TPS25947xx eFuse：多功能電源保護(hù)與管理的理想之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源保護(hù)和管理至關(guān)重要。德州儀器（TI）的 TPS25947xx 系列 eFuse 為我們提供了一個(gè)高度集成的解決方案，能夠有效應(yīng)對(duì)各種電源相關(guān)的挑戰(zhàn)。本文將詳細(xì)介紹 TPS25947xx 的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，幫助電子工程師更好地了解和使用這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

TPS25947xx 是一款 2.7 - 23V、5.5A 的 eFuse，采用小型封裝，提供了多種保護(hù)模式，僅需極少的外部組件。它能有效抵御過(guò)載、短路、電壓浪涌、反極性和過(guò)大的浪涌電流，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如電源多路復(fù)用/ORing、適配器輸入保護(hù)、USB PD 保護(hù)等。

二、產(chǎn)品特性

1. 寬輸入電壓范圍

該器件的輸入電壓范圍為 2.7V 至 23V，絕對(duì)最大電壓可達(dá) 28V，還能承受高達(dá) - 15V 的負(fù)電壓，這使得它在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。

2. 低導(dǎo)通電阻與理想二極管功能

集成了背靠背 FET，典型導(dǎo)通電阻 (R_{ON}=28.3 mΩ)，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的反向電流阻斷，如同理想二極管一樣工作，有效防止反向電流對(duì)電路造成損害。

3. 快速保護(hù)功能

• 過(guò)壓保護(hù)：具有過(guò)壓鉗位（OVC）和可調(diào)過(guò)壓鎖定（OVLO）兩種模式。OVC 可通過(guò)引腳選擇閾值（3.8V、5.7V、13.8V），響應(yīng)時(shí)間為 5μs（典型值）；OVLO 的響應(yīng)時(shí)間為 1.2μs（典型值）。
• 過(guò)流保護(hù)：提供負(fù)載電流監(jiān)測(cè)輸出（ILM），具有主動(dòng)電流限制或斷路器選項(xiàng)，過(guò)流閾值 (I{LIM}) 可在 0.5A - 6A 之間調(diào)節(jié)，精度為 ±10%（(I{LIM}>1A)）。還設(shè)有可調(diào)瞬態(tài)消隱定時(shí)器（ITIMER），允許峰值電流達(dá)到 (2 ×I_{LIM})。
• 短路保護(hù)：快速跳閘響應(yīng)時(shí)間為 500ns（典型值），具有可調(diào)（(2 ×I_{LIM})）和固定閾值。

4. 其他特性

• 具有可調(diào)的欠壓鎖定閾值（UVLO）和輸出壓擺率控制（dVdt）。
• 具備過(guò)溫保護(hù)功能，當(dāng)芯片溫度超過(guò)安全范圍時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉以保護(hù)器件。
• 提供數(shù)字輸出，如優(yōu)先級(jí)電源 MUX 控制（AUXOFF）、故障指示（FLT）或電源良好指示（PG），方便系統(tǒng)監(jiān)控和控制。
• 獲得 UL 2367 認(rèn)證（文件編號(hào) E339631）和 IEC 62368 - 1 CB 認(rèn)證。
• 采用 2mm × 2mm、0.45mm 間距的 QFN 封裝，節(jié)省電路板空間。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

1. 電源 MUX/ORing

在冗余電源系統(tǒng)中，TPS25947xx 可以實(shí)現(xiàn)電源的無(wú)縫切換和 ORing 功能，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。其線性 ORing 機(jī)制能有效防止反向電流，減少電壓降和功率損耗。

2. 適配器輸入保護(hù)

保護(hù)設(shè)備免受適配器輸入電壓波動(dòng)、過(guò)壓、過(guò)流等問(wèn)題的影響，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3. USB PD 保護(hù)

適用于 PC、筆記本電腦、顯示器、擴(kuò)展塢等設(shè)備的 USB PD 端口保護(hù)，提供過(guò)流和短路保護(hù)，同時(shí)支持快速角色交換（FRS）功能。

4. 服務(wù)器、PC 主板和附加卡

為這些設(shè)備的電源系統(tǒng)提供可靠的保護(hù)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

5. 企業(yè)存儲(chǔ)

