TLE7242_2G_DS_11.book

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/Infineon-TLE7242_2G-DS-v01_01-en-html.html
background image

 

TLE7242-2G

4 Channel Fixed Frequency Constant Current 
Control IC
 
 

Data Sheet, Rev. 1.1, May 2011

Automotive Power

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/Infineon-TLE7242_2G-DS-v01_01-en-html.html
background image

 

Data Sheet

2

Rev. 1.1, 2011-05-27

 

 

TLE7242-2G

Table of Contents

Table of Contents  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   2

1

Overview  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3

1.1

Features  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3

1.2

Applications   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4

1.3

General Description   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4

1.3.1

On / Off Mode Operation  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4

1.3.2

Constant Current Mode Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  5

2

Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9

3

Pin Configuration  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  10

3.1

Pin Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  10

3.2

Pin Definitions and Functions  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  10

4

General Product Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  12

4.1

Maximum Ratings  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  12

4.2

Functional Range  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  13

4.3

Thermal Resistance  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  13

5

Functional Description and Electrical Characteristics  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  14

5.1

Supply and Reference   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  14

5.2

Input / Output   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  15

5.3

Diagnostics  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  16

5.3.1

On-State Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  19

5.3.2

Off-State Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  20

5.4

Output Driver   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  24

5.5

Current Control  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  24

5.6

Serial Peripheral Interface (SPI)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  25

5.6.1

SPI Signal Description  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  26

5.6.2

SPI Message Structure  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  28

5.6.2.1

SPI Message #0 - IC Version / Manufacturer   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   28

5.6.2.2

SPI Message #1 - Main Period Set  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  29

5.6.2.3

SPI Message #2 - PWM Offset  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  30

5.6.2.4

SPI Message #3 - Current Set Point and Dither Amplitude Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  31

5.6.2.5

SPI Message #4 - Dither Period Set  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  33

5.6.2.6

SPI Message #5 - Control Variable Set (KP and KI)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  34

5.6.2.7

SPI Message #6 - Dynamic Threshold Value Set  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  36

5.6.2.8

SPI Message #7 - On/Off Control and Fault Mask Configuration   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  38

5.6.2.9

SPI Message #8 - Diagnostic Configuration   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  .   40

5.6.2.10

SPI Message #9 - Diagnostic Read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  42

5.6.2.11

SPI Message #10 - Current Read  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  43

5.6.2.12

SPI Message #11 - Autozero Read  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  44

5.6.2.13

SPI Message #12 - Duty Cycle Read   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  46

6

Application Information  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  47

6.1

Further Application Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  47

7

Package Outlines  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  48

8

Revision History  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   49

Table of Contents

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/Infineon-TLE7242_2G-DS-v01_01-en-html.html
background image

 

PG-DSO-28

Type

Package

Marking

TLE7242-2G

PG-DSO-28

TLE7242-2G

Data Sheet

3

Rev. 1.1, 2011-05-27

 

4 Channel Fixed Frequency Constant Current Control 
IC
 
 

TLE7242-2G

 

1

Overview

1.1

Features

Low side constant current control pre-driver integrated circuit

Four independent channels

Output current programmable with 11 bit resolution
– Current range = 0 to 1.2A (typ) with a 0.2 

 sense resistor

– Resolution = 0.78125 mA/bit (typ) with a 0.2 

 sense resistor

– +/- 2% full scale error over temperature when autozero is used

Programmable PWM frequency via SPI from approximately
50 Hz to 4 KHz (typ)

Programmable KP and KI coefficients for the PI controller for each 
channel

Programmable Transient Mode of operation to reduce settling time when large changes in the current set point 
are commanded.

Programmable superimposed dither.
– Dither programmed by setting a dither step size and the number of PWM periods in each dither period
– Programmed via the SPI interface
– The dither for each channel can be enabled and programmed independently

Programmable synchronization of the PWM control signals.
– Phase delay time set via the SPI interface
– Synchronization initiated via signal at the PHASE_SYNC input pin.
– Channels within one device and between multiple devices can be synchronized.

