TPS22981：3.3 - 18V Thunderbolt? 電源多路復(fù)用器設(shè)計(jì)指南

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效且可靠的電源切換和電流控制至關(guān)重要。TI 的 TPS22981 電源多路復(fù)用器專為 Thunderbolt? 和 Thunderbolt II? 應(yīng)用而設(shè)計(jì)，能夠在不同電壓源之間實(shí)現(xiàn)無縫切換，為設(shè)備提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。本文將深入介紹 TPS22981 的特性、應(yīng)用、設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及布局建議，幫助電子工程師更好地理解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

TPS22981 是一款電流受限的電源多路復(fù)用器，可從低電壓電源（3V - 3.6V）或高電壓電源（4.5V - 19.8V）為外圍設(shè)備提供連接。通過數(shù)字控制信號選擇所需的輸出，適用于筆記本電腦、臺(tái)式電腦和電源管理系統(tǒng)等多種應(yīng)用場景。

產(chǎn)品特性

• 寬電壓范圍：支持 3.3V 供電，以及 4.5V - 19.8V 的高電壓開關(guān)和 3V - 3.6V 的開關(guān)。
• 可調(diào)電流限制：通過外部電阻設(shè)置高電壓（VHV）和低電壓（V3P3）開關(guān)的電流限制，確保設(shè)備在安全電流范圍內(nèi)運(yùn)行。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫達(dá)到 110 - 130°C 時(shí)，設(shè)備進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)，防止過熱損壞。
• 先通后斷開關(guān)：實(shí)現(xiàn)從低電壓到高電壓的無縫過渡，減少電壓下降和直通電流。
• 反向電流阻斷：防止電流回流，保護(hù)電源和設(shè)備安全。

二、應(yīng)用場景

筆記本電腦和臺(tái)式電腦

在電腦系統(tǒng)中，TPS22981 可用于電源管理，實(shí)現(xiàn)不同電壓源之間的切換，為外設(shè)提供穩(wěn)定的電源。例如，在 Thunderbolt 接口中，可根據(jù)需要在 3.3V 和高電壓之間切換，滿足不同設(shè)備的供電需求。

電源管理系統(tǒng)

在電源管理系統(tǒng)中，TPS22981 可用于控制電源的分配和切換，提高電源的利用效率和可靠性。

三、詳細(xì)功能解析

電流限制功能

TPS22981 的高電壓和 V3P3 電源電流限制均可通過外部電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。VHV 路徑有兩種模式，可通過 S0 引腳選擇不同的電流限制，滿足不同工作模式（如活動(dòng)和睡眠）的需求。

電流限制閾值計(jì)算

通過公式 (R{SET}=frac{40 k Omega × Amps }{I{LIMTYP }}) 可以計(jì)算出設(shè)置典型電流限制所需的外部電阻值。同時(shí)，根據(jù)不同的 (R_{SET}) 值，可確定最小和最大電流限制。

最大電流限制閾值

為防止 ISET 引腳短路時(shí)出現(xiàn)過大電流，TPS22981 設(shè)有最大電流限制 (I{LIMVHVMAX}) 和 (I{LIM3P3MAX})。

過渡延遲

在設(shè)備從 VHV 切換到 V3P3 時(shí)，會(huì)出現(xiàn)過渡延遲。在此期間，電源開關(guān)會(huì)關(guān)閉，直到輸出電壓接近 V3P3 電壓。如果有負(fù)載，輸出電壓可能會(huì)降至接近 0V，然后再恢復(fù)到 3.3V。

數(shù)字控制信號

OUT 引腳的電壓由 EN 和 HV_EN 兩個(gè)輸入數(shù)字邏輯信號控制。HV_EN 控制 VHV 開關(guān)的狀態(tài)，EN 控制 V3P3 開關(guān)的狀態(tài)。

過流限制和短路保護(hù)

當(dāng)負(fù)載試圖吸取超過外部 (R_{SET}) 電阻設(shè)置的電流限制時(shí)，設(shè)備將進(jìn)入恒流模式，降低輸出電壓。所有短路情況都被視為過流情況，設(shè)備將限制輸出電流，直到熱關(guān)斷或短路情況消除。

反向電流保護(hù)

當(dāng) V3P3 電源出現(xiàn)反向電流時(shí)，V3P3 電源開關(guān)將打開，同時(shí)觸發(fā)放電電流源，將輸出電壓降至接近 V3P3 電壓。

反向電流阻斷

VHV 開關(guān)在關(guān)閉時(shí)可阻止電流從 OUT 流向 VHV。

熱關(guān)斷

當(dāng)結(jié)溫達(dá)到 (T_{SD}) 時(shí)，設(shè)備進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)。結(jié)溫下降 10°C 后，設(shè)備將恢復(fù)之前的狀態(tài)。

四、設(shè)計(jì)與應(yīng)用要點(diǎn)

典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)使用 TPS22981 時(shí)，需要確保所有并行輸出、電源和接地引腳都正確連接。根據(jù)所需的電流限制，使用公式確定 (RSET_S0)、(RSET_S3) 和 (RSET_V3P3) 的值。如果使用 FAULTZ 輸出，需在 FAULTZ 和 V3P3 之間連接一個(gè)最小 30kΩ 的電阻。

電源供應(yīng)建議

電源供應(yīng)的電流能力應(yīng)與所選的最大電流限制水平相匹配。VHV 和 V3P3 必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜ヱ睿ㄗh在 V3P3 引腳附近連接一個(gè)最小 0.1μF 的接地電容。同時(shí)，要注意 VHV 線路中的電感，避免在負(fù)載斷開時(shí)出現(xiàn)過壓情況。

布局指南

• 確保 OUT、V3P3 和 V3P3OUT 引腳的去耦電容直接連接到堅(jiān)實(shí)的接地平面或接地連接，并盡可能靠近各自的引腳。
• 路由 VHV 輸入，以最小化電源源和 VHV 引腳之間的總電感。
• 檢查布局走線寬度，確保其具有足夠的載流能力和合適的電阻壓降。

五、總結(jié)

TPS22981 是一款功能強(qiáng)大的電源多路復(fù)用器，具有寬電壓范圍、可調(diào)電流限制、熱關(guān)斷保護(hù)等多種特性，適用于多種應(yīng)用場景。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，電子工程師需要根據(jù)具體需求合理設(shè)置電流限制、選擇合適的電源供應(yīng)和進(jìn)行正確的布局，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。通過深入理解 TPS22981 的功能和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，工程師可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為電子設(shè)備的電源管理提供可靠的解決方案。

你在設(shè)計(jì)過程中是否遇到過類似電源切換和電流控制的問題？你對 TPS22981 的應(yīng)用有什么獨(dú)特的見解嗎？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。