TPS7H2211-SP與TPS7H2211-SEP:輻射加固eFuse的深度剖析
在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域,尤其是涉及太空等輻射環(huán)境的應(yīng)用中,一款可靠的輻射加固eFuse至關(guān)重要。今天我們就來深入探討德州儀器(TI)的TPS7H2211-SP和TPS7H2211-SEP這兩款輻射加固eFuse,看看它們有哪些獨(dú)特之處。
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1. 關(guān)鍵特性
1.1 輻射耐受性
這兩款eFuse具有出色的輻射耐受性??傠婋x劑量(TID)特性可達(dá)100krad(Si),且具備100krad(Si)的輻射硬度保證。同時(shí),對單粒子效應(yīng)(SEE)進(jìn)行了全面表征,在單粒子閂鎖(SEL)、單粒子燒毀(SEB)和單粒子?xùn)艠O破裂(SEGR)方面,對線性能量轉(zhuǎn)移(LET) = 75 MeV - cm2 / mg具有免疫能力;單粒子功能中斷(SEFI)和單粒子瞬態(tài)(SET)特性也達(dá)到了LET = 75 MeV - cm2 / mg。這種強(qiáng)大的輻射耐受性使得它們在太空等輻射環(huán)境中能夠穩(wěn)定工作。
1.2 電氣性能
- 輸入電壓范圍:輸入電壓范圍為4.5V至14V,能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境。
- 低導(dǎo)通電阻:在25°C和VIN = 12V時(shí),最大導(dǎo)通電阻(RON)僅為60mΩ,有助于降低功耗。
- 高電流能力:最大連續(xù)開關(guān)電流可達(dá)3.5A,能夠滿足大多數(shù)負(fù)載的需求。
- 低控制輸入閾值:支持1.2V、1.8V、2.5V和3.3V邏輯,方便與各種控制電路接口。
1.3 保護(hù)功能
- 反向電流保護(hù)(RCP):可有效防止電流反向流動(dòng),增強(qiáng)電路的穩(wěn)定性。
- 過壓保護(hù)(OVP):當(dāng)輸入電壓超過設(shè)定值時(shí),能及時(shí)切斷電路,保護(hù)下游設(shè)備。
- 內(nèi)部電流限制:具備快速跳閘功能,可在短路等故障情況下迅速響應(yīng),保護(hù)eFuse和負(fù)載。
- 熱關(guān)斷:當(dāng)溫度過高時(shí),自動(dòng)關(guān)閉eFuse,防止器件損壞。
1.4 其他特性
- 可配置上升時(shí)間:通過軟啟動(dòng)功能,可配置輸出電壓的上升時(shí)間,減少浪涌電流。
- 封裝與溫度范圍:提供陶瓷和塑料封裝,并帶有散熱墊,適用于軍事溫度范圍(–55°C至125°C)。
2. 應(yīng)用領(lǐng)域
2.1 衛(wèi)星電力系統(tǒng)
在衛(wèi)星的電氣電源系統(tǒng)(EPS)中,TPS7H2211-SP和TPS7H2211-SEP可用于冷備用電源(冗余)、電源排序、命令和數(shù)據(jù)處理以及通信有效載荷等方面。其輻射耐受性和保護(hù)功能能夠確保衛(wèi)星在太空輻射環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。
2.2 輻射加固和耐受電源樹
在需要輻射加固和耐受的電源系統(tǒng)中,這兩款eFuse可作為關(guān)鍵組件,為整個(gè)電源樹提供可靠的保護(hù)和控制。
3. 器件選項(xiàng)
TPS7H2211有多種器件選項(xiàng)可供選擇,包括不同的輻射等級、封裝和訂購編號(hào)。例如,TPS7H2211-SP有QMLV - RHA、QMLP - RHA、QMLV等不同等級,封裝有16 - pin HKR CFP、32 - pin DAP HTSSOP等;TPS7H2211 - SEP則適用于太空增強(qiáng)塑料封裝,為不同應(yīng)用場景提供了更多選擇。
4. 引腳配置與功能
4.1 引腳功能
- VIN:開關(guān)輸入引腳,建議使用輸入旁路電容以減少VIN下降。
- EN:高電平有效開關(guān)控制輸入,不能浮空。
- OVP:過壓保護(hù)引腳,可通過外部電阻分壓器設(shè)置。若不需要OVP功能,應(yīng)將該引腳接地。
- GND:器件接地引腳。
