Розумні силові ключі, або інтелектуальні драйвери верхнього плеча

Деякий час мляво шукав заміну потужному ключу BTS555 виробництва Infeneon. Коротко - BTS555 силова включалка для навантаження (потужного навантаження), може комутувати струм до 158 Ампер (дані, які заявлені в даташіте). Крім цього має ось такий список особливостей, які роблять її дуже привабливими для використання практично скрізь:
Overload protection
Current limitation
Short circuit protection
Overtemperature protection
Overvoltage protection (including load dump)
Clamp of negative voltage at output
Fast deenergizing of inductive loads 1)
Low ohmic inverse current operation
Diagnostic feedback with load current sense
Open load detection via current sense
Loss of Vbb protection2)
Electrostatic discharge (ESD) protection
Green Product (RoHS compliant)
AEC qualified

Сам виробник рекомендує її використовувати ось в таких областях науки і техніки:
Automotive Body Convenience
Power Distribution
Relay Replacement
Fuse Replacement
Heating Applications
Truck Agriculture (24V)
Industrial Automation

І саме завдяки не надто його гуманної ціною я затіяв пошуки чогось іншого, але зі схожими характеристиками. І о диво, знайшлося. Це ключі від International Rectifier - ще один маститий і іменитий бренд. Конкретніше - серія IR331х. Ще конкретніше - IR3310, IR3313 (S) / AUIR3313 (S), IR3314. При ціні в півтора рази (або близько того) дешевше, вони має характеристики трохи нижче, ніж "референсна" BTS555, але тим не менш, досить смачні характеристики. Основний показник, це, звичайно ж, опір у відкритому стані. IR3310 і IR3313 мають опір 7мОм. 3314 - 12мОм. Так, якщо глянути на BTS555 c її 2.5мОм, цифри 7 і 12 здаються жахливо величезними. Але на практиці не все так похмуро, а цілком типово, руку не палить, а значить, це десь 50-60 градусів за шкалою Цельсія.

Виробник їх позиціонує як «PROGRAMMABLE CURRENT SENSE HIGH SIDE SWITCH», що у вільному перекладі означає «Програмований ключ верхнього плеча». Програмований - це вони мають на увазі той факт, що можна задавати (програмувати) струм, при якому ключ буде йти в захист, і не дасть спалити все, що тільки можна спалити. І ось такі ништяки він забезпечує:
Load current feedback
Programmable over current shutdown
Active clamp
ESD protection
Input referenced to Vcc
Over temperature shutdown
Reverse battery protection
Lead Free, RoHS compliant

Другий рядок (Programmable over current shutdown) для різних типів ключів різна. Наприклад, ключики 3310 і 3313 мають пороги від 10 до 90А. 3314 - від 6 до 58А. Причому, це програмування здійснюється не за допомогою програматора, а виключно за допомогою резистивного інтерфейсу. За наведеною нижче схемою Rifb:
Типова схема:

Який можна взяти і розрахувати за простою формулою:
Rifb = (4.5 * Ratio) / (Id)
Де Rifb - шуканий резистор, Ratio - знаходиться на першій сторінці даташіта (для 3310 і 3313 це значення дорівнює 8800, для 3314 - 5300). Id - струм навантаження.

Приблизний розрахунок. Наприклад, навантаження на 10А. Але для якогось запасу розрахуємо струм спрацьовування захисту 15А. Наш ключ - IR3313
Rifb = (4.5 * 8800) / (15) = 2640 Ом, тобто, приблизно 2,7кОм - значення із стандартного ряду опорів Е24.

Розглянемо інший момент.
Наприклад, є якась навантаження, яка при включенні різко споживає струм в рази більше, ніж в усталеному режимі. Прикладом такого навантаження є електромотор, або галогенова лампа. Адже не секрет, що коли спіраль холодна, то струм може досягати 50-70А. Для цього ці мікросхеми можна обв'язати двоступеневої схемою захисту від перевантаження. Перший ступінь працює дуже короткий час, в момент включення. Потім відбувається перемикання на основну щабель. схема:

Дуже рекомендую до читання ось цей документик. в якому розжовані основні аспекти застосування та докладні розрахунки.

Практичне застосування.
Я застосував це для ШІМ-регулятора, зібрав ДГЗ для далекого в полнакала. Але можна використовувати для різних регуляторів електродвигунів, якихось обігрівачів.