TPS25751：高性能USB Type - C與USB PD控制器的全方位解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，USB Type - C和USB PD技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。德州儀器（TI）推出的TPS25751是一款針對電源應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化且具有集成電源開關(guān)的USB Type - C和USB PD控制器，它為設(shè)計人員提供了全面且強(qiáng)大的解決方案。這篇文章將深入探討TPS25751的特性、應(yīng)用、技術(shù)規(guī)格以及設(shè)計要點(diǎn)。

文件下載：tps25751.pdf

特性亮點(diǎn)

強(qiáng)大的認(rèn)證與兼容性

TPS25751的PD控制器已通過USB - IF的PD3.1認(rèn)證，這意味著在認(rèn)證新的USB PD設(shè)計時可放心使用，大大提高了產(chǎn)品的兼容性和可靠性。同時，它還支持多種應(yīng)用場景，涵蓋了電動工具、移動電源、零售和支付設(shè)備，以及無線揚(yáng)聲器、無線真空吸塵器等個人電子產(chǎn)品和工業(yè)應(yīng)用，還能用于家庭醫(yī)療保健和個人健康與健身設(shè)備。

集成化與易用性

該控制器是一款高度集成的獨(dú)立式解決方案，集成了完全管理的電源路徑和強(qiáng)大的保護(hù)功能，能夠提供完整的USB - C PD解決方案。此外，它還集成了對外部電池充電器IC的控制功能，可顯著提高易用性并縮短產(chǎn)品面市時間。基于網(wǎng)絡(luò)的直觀GUI更是一大亮點(diǎn)，通過簡單的方框圖和多選題了解用戶的應(yīng)用需求，最終為用戶創(chuàng)建配置映像，相比同類USB PD解決方案，大大簡化了配置流程。

豐富的功能集成

• 可編程電源（PPS）支持：支持PPS作為供電端和受電端，還具備獨(dú)立PPS供電端控制TI電池充電器，以及用于PPS受電端的可編程接口，為電源管理提供了更多的靈活性。
• 液體檢測功能：可直接在Type - C連接器上進(jìn)行測量，并集成了錯誤處理和保護(hù)機(jī)制，有效提高了設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。
• 全面的電源開關(guān)與保護(hù)：集成了5V、3A、36mΩ電源開關(guān)（TPS25751S和TPS25751D），以及20V、5A、16mΩ雙向負(fù)載開關(guān)（僅TPS25751D）。同時，具備集成式反向電流保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)和壓擺率可控制高壓雙向電源路徑，還能為5V/3A拉電流電源路徑提供浪涌電流保護(hù)，連接到不兼容的器件時，26V耐壓CC引腳可提供強(qiáng)大的保護(hù)。

應(yīng)用場景

電源管理應(yīng)用

• 單一端口電源設(shè)計：對于支持Power Provider（Source）和Power Consumer（Sink）的設(shè)計，TPS25751是理想選擇。它可以通過I2C接口從外部EEPROM下載預(yù)配置的固件，實(shí)現(xiàn)對電源的精確管理。通過Web工具，還能根據(jù)特定的PD充電架構(gòu)要求和數(shù)據(jù)角色對固件配置進(jìn)行定制，同時還能集成對部分電池充電器產(chǎn)品（BQ）的控制。
• 可編程電源供應(yīng)（PPS）：在PPS應(yīng)用中，TPS25751D - PPHV和TPS25751S - PPEXT可滿足60W/100W的電源需求，支持5V - 21V（20mV步進(jìn)）的VBUS電壓和3A/5A（50mA步進(jìn)）的電流，為直接充電應(yīng)用提供了穩(wěn)定的電源支持。

