3.2 正常運行階段

啟動成功后，設(shè)備會實時監(jiān)測負載電流和輸入電壓，控制內(nèi)部HFET，確保用戶可調(diào)節(jié)的過流限制閾值（(I{LIM})）不被超過，同時將過壓尖峰安全鉗位到所選的閾值電壓（(V{OVC})）。此外，用戶可調(diào)節(jié)的過流消隱定時器允許系統(tǒng)通過負載電流曲線中的適度瞬態(tài)峰值，而不會觸發(fā)eFuse，提高系統(tǒng)的可靠性。

4. 保護功能

4.1 輸入反極性保護

TPS2521xx內(nèi)部具備輸入反極性保護功能，能阻止輸入的穩(wěn)態(tài)負電壓出現(xiàn)在輸出端，保護負載電路。在這種情況下，不會有反向電流從輸出流向輸入，輸入可承受的最低負電壓為 -15V或(V_{OUT} - 21V)（取較高值）。

4.2 欠壓鎖定（UVLO和UVP）

設(shè)備在IN端實現(xiàn)欠壓保護，防止輸入電壓過低影響系統(tǒng)正常運行。欠壓保護有內(nèi)部固定的默認鎖定閾值(V_{UVP})，同時EN/UVLO引腳的UVLO比較器允許用戶通過外部電阻分壓器將欠壓保護閾值調(diào)整到自定義值。

4.3 過壓鉗位（OVC）

當設(shè)備檢測到輸入電壓超過過壓鉗位閾值（(V{OVC})）時，會在(t{OVC})內(nèi)快速響應(yīng)，停止輸出電壓進一步上升，并線性調(diào)節(jié)HFET，將輸出電壓鉗位在(V_{CLAMP})以下。若設(shè)備長時間處于鉗位狀態(tài)，內(nèi)部功率損耗增加，可能導(dǎo)致熱關(guān)斷（TSD）。不同型號的設(shè)備在熱關(guān)斷后的響應(yīng)不同，TPS2521xL型號會鎖定關(guān)閉，而TPS2521xA型號會在固定延遲后自動重啟。

4.4 浪涌電流、過流和短路保護

• 可調(diào)壓擺率（dVdt）控制浪涌電流：在熱插拔或啟動時對大輸出電容充電時，可能會產(chǎn)生大的浪涌電流。通過在dVdt引腳連接電容，可以控制輸出上升壓擺率，降低浪涌電流。
• 可調(diào)過流閾值（(I_{LIM})）：當負載電流超過ILM引腳電阻（(R{ILM})）設(shè)置的過流閾值（(I{LIM})），但低于短路閾值（(2 ×I{LIM})）時，設(shè)備會通過內(nèi)部1.8μA的下拉電流對ITIMER引腳電容放電。若負載電流在ITIMER電容放電(Delta V{ITIMER})之前降至過流閾值以下，ITIMER會被重置，電流限制動作不啟動；若過流條件持續(xù)，電流限制會調(diào)節(jié)HFET，將電流限制在設(shè)定的過流閾值。
• 快速短路保護：當檢測到嚴重過流（如輸出短路）時，設(shè)備會觸發(fā)快速跳閘響應(yīng)，將電流限制在安全水平。內(nèi)部快速跳閘比較器采用可擴展閾值（(I{SC}=2 ×I{LIM})）和固定快速跳閘閾值（(I_{FT})），確保在不同情況下都能快速保護設(shè)備。

4.5 模擬負載電流監(jiān)測

設(shè)備通過ILM引腳提供與FET電流成正比的模擬電流檢測輸出，用戶可通過測量(R_{ILM})兩端的電壓來監(jiān)測輸出負載電流。

4.6 反向電流保護

TPS2521xx像理想二極管一樣工作，在任何情況下都能阻止反向電流從OUT流向IN。它采用集成背靠背MOSFET，通過線性O(shè)Ring控制調(diào)節(jié)正向電壓降，并利用基于比較器的反向阻斷機制快速響應(yīng)瞬態(tài)反向電流。

4.7 過熱保護（OTP）

設(shè)備實時監(jiān)測內(nèi)部管芯溫度（(T{J})），當溫度超過安全工作水平（TSD）時，會自動關(guān)閉，直到管芯溫度降至（TSD - (TSD{HYS})）以下。不同型號的設(shè)備在熱過載后的響應(yīng)不同，TPS2521xL型號會鎖定關(guān)閉，直到設(shè)備重新上電或重新使能；TPS2521xA型號會在冷卻(TSD{HYS})后，等待額外的延遲時間(t{RST})，然后自動嘗試重新開啟。

