系統可以編程以采取糾正措施，可能在LMD18400仍在運行時關閉特定負載運行正常（尚未處于熱停堆狀態）。如果這一預警被忽視，設備繼續上升在溫度下，熱關機電路將在模具溫度為+170°C時開始工作。如果診斷數據流的發生位10將被設置為邏輯0，指示設備處于熱關機狀態所有的輸出都被切斷了。最后的數據位，位11，表示VCC電源上的過電壓條件（VCC大于35V），并且再次表示所有驅動程序都關閉。

診斷數據可由控制器定期讀取，或僅在出現一般系統錯誤時讀取用于確定任何系統故障原因的指示。故障的一般指示由錯誤標志輸出（引腳13）。只要檢測到任何類型的錯誤，該引腳就會變低。有一個內置的延遲從檢測到錯誤到引腳13的時間約為75μs。這是為了幫助面具短持續時間誤差條件，例如可能由驅動高電容性負載（>2μF）引起。燈負載可能當它打開時會產生幾百毫秒的短路加載錯誤，應該忽略這個錯誤。

錯誤標志輸出引腳是一個開路漏極晶體管，它需要一個上拉電阻器的正電壓一般來說，這種上拉是對同一個5V電源的，它會偏置啟用輸入和任何其他外部輸入邏輯電路。幾個LMD18400封裝的錯誤標志引腳可以用一個上拉電阻器連接在一起，以提供全面的系統錯誤指示。一旦檢測到錯誤，每個然后可以輪詢設備以獲取診斷信息，以確定故障的來源。第二個直接輸出錯誤標志用于指示熱關機（引腳17）。此活動低標志提供立即顯示模具溫度已達到+170°C，并且所有四個開關的驅動裝置已刪除。該輸出通過一個小（5μa）電流源被拉至內部5.1V邏輯調節器因此，建議在該引腳上使用緩沖器。

引腳17的一個有用特性是它也可以用作停機輸入。馬上把這個針打低關閉所有驅動器，就像達到熱關機溫度一樣控制邏輯和診斷電路保持激活狀態。這在設計“故障安全”系統時很有用在任何外部檢測到的系統故障情況下，都可以禁用負載。但是診斷邏輯不能區分正常的熱關機或引腳17被驅動低的事實。像這樣的，各種開關錯誤和超溫指示將在診斷數據流中報告。圖26說明了將引腳17用作輸出熱關機標志和僅作為關閉的輸入開關。將針腳17直接系到+5V可防止內部熱關機電路禁用開關。但是，出于可靠性目的，不建議這樣做，因為這樣就不會有最大限度的限制模具溫度。有關這些直接輸出錯誤標志的操作摘要，請參閱真值表。負載錯誤檢測LMD18400的一個重要特性是能夠檢測開路或短路的負載連接。圖27說明了每個驅動器使用的檢測電路。

電壓比較器監控負載的電壓，并將其與固定的4.1V參考電平進行比較。當開關斷開，接地參考負載之間應無電壓。在這種情況下，內部50與VCC相連的kΩ電阻器將向負載提供少量電流。如果負載電阻大足以產生大于4.1V的電壓時，該開關將顯示開路負載錯誤。最大值當開關斷開時不會產生開路負載錯誤的負載電阻可以通過：

為了使這個開放負載錯誤閾值更合理，可以從輸出至VCC電源。另外，當開關被指令關閉時，如果負載對VCC電源短路，該電路將再次指示錯誤。當一個開關被指令接通時，負載上會有一個接近VCC的電壓潛力。如果輸出電壓低于4.1V閾值，將再次報告錯誤，表明負載對地短路，或者驅動器處于功率限制，無法拉動任何輸出電壓離VCC更近。開關接通can時不會產生短路負載錯誤的最小負載電阻發現者：

圖28顯示了正常運行、開路負載和短路負載或功率限制的負載電阻范圍指示。

熱管理

特別重要的是要考慮中所有四個開關消耗的總功率始終使用LMD18400。任何驅動負載的開關組合都會導致模具增加溫度。如果模具溫度達到+170°C的熱關機閾值，所有開關將故障。仔細計算任何時間點所需的最壞情況下的總功耗，并提供充分的散熱可以防止這種情況的發生。LMD18400包裝有一個特殊的引線框架，有助于通過兩個接地引腳散熱包裝的每一面。從結到殼的熱阻（θJC）約為20°C/W。從結到周圍的熱阻（θJA）在沒有任何散熱的情況下大約為60°C/W。圖29說明了如何設計印刷電路板的銅箔散熱和降低整體結對環境的熱阻。每個交換機的功耗等于：

RON是開關的接通電阻（最大1.3Ω）（4）在功率損耗達到15W的最大極限之前，這些方程仍然成立，在以下情況下，將達到15W功率限制閾值：

感應負載在關閉時會產生額外的功耗。圖30顯示了理想化的感應負載的電壓和電流波形。

打開時，最壞情況下的功耗為：

每個電源開關的電感穩態通電電流應保持在1A以下。關斷時的額外功耗，當電感器斷電時電感器夾持至−5V，可通過以下方式找到：

對于時間間隔，tCLAMP。這是電感器電流降到零所需的時間：

電感器的大小將決定這個額外的功耗間隔的持續時間。盡管峰值電流保持在1A以下，在此時間間隔內，開關將在其上看到電壓VCC+5V無功率限制保護。如果感應器太大，時間間隔可能足夠長，足以加熱模具溫度達到+170°C，從而關閉包裝上的所有其他負載。

感應負載在整個開關周期內的總平均功耗為：

由于熱關機強制所有負載的共同切斷，封裝的熱時間常數成為一個問題。圖31顯示了加熱模具到熱關機所需的時間從初始結溫+25°C開始，封裝功耗逐步增加使用PC板布局進行測量，從接頭到環境的熱阻約為35°C/W。當然，散熱量越小，電源開關的熱關機速度越快。

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