其他應(yīng)用功能

• 液體檢測：便攜式Type - C和PD應(yīng)用容易受到液體的影響，導(dǎo)致連接器腐蝕或系統(tǒng)損壞。TPS25751利用內(nèi)置的內(nèi)部ADC和GPIO與外部電路配合，支持液體檢測功能。當(dāng)檢測到液體時，它會采取措施保護(hù)Type - C端口，并可通過主機(jī)接口向嵌入式控制器發(fā)出通知。
• BC1.2支持：支持BC1.2檢測和廣告模式，可通過Web工具進(jìn)行配置。PD控制器通過連接USB D +和D - 引腳，為充電數(shù)據(jù)端口應(yīng)用提供BC1.2檢測和廣告功能。
• USB數(shù)據(jù)支持：支持高達(dá)USB 3.2 Gen 2的USB數(shù)據(jù)速度。在進(jìn)入USB枚舉時，它可以通過GPIO控制USB SuperSpeed Mux（TUSB1142），實(shí)現(xiàn)對USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂啤?/li>

技術(shù)規(guī)格

絕對最大額定值

不同型號的TPS25751在電壓、電流和溫度等方面都有明確的絕對最大額定值。例如，輸入電壓范圍在不同引腳有所不同，PP5V的范圍為 - 0.3V至6V，VIN3V3為 - 0.3V至4V等。這些額定值界定了器件的安全工作范圍，設(shè)計時需嚴(yán)格遵守，否則可能導(dǎo)致器件永久損壞。

推薦工作條件

同樣，對于不同型號，也給出了推薦的工作條件，包括輸入電壓范圍、輸出電壓范圍、輸出電流等。例如，VIN 3V3的推薦范圍為3.0V至3.6V，PP5V為4.9V至5.5V等。在這些條件下工作，能確保器件的性能和可靠性。

熱性能信息

文檔中還提供了詳細(xì)的熱性能信息，如TPS25751D和TPS25751S的熱阻等參數(shù)。了解這些信息對于設(shè)計散熱方案至關(guān)重要，確保器件在高溫環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。

其他性能參數(shù)

還包含了電源開關(guān)特性、CC電纜檢測參數(shù)、CC VCONN參數(shù)、CC PHY參數(shù)等一系列性能參數(shù)，為設(shè)計人員提供了全面的參考依據(jù)。

設(shè)計要點(diǎn)

電源供應(yīng)

• 3.3 - V電源：VIN_3V3輸入是TPS25751的主要電源，VIN_3V3開關(guān)是一個單向開關(guān)，確保電流只能從VIN_3V3流向LDO_3V3。推薦在VIN3V3引腳和GND引腳之間連接電容$C{VIN_3V3}$ ，以保證電源的穩(wěn)定性。
• 1.5 - V電源：內(nèi)部電路由1.5V供電，通過1.5V LDO將LDO_3V3的電壓降至1.5V。同樣，需要在LDO_1V5引腳和GND引腳之間連接推薦的電容$CLDO_1V5$ 。

布局設(shè)計

• TPS25751D：布局時需遵循一些準(zhǔn)則，如使用合適的過孔尺寸和最小走線寬度，以確保信號完整性和散熱性能。對于不同的引腳和電源平面，如LDO_1V5、LDO_3V3、VIN_3V3、CC1、CC2、PP5V、PPHV、VBUS等，都有特定的組件放置和布線要求。
• TPS25751S：與TPS25751D類似，也有相應(yīng)的布局準(zhǔn)則和組件放置要求，如對于LDO_1V5、LDO_3V3、VIN_3V3、CC1、CC2、PP5V、PP_EXT、VBUS等引腳和電源平面的處理。

結(jié)語

TPS25751作為一款高性能的USB Type - C和USB PD控制器，憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場景和詳細(xì)的技術(shù)規(guī)格，為電子工程師提供了一個強(qiáng)大而可靠的解決方案。在設(shè)計過程中，充分了解其特性和設(shè)計要點(diǎn)，能夠幫助我們更好地發(fā)揮其性能，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源管理和數(shù)據(jù)傳輸。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否也遇到過類似的控制器呢？它們又有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。