Each channel can be configured to function as a simple on/off predriver or a constant current predriver via SPI

Interface and Control
– 32 Bit SPI (Serial Peripheral Interface) - Slave only
– ENABLE pin to disable all channels or freeze all channels
– Active low RESET_B pin resets internal registers to their default state and disables all channels.
– Open drain FAULT pin can be programmed to transition low when various faults are detected.
– 5.0V and 3.3V logic compatible I/O

Protection
– Over current shutdown - monitored at POSx pin.
– Programmable over current threshold
– Programmable over current delay time
– Programmable over current retry time
– Battery pin (BAT) overvoltage shutdown.

Diagnostics
– Over current

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/Infineon-TLE7242_2G-DS-v01_01-en-html.html
background image

 

 

TLE7242-2G

Overview

Data Sheet

4

Rev. 1.1, 2011-05-27

 

– Open load in on state
– Open load in off state
– Short to ground
– Test complete bit - indicates that fault detection test has completed

Control loop monitor capabilities
– The average current measurement over the last completed PWM cycle of each channel can be accessed 

via SPI.

– The PWM duty cycle of each channel can be accessed via SPI
– The auto zero values used to null the offsets of the input amplifiers can be accessed via SPI

Required External Components: 
– N-Channel Logic level (5V) MOSFET transistor with typical Ron 

 100 m (e.g. BSO604NS2)

– Recirculation diode (ultrafast)
– Sense resistor (0.2

for 1.2A average output current range)

Green Product (RoHS compliant)

AEC Qualified

1.2

Applications

Variable Force Solenoids (e.g. automatic transmission solenoids)

Other constant current solenoids
– Idle Air Control
– Exhaust Gas Recirculation
– Vapor Management Valve
– Suspension Control

1.3

General Description

The TLE7242 2G IC is a four channel low-side constant current control predriver IC. Each channel can be
configured to function either in on/off mode or in constant current mode by setting the appropriate MODE bit in SPI
message #7.

1.3.1

On / Off Mode Operation

For On/Off operation, the POSx and NEGx pins must be connected to the circuit in either of the configurations
shown in 

Figure 1

. If the sense resistor is included, the load current can be monitored by the microcontroller via

a SPI command. The open load in on state fault detection feature is disabled in on/off mode.
Note: An external flyback clamp is required in this configuration otherwise the IC may be damaged.

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/Infineon-TLE7242_2G-DS-v01_01-en-html.html
background image

 

Data Sheet

5

Rev. 1.1, 2011-05-27

 

 

TLE7242-2G

Overview

Figure 1

External Circuit Diagram for On/Off Mode Operation

1.3.2

Constant Current Mode Operation

During constant current operation, the POSx and NEGx pins must be connected to the circuit in the configuration
shown in 

Figure 2

.

Note: An external recirculation diode is required in this configuration otherwise the IC may be damaged.

Figure 2

External Circuit Diagram for Constant Current Mode Operation

The constant current control circuit can operate in two modes; steady state mode and transient mode.

Steady-State Mode
During steady-state operation, the PWM control signal driven at the OUTx pin is controlled by the control loop
shown in 

Figure 3

. The PWM Frequency is programmed via the SPI message # 1. In this message the main period

divider, N, can be set to any value between 79 and 2

14

 -1.   The equation for calculating the PWM frequency is:

Solenoid

R

SENSE

POSx

NEGx

OUTx

POSx

NEGx

OUTx

R

G

R

G

Q

DRV

Q

DRV

Solenoid

C

ESD

C

ESD

V

BAT

V

BAT

POSx

NEGx

OUTx

Solenoid

R

SENSE

D

RECIRC

Q

DRV

C

ESD

V

BAT

R

G

N

F

F

CLK

PWM

*

32

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/Infineon-TLE7242_2G-DS-v01_01-en-html.html
background image

 

 

TLE7242-2G

Overview

Data Sheet

6

Rev. 1.1, 2011-05-27

 

The 11 bit Current Set Point is programmed via the SPI message #3. The equation for calculating the current
setpoint is:

The Proportional coefficient (KP) and the Integral coefficient (KI) of the control loop are programmed in SPI
message #5. The KP and KI values should be set to values that result in the desired transient response of the
control loop. The duty cycle of the OUTx pin can be calculated from the difference equations:

where error is the difference between the commanded average current and measured average current in units of
Amps.
where k indicates the integral number of PWM periods that have elapsed since current regulation was initiated.

