IO-Link マスタは、L+ ラインに対して少なくとも 200 mA の電流供給能力を持ち、50 ms の間は 400 mA のパルス電流を供給できる必要があります。この状態を、表 2-4に示すように仕様で規定しています。

これを供給するために、TPS4H160 デバイスを使用します。このクアッド チャネル ハイサイド スイッチは、プログラム可能な電流制限機能を備えており、電流検出出力が MCU に接続されています。そのため、各チャネルは短絡保護機能を備えており、MCU が各ポートの電流を測定して故障を検出できます。

ISm の要件を満たすのは非常に簡単で、R_(DS)on が十分に低いすべてのデバイスを使用して達成できます。しかし、ISIRm の達成はより困難です。というのも、接合部から周囲環境への電力損失が制限要因となるためです。出力が短絡している場合、または大容量コンデンサを充電する必要がある場合、デバイス内での消費電力は一時的に最大 400mA × 30V = 12W に達します。設計で 400mA の最小電流を超える電流を駆動した場合、この容量はさらに大きくなります。

L+ ライン上のコンデンサを静的負荷で充電する場合(これは IO-Link デバイスにとって現実的なシナリオです)、L+ ラインの電圧が上昇するにつれて FET の電圧降下が減少し、結果として消費電力も低下するため、状況はやや緩和されます。

しかし、電力はすぐに PCB やヒート シンクへ伝わるわけではないため、主にデバイスのパッケージ自体が制限要因となります。

詳細な仕様と、電源投入後の最初の 50ms での 400mA の電荷 (合計 20mAs) の定義については、IO-Link パッケージ 2015 および Corrigendum バージョン 1.0の セクション 4.4 にあるパワーアップ時の最大デバイス消費電力表を参照してください。

この仕様拡張により、L+ ライン出力の試験は、1000 µF の大容量コンデンサと 150Ω の抵抗を並列に接続した構成で行うと定義されています。この負荷は、静的負荷と大きな入力コンデンサでデバイスをシミュレートします。

図 2-10 ハイサイド スイッチ回路図

ハイサイド スイッチは、電流を 0.6 A に制限するように設定されています。この電流値は、ターンオン動作の要件を満たすように選定されています。より高い電流では、コンデンサ充電中の消費電力にパッケージが耐えられず、デバイスは冷却のためにシャットダウンし、再起動します。

電流検出は、最大出力電圧 1.8V で最大 0.7A まで動作するように設定されています (これは、本 IDK で使用している AM4379 デバイス内の ADC によって決定されます)。結果として、図 2-10に示す回路図になります。TPS4H160 デバイスは、サーマル エラー発生後に 2 つの動作モードを設定できます。すなわち、シャットダウンするか、自動的にリトライするかです。ここでは、再度イネーブルされるまでシャットダウン状態を維持するように設定されています。

他の要件が必要な場合、または中断を伴うターンオン動作が許容される場合は、1 ポートあたり 1A の高い電流でも起動時に問題なく動作します。