四通道自保護高邊開關 MC33XS2410 使用簡介

一. 引言

MC33XS2410 是一個四通道自保護高側開關，工作電壓為 3.0 V 至 60 V，由 SPI 接口控制，用於輸出的配置、監控和診斷。當與 MCU 的通信丟失時，該設備進入安全模式，仍保持運行，具有可控和受保護等優點。以下將會對這顆晶片進行詳細介紹，具體包括這顆晶片的主要特性、晶片引腳，工作模式及相關軟體配置等。

二. 主要特性

• 四個完全受保護的 100 mΩ / 雙 50 mΩ（25°C時）高側開關。
• 有效電流限制為 5 A，可配置並聯模式，使電流能力翻倍。
• 16 位 SPI 埠通信 3.3 V / 5.0 V，兼容菊花鏈功能。
• 可通過 SPI 總線或直接輸入控制的輸出，通過 SPI 總線報告診斷狀態。
• 無效命令或無效 SPI 的看門狗，具有可編程超時。
• 可編程中斷髮生器，向 FAULT 引腳或 SPI 總線報告。
• 四個獨立的 PWM 模塊，帶內部或外部時鐘，可編程範圍為 0.5 Hz 至 2.0 kHz。
• 具有電池瞬態過電壓和反極性電池連接保護，可配置嚴重短路和過載保護。
• 可配置安全模式。
• 在待機模式下，功耗極低。
• 可編程的有效電流限制閾值，以儘量減少短路的影響。
• 可編程 12 位 ADC 進行數據採集。

三. 晶片引腳

圖 1 MC33XS2410 引腳示意圖

四. 工作模式

MC33XS2410有以下工作模式:

• 復位模式。
• 禁用模式。
• 正常模式：如果 RST 引腳從 LOW 到 HIGH 且 VPWR > VPWR_WU，則設備喚醒並過渡到正常模式。
• 安全模式：該設備通過 LHM 引腳和 INx 輸入引腳提供安全模式。在此模式下，所有輸出 OUTx 由 INx 輸入邏輯信號直接控制。因此，SPI 編程的 OUT1-4_CTRL 寄存器中的 ON_OFFx 位被繞過。在安全模式期間，所有控制寄存器配置都不會重置並保存在內存中，SPI 通信只可用於讀訪問。

在以下情況下，設備將切換到安全模式：

• 如果 LHM 引腳被拉至高邏輯電平。
• 如果通過 SPI 命令將 GLB_CTRL[7:6] 位設置為 b10。
• 如果 WDT_REG[6] 位使能了看門狗超時標誌和安全模式下的轉換。
• 如果檢測到過載保護(OLP)，並通過位 OLP_CTRL[7]  使能安全模式轉換。
• 如果在 VSPI 電源引腳上檢測到低電壓條件。

五. 相關軟體配置

1. 直接輸入控制：

在以下情況下，設備可通過直接輸入控制:

• 安全模式
• 在正常模式下，啟用位 IN_CTRL1[3:0]。如圖 3 為開/關邏輯控制（輸出 1）示意圖，配置寄存器由 INx 對應控制 OUTx。

圖 3 簡化開/關邏輯控制(輸出1)示意圖

 

相關寄存器配置：

（1）GLB_CTRL[0] 位設置 LHM, IN1, IN2, IN3 和 IN4  輸入邏輯電平。

（2）IN_CTRL1[3:0] 位設置 OUTx 由 INx 輸入控制。

（3）IN_CTRL2[7:4] 位啟用 OR 邏輯，內部 INTx 邏輯信號來自 ON/OFF SPI 控制或 PWM 模塊，IN_CTRL2[3:0] 位將輸入邏輯配置為有效高電平或低電平。

（4）WV_CTRL 設置報警電壓控制，與 VOUTx 進行比較。

（5）OVW_OUTx 設置過壓告警閾值，UVW_OUTx 設置欠壓告警閾值。

2. PWM 控制：

該器件集成了一個PWM模塊，每個輸出具有 8 位占空比能力。PWM 模塊的參考頻率信號可以是內部的也可以是外部的。當所有輸出具有相同的頻率時，它們可以相移 0°，90°，180° 或 270°。內部時鐘驅動負載在不同的頻率，通常從 0.5 Hz 到 2.048 kHz。

相關寄存器配置：

（1）PWM 時鐘參考: 位 PWM_CTRL1[7] 設置為高位時，選擇外部時鐘源，並應向 PWM_CLK 輸入施加 512 kHz 類型的時鐘信號。時鐘故障電路監視 PWM_CLK 時鐘，並檢測信號是否在 TOUT 超時內切換。如果檢測到時鐘故障，則清除 PWM_CTRL1[7] 位，並轉換為內部 PWM_CLK 時鐘信號。

（2）PWM 同步: 要在已知時間點啟動 PWM 操作，必須將位 PWM_CTRL1[6] 置高。一旦 PWM_CTRL1[6] 設置高，當 SS 在 16 位 SPI 幀的末端從 0 轉換到 1 時，所有 PWM 8 位計數器復位。同PWM_CTRL1[6] 位值不保留，總是讀 0。

（3）PWM 輸出極性: 對於每個 PWM 輸出極性可以通過 PWM_CTRL1 寄存器中的 PWM_POL_x 位選擇。

（4）PWM 頻率: 對於四個輸出，PWM_FREQx 寄存器可以配置通常從 0.5 Hz 到 2.048 kHz 的頻率。

（5）PWM 相移: PWM_CTRL2 寄存器通過添加 0,1 /4,1/2 或 3/4 的延遲來配置相移。

（6）PWM 占空比: 占空比由 δ = (n+1) / 256 定義，其中 n 是由 PWM_DCx 寄存器配置的從 0 到 255 的十進制數。因此，占空比從 0.39% 到 100% 可調。

（7）PWM 控制:  PWM_CTRL3 寄存器允許每個 PWM 通道被打開或關閉。注意，PWM 操作從 OUT1-4_CTRL 獲得 ON_OFFx 位的優先級。

六．參考文獻

1. MC33XS2410 datasheet