Figure 3

Control Loop - Steady-State Mode

Auto Zero
When a channel is configured for constant current operation and the current set point is 000h for 256 consecutive
PWM periods, an autozero sequence is initiated. The autozero sequence will measure the offset of the current

SENSE

setpoint

R

(11bit)

t

setpoin

mA

Current

320

2

]

[

11

 

)

1

(

1

*

28

.

1

)

(

)

(

1

*

28

.

1

k

INT

k

error

N

Rsense

KI

k

INT

k

INT

k

error

N

Rsense

KP

k

DutyCycle

A/D

Average

Autozero

Value

“ON”

-

CURRENT SET

POINT

DITHER STEP SIZE

Dither

Generation

+

+

+

KP

KI

PWM
Block

PWM

CLK

+

+

DITHER STEPS

OUTx

POSx

NEGx

  Amp

+

-

Auto Zero

Autozero

Value

“OFF”

DUTY

CYCLE

CURRENT

READ

PRE-

LOAD

Italics = CAN BE MONITORED VIA SPI

Underlined = CAN BE PROGRAMMED VIA SPI

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/Infineon-TLE7242_2G-DS-v01_01-en-html.html
background image

 

Data Sheet

7

Rev. 1.1, 2011-05-27

 

 

TLE7242-2G

Overview

measurement amplifiers. If the autozero function is enabled in SPI message #7, then the measured offset will be
subtracted from the A/D converter output as shown in 

Figure 3

 when the current set point is greater than 0.

Dither
A triangular dither waveform can be superimposed on the current set point by setting the Dither Enable bit in SPI
message #3. The amplitude and frequency of the dither waveform are programmed for each channel via SPI
messages #3 and #4. See the SPI message section for details.
The first programmed value is the step size of the dither waveform which is the number of bits added or subtracted
from the setpoint per PWM period. One LSb of the dither step size is 1/16 the magnitude of the nominal setpoint
current value. The second programmed value is the number of steps in one quarter of the dither waveform.
When dither is enabled, a new dither amplitude setting, a new dither frequency setting, or a dither disable
command will not be activated until the current dither cycle has completed - see 

Figure 4

. The dither cycle is

completed on the positive zero crossing of the dither waveform. A change in the setpoint current, however, is
activated at the start of the next PWM period.

Figure 4

New Dither Values Programmed and the Resultant Waveform Timing

Note: the actual dither waveform is attenuated and phase shifted according to the frequency response of the
control loop.

If a channel enters transient mode operation while the dither waveform is active, the dither wave-form will pause
until transient mode is exited.

Transient Mode
When a large change in the current set point occurs, the device can be programmed to enter transient mode of
operation. The setpoint change threshold required to initiate transient mode can be programmed in
SPI message #6. The purpose of this mode of operation is to reduce the transition time of the load current after a
large change in setpoint. In this mode of operation the OUTx pin signal is controlled by the state machine shown
in 

Figure 5

. The control method in this mode is similar to hysteretic control, the OUTx signal transitions high or

low based on the immediate value of the measured output current. The PWM frequency is not fixed in this mode
of operation. The device will automatically switch from transient mode of operation to steady state operation at the
start of the first PWM period after the new set point has been reached.

PWM_START

Dither

Dither

Parameter

Change

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/Infineon-TLE7242_2G-DS-v01_01-en-html.html
background image

 

 

TLE7242-2G

Overview

Data Sheet

8

Rev. 1.1, 2011-05-27

 

Figure 5

Transient Mode State Diagram

A typical current waveform during transient mode operation is shown in 

Figure 6

. Starting from a set point I, the

new set point II is accepted a short time after the rising edge on CS_B. The OUTx pin remains high until the
measured load current has reached the new set point. The OUTx pin is then toggled on and off to maintain the
load current near the new set point until the next PWM period begins. The device will then switch back to steady
state control and the OUTx pin will be controlled by the control loop shown in 

Figure 3

.