5. 應(yīng)用場景

5.1 適配器輸入保護

可用于保護適配器輸入，防止過載、短路等故障對適配器和后續(xù)電路造成損害。

5.2 企業(yè)存儲

如RAID、HBA、SAN、eSSD等存儲系統(tǒng)中，確保電源的穩(wěn)定供應(yīng)，保護存儲設(shè)備免受電源故障的影響。

5.3 USB PD端口保護

在USB PD端口中，提供過流和短路保護，同時阻止反向電流，確保端口的安全運行。

5.4 服務(wù)器、PC主板和擴展卡

為服務(wù)器、PC主板和擴展卡提供可靠的電源保護，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

5.5 顯示器和擴展塢

保護顯示器和擴展塢的電源，避免因電源問題導(dǎo)致設(shè)備損壞。

6. 設(shè)計與應(yīng)用示例

6.1 單設(shè)備自控制應(yīng)用

在單設(shè)備自控制應(yīng)用中，TPS2521xx可獨立工作，通過配置EN/UVLO、OVCSEL等引腳，實現(xiàn)對設(shè)備的控制和保護。同時，ILM引腳可連接到MCU的ADC輸入，用于電流監(jiān)測。

6.2 USB PD端口保護應(yīng)用

在USB PD端口保護應(yīng)用中，TPS2521xx可與LM73100配合使用，共同實現(xiàn)電源路徑保護。TPS2521xx在源路徑提供過流和短路保護，阻止反向電流；LM73100在匯路徑提供過壓保護，阻止反向電流。

6.3 詳細設(shè)計步驟

以USB PD源路徑保護應(yīng)用為例，設(shè)計步驟如下：

• 設(shè)備選擇：根據(jù)應(yīng)用需求，選擇具有合適過流響應(yīng)和故障響應(yīng)的型號，如TPS25210L。
• 設(shè)置欠壓和過壓閾值：通過電阻分壓器設(shè)置欠壓閾值，根據(jù)設(shè)計要求選擇合適的電阻值；通過OVCSEL引腳選擇過壓鉗位閾值。
• 設(shè)置輸出電壓上升時間：根據(jù)目標規(guī)格計算所需的壓擺率，然后通過公式計算所需的(C_{dVdt})電容值。
• 設(shè)置電源良好斷言閾值：通過連接到PGTH引腳的電阻分壓器設(shè)置電源良好斷言閾值。
• 設(shè)置過流閾值：根據(jù)所需的過流保護閾值，通過公式計算(R_{ILM})電阻值。
• 設(shè)置過流消隱間隔：通過連接到ITIMER引腳的電容設(shè)置過流消隱間隔。

7. 電源供應(yīng)建議與布局指南

7.1 電源供應(yīng)建議

• 輸入電源范圍為2.7V - 5.7V，建議在輸入電源距離設(shè)備較遠時，使用大于0.1μF的輸入陶瓷旁路電容。
• 電源的額定電流應(yīng)高于設(shè)定的電流限制，以避免在過流和短路情況下出現(xiàn)電壓下降。
• 對于從輸入電源派生的低電壓信號（如EN/UVLO、PGTH），應(yīng)使用足夠大的上拉電阻，以限制反向極性條件下的電流。

7.2 布局指南

• 在IN和GND端子之間使用0.1μF或更大的陶瓷去耦電容，并將其放置在離設(shè)備IN和GND端子最近的位置，以減小旁路電容連接、IN端子和IC的GND端子形成的環(huán)路面積。
• 高電流功率路徑連接應(yīng)盡可能短，并具有足夠的尺寸以承載至少兩倍的滿載電流。
• GND端子應(yīng)通過最短的走線連接到PCB接地平面，建議為eFuse使用單獨的接地平面島，作為所有關(guān)鍵模擬信號的安靜接地參考。
• IN和OUT引腳用于散熱，應(yīng)盡可能連接到PCB頂層和底層的大面積銅區(qū)域，并在設(shè)備下方添加熱過孔，以改善導(dǎo)通電阻和電流檢測精度。
• 將支持組件（如(R{ILM})、(C{dVdt})、(C_{ITIMER})、EN/UVLO、OVCSEL和PGTH引腳的電阻）放置在靠近其連接引腳的位置，并將組件的另一端通過最短的走線連接到設(shè)備的GND引腳。
• 保護器件（如TVS、緩沖器、電容或二極管）應(yīng)放置在靠近被保護設(shè)備的位置，并使用短走線以減少電感。

8. 總結(jié)

TPS2521xx系列eFuse以其豐富的功能、出色的性能和小尺寸封裝，為電子設(shè)備的電源保護和管理提供了優(yōu)秀的解決方案。無論是在企業(yè)存儲、USB PD端口保護還是其他應(yīng)用場景中，都能發(fā)揮重要作用。在設(shè)計過程中，合理選擇設(shè)備型號、正確設(shè)置參數(shù)、優(yōu)化布局，將有助于充分發(fā)揮TPS2521xx的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

你在使用TPS2521xx過程中遇到過哪些問題呢？或者你對它的應(yīng)用還有什么其他的想法，歡迎在評論區(qū)分享交流。