- SS:軟啟動(dòng)(開關(guān)轉(zhuǎn)換速率控制)引腳,若不需要該功能,可將其浮空。
- VOUT:開關(guān)輸出引腳,建議使用至少10 - μF的輸出電容。
4.2 裸片信息
文檔還提供了裸片的相關(guān)信息,包括鍵合焊盤的金屬化成分、厚度、尺寸等,為芯片級設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。
5. 規(guī)格參數(shù)
5.1 絕對最大額定值
- 輸入電壓:–0.5V至16V。
- 輸出電壓:–0.5V至16V。
- 軟啟動(dòng)引腳電壓:–0.3V至16V。
- 使能和過壓保護(hù)引腳電壓:–0.3V至7.5V。
- 連續(xù)開關(guān)電流:最大5.4A。
- 脈沖開關(guān)電流:(t ≤ 5 μs)最大30A。
- 結(jié)溫:–55°C至150°C。
- 存儲(chǔ)溫度:–65°C至150°C。
5.2 ESD額定值
- 人體模型(HBM):±2000V。
- 帶電設(shè)備模型(CDM):±500V。
5.3 推薦工作條件
- 輸入電壓:4.5V至14V。
- 輸出電壓:0V至14V(設(shè)備禁用時(shí));設(shè)備啟用時(shí),最大輸出電壓等于輸入電壓。
- 使能和過壓引腳電壓:0V至7V。
- 輸入電壓轉(zhuǎn)換速率:最大0.015V/μs。
- 連續(xù)開關(guān)電流:最大3.5A。
- 工作結(jié)溫:–55°C至125°C。
5.4 熱信息
不同封裝的熱特性有所不同,例如TPS7H2211 - SP HKR(CFP)16引腳的結(jié)到環(huán)境熱阻為23°C/W,而TPS7H2211 - SEP DAP(HTSSOP)32引腳的結(jié)到環(huán)境熱阻為23.5°C/W。在設(shè)計(jì)時(shí),需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用考慮熱性能。
5.5 電氣特性
文檔詳細(xì)列出了各種電氣特性,包括電源和電流、軟啟動(dòng)、使能輸入、過壓保護(hù)、電流限制和熱關(guān)斷等方面的參數(shù)。例如,內(nèi)部VIN欠壓鎖定(UVLO)上升閾值為3.2V至3.8V,軟啟動(dòng)充電電流為65μA至83μA等。
5.6 開關(guān)特性
在不同輸入電壓下,給出了開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間、輸出電壓下降時(shí)間、過壓保護(hù)斷言時(shí)間和去斷言時(shí)間等參數(shù)。例如,在VIN = 12V時(shí),導(dǎo)通時(shí)間典型值為220μs,關(guān)斷時(shí)間典型值為41μs。
6. 詳細(xì)描述
6.1 概述
TPS7H2211是一款單通道3.5 - A eFuse,具有可編程的導(dǎo)通轉(zhuǎn)換速率(軟啟動(dòng))和過壓保護(hù)功能,同時(shí)具備反向電流保護(hù)能力,適用于功率分配應(yīng)用。
6.2 功能框圖
通過功能框圖可以清晰地看到eFuse的內(nèi)部結(jié)構(gòu),包括線性調(diào)節(jié)器、電流檢測、過流保護(hù)、控制邏輯、驅(qū)動(dòng)器等部分,有助于理解其工作原理。
6.3 特性描述
- 使能和過壓保護(hù):通過連接到EN和OVP引腳的電阻分壓器,可以設(shè)置使能和過壓跳閘點(diǎn)。EN引腳控制內(nèi)部開關(guān)FET的導(dǎo)通和關(guān)斷,OVP引腳用于過壓保護(hù),當(dāng)OVP引腳電壓超過VOVPR時(shí),開關(guān)FET將關(guān)閉。
- 電流限制:內(nèi)部電流限制用于保護(hù)eFuse免受硬短路條件的影響。當(dāng)發(fā)生短路時(shí),電流限制電路會(huì)迅速響應(yīng),將開關(guān)關(guān)閉一段時(shí)間后再重新開啟。
- 軟啟動(dòng)(可調(diào)上升時(shí)間):通過連接在VOUT和SS引腳之間的外部電容CSS,可以設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間tSS。為避免啟動(dòng)期間內(nèi)部電流限制觸發(fā)誤跳閘,輸出電壓轉(zhuǎn)換速率VOUTSR必須滿足一定條件。
- 并聯(lián)操