如 RAID、HBA、SAN、eSSD 等企業(yè)存儲(chǔ)設(shè)備，需要穩(wěn)定的電源供應(yīng)，TPS25947xx 可以有效保護(hù)這些設(shè)備免受電源故障的影響。

6. 患者監(jiān)護(hù)儀

在醫(yī)療設(shè)備中，對(duì)電源的穩(wěn)定性和安全性要求極高，TPS25947xx 能夠滿足這些要求，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 引腳功能與配置

TPS25947xx 具有多個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能。例如，EN/UVLO 引腳用于使能設(shè)備并調(diào)節(jié)欠壓鎖定閾值；OVLO/OVCSEL 引腳用于調(diào)節(jié)過(guò)壓鎖定閾值或選擇過(guò)壓鉗位閾值；ILM 引腳用于限制和監(jiān)測(cè)輸出電流等。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求正確配置這些引腳。

2. 過(guò)壓和欠壓保護(hù)設(shè)置

• 欠壓鎖定（UVLO）：可以通過(guò)電阻分壓器調(diào)節(jié) UVLO 閾值，確保設(shè)備在輸入電壓過(guò)低時(shí)能夠自動(dòng)關(guān)閉，保護(hù)設(shè)備安全。
• 過(guò)壓鎖定（OVLO）：對(duì)于 TPS259470x/4x 變體，可以通過(guò)電阻分壓器調(diào)節(jié) OVLO 閾值，當(dāng)輸入電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，設(shè)備會(huì)關(guān)閉輸出。

3. 浪涌電流和過(guò)流保護(hù)

• 壓擺率控制（dVdt）：通過(guò)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。計(jì)算公式為 (SR(V / ms)=frac{I{INRUSH}(mA)}{C{OUT }(mu F)}) 和 (C_{dVdt}(pF)=frac{2000}{SR(V / ms)})。
• 過(guò)流保護(hù)：通過(guò)調(diào)節(jié) ILM 引腳的電阻 (R{ILM}) 可以設(shè)置過(guò)流閾值 (I{LIM})，計(jì)算公式為 (R{ILM }(Omega)=frac{3334}{I{LIM}(A)})。同時(shí)，通過(guò) ITIMER 引腳的電容可以調(diào)節(jié)過(guò)流消隱間隔，計(jì)算公式為 (t{TIMER} (ms)=frac{Delta V{ITIMER }(V) × C{ITIMER }(nF)}{I{ITIMER }(mu A)})。

4. 布局注意事項(xiàng)

• 在 PCB 布局時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：
  • 在 IN 端子和 GND 端子之間添加 0.1μF 或更大的陶瓷去耦電容，并盡量靠近器件的 IN 和 GND 端子，以減少旁路電容連接、IN 端子和 IC 的 GND 端子形成的環(huán)路面積。
  • 高電流承載的電源路徑連接應(yīng)盡可能短，并確保能夠承載至少兩倍的滿載電流。
  • GND 端子應(yīng)通過(guò)最短的走線連接到 PCB 接地平面，建議為 eFuse 設(shè)置單獨(dú)的接地平面島，作為所有關(guān)鍵模擬信號(hào)的安靜接地參考。
  • 將 (R{ILM})、(C{dVdt})、(C_{ITIMER}) 以及用于 EN/UVLO、OVLO/OVCSEL 和 PGTH 引腳的電阻等支持組件靠近其連接引腳放置，并將組件的另一端通過(guò)最短的走線連接到器件的 GND 引腳，以減少寄生效應(yīng)。同時(shí)，要確保 ILM 引腳的寄生電容小于 50pF，以保證穩(wěn)定運(yùn)行。
  • 保護(hù)器件（如 TVS、緩沖器、電容或二極管）應(yīng)靠近需要保護(hù)的器件放置，并使用短走線以減少電感。

五、總結(jié)

TPS25947xx 系列 eFuse 以其豐富的功能、可靠的保護(hù)性能和緊湊的封裝，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的電源保護(hù)和管理解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求合理配置引腳、設(shè)置保護(hù)閾值，并注意 PCB 布局，以充分發(fā)揮該器件的優(yōu)勢(shì)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用 TPS25947xx 過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。