During the transition from transient mode operation to steady state operation, the integrator is pre-loaded with a
SPI programmable value. This value should be chosen to give an initial PWM duty cycle approximately equal to
the duty cycle required to regulate the load current at the new set point.

Figure 6

Transient Mode Timing Diagram

Steady-

State

Mode

Reset

OUTx = High

OUTx = Low

OUTx = High

LEAVE

HYST MODE

OUTx := LOW

Controller := stop

CALC

DC

OUTx := LOW

Controller := stop

Set Point change > Threshold

New Set Point > Old Set Point

Set point change > Threshold

New Set Point < Old Set Point

Measured Current > New Set Point

Measured Current < New Set Point

Measured Current < New

Set Point

Measured Current > New

Set Point

OUTx = Low

Start of PWM period

Start of PWM period

next

ADC value

INT

PRELOAD

OUTx := LOW

Controller := stop

PWM

i

L

setpoint 



setpoint 

t

SPI CS_B

setpoint 

accepted

Steady State

Mode Begins

Transient Mode

Begins

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/Infineon-TLE7242_2G-DS-v01_01-en-html.html
background image

 

Data Sheet

9

Rev. 1.1, 2011-05-27

 

 

TLE7242-2G

Block Diagram

2

Block Diagram

Figure 7

Block Diagram

POS0

OUT0

NEG0

POS1

OUT1

NEG1

POS2

OUT2

NEG2

POS3

OUT3

NEG3

SPI

Interface

SCK

SI

SO

CS_B

FAULT

RESET_B

BAT

PHASE_SYNC

V5D

V5A

GND_D

GND_A

CLK

ENABLE

V_SIGNAL

TEST

Supply

Biasing

Monitoring

Logic

V_SIGNAL

V_SIGNAL

Current

Control

Block

Diagnostics

V5D

Current
Control

Block

Diagnostics

V5D

Current

Control

Block

Diagnostics

V5D

Current

Control

Block

Diagnostics

V5D

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/Infineon-TLE7242_2G-DS-v01_01-en-html.html
background image

 

 

TLE7242-2G

Pin Configuration

Data Sheet

10

Rev. 1.1, 2011-05-27

 

3

Pin Configuration

3.1

Pin Assignment

Figure 8

Pin Configuration

3.2

Pin Definitions and Functions

Pin

Symbol

I/O

Analog
/Digital

Function

1

OUT3

O

A

Gate driver output for channel #3.  Connect to the gate of the 
external MOSFET.

2

OUT2

O

A

Gate driver output for channel #2.  Connect to the gate of the 
external MOSFET.

3

POS3

I

A

Channel #3 Positive sense pin.  Connect to the "load" side of the 
external sense resistor.

4

NEG3

I

A

Channel #3 Negative sense pin.  Connect to the "FET" side of the 
external sense resistor.

5

NEG2

I

A

Channel #2 Negative sense pin.  Connect to the "FET" side of the 
external sense resistor.

6

POS2

I

A

Channel #2 Positive sense pin.  Connect to the "load" side of the 
external sense resistor.

7

GND_A

-

-

Analog Ground

8

V5A

-

-

5V supply pin for analog. An external capacitor is to be connected 
between this pin and GND_A near this pin.

9

POS1

I

A

Channel #1 Positive sense pin.  Connect to the "load" side of the 
external sense resistor.

TLE724

2 2G

OUT 3

OUT 2

NEG 3

POS 3

FAULT

RESET_B

CS_B

ENABLE

NEG 2

POS 2

V5A

GND_A

SCK

V5D

GND_D

CLK

SO

V_SIGNAL

TEST

SI

PHASE_SYNC

BAT

NEG 1

POS 1

NEG 0

POS 0

OUT 1

OUT 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

Maker
Infineon Technologies
Datasheet PDF Download