探索IPS160H与IPS161H：高效单高端开关的深度剖析

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的开关器件对于实现稳定、高效的电路系统至关重要。今天，我们将深入探讨意法半导体（ST）推出的两款单高端开关——IPS160H和IPS161H，它们在工业控制、智能家居等众多领域都有着广泛的应用前景。

文件下载：ips160h.pdf

产品概述

IPS160H和IPS161H是两款单片器件，可驱动一侧接地的电容性、电阻性或电感性负载。它们的工作电压范围为8V至60V，导通电阻（Ron）为60mΩ，具备丰富的诊断功能，如开路负载检测、过载保护和过热保护，适用于对安全性和可靠性要求较高的应用场景。

主要特性

1. 宽电压工作范围：8V至60V的工作电压范围，使其能够适应多种不同的电源环境，为设计提供了更大的灵活性。
2. 输出电流限制：IPS161H的最小输出电流限制为0.7A，IPS160H为2.5A，可有效保护电路和负载免受过流损坏。
3. 快速退磁功能：能够实现电感性负载的快速退磁，减少能量损耗和电磁干扰。
4. 多重保护机制：具备非耗散性短路保护、可编程截止延迟时间、接地断开保护、VCC断开保护、热关断保护和欠压锁定等功能，大大提高了系统的可靠性和稳定性。
5. 诊断信号输出：通过DIAG引脚可以提供开路负载、截止和结温过热等故障诊断信号，方便工程师进行系统监测和故障排查。
6. 符合国际标准：设计符合IEC 61131 - 2标准，适用于工业自动化等对安全性要求较高的应用场景。
7. 紧凑封装：采用PowerSSO12封装，体积小巧，便于在PCB上布局。

引脚说明

引脚编号	引脚名称	功能	类型
1, 12, TAB	VCC	器件电源电压	电源
2	IN	通道输入	输入
3	DIAG	通用诊断引脚，用于热关断、截止和开路负载指示	开漏输出
4	CoD	截止延迟引脚，可通过外接电容编程截止延迟时间	输入
5, 6	NC	未连接	-
7	GND	器件接地	接地
8, 9, 10, 11	OUT	通道功率级输出	输出

电气特性

1. 电源特性：在不同的电源电压下，器件的供电电流有所不同。例如，在VCC = 24V时，关断状态下的供电电流典型值为300μA，导通状态下为1mA。
2. 输出级特性：导通电阻（RDS(on)）在TJ = 25°C、VCC = 24V时典型值为60mΩ，随着温度升高，导通电阻会增大。
3. 开关特性：上升时间和下降时间典型值为20μs，传播延迟时间在20 - 35μs之间。
4. 逻辑输入特性：输入低电平电压最大为0.8V，输入高电平电压最小为2.2V。

保护与诊断功能

1. 欠压锁定：当电源电压低于关断阈值（VUV(off)）时，器件关断；当电源电压超过开启阈值（VUV(on)）时，恢复正常工作。
2. 过温保护：当内部结温（TJ）超过关断阈值（TJSD）时，输出级关断；当结温降至复位阈值（TJSD - TJHYST）以下时，恢复正常工作。
3. 截止功能：通过嵌入式输出电流限制电路，当负载电流超过激活阈值时，将电流限制在ILIM水平。截止延迟时间（tcoff）可通过外接电容（CCoD）编程设定。
4. 开路负载检测：可检测负载是否从OUT引脚断开，通过在OUT和VCC引脚之间连接电阻（RPU）激活该功能。故障状态通过DIAG引脚报告，负载重新连接时故障复位。
5. VCC断开保护：当VCC引脚断开时，只要VCC引脚电压≥VUVOFF，器件仍能正常工作；一旦触发VUVOFF，输出通道将独立于输入状态关闭。
6. GND断开保护：当GND断开时，只要IC的VCC和GND引脚之间的电压≥UVOFF，器件继续正常工作。此时，OUT引脚会有电流（ILGND）流出。
7. 输入引脚保护：输入引脚通过专用电路进行EMC保护，建议使用串联电阻对微控制器和IPS IC进行去耦，以限制故障时的寄生电流和EMC干扰信号。
8. 反极性保护：可通过在IC GND引脚和负载接地连接点之间放置电阻（RGND）或并联二极管来实现反极性保护。

应用场景

1. 可编程逻辑控制（PLC）：在工业自动化系统中，PLC需要精确控制各种负载，IPS160H和IPS161H的多重保护功能和宽电压范围能够确保系统的稳定运行。
2. 工业PC外设输入/输出：为工业PC的外设提供可靠的电源开关和驱动，保护外设免受电源波动和短路等故障的影响。
3. 数控机床：在数控机床的电气控制系统中，需要对各种电机和执行器进行精确控制，这两款开关能够满足其对负载驱动和保护的要求。
4. 智能家居（Domotics）：适用于智能家居系统中的电源管理和负载控制，如灯具、窗帘电机等的开关控制。
5. 通用电源开关：作为通用的电源开关，可用于各种电子设备的电源分配和控制。

总结

IPS160H和IPS161H单高端开关以其丰富的功能、优异的性能和可靠的保护机制，为电子工程师在各种应用场景中提供了一个理想的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择器件参数，并注意引脚的正确连接和保护电路的设计。同时，在遇到低温环境和高电源电压等特殊情况时，要确保截止功能的正确配置，以避免IC永久性损坏。你在使用这两款开关的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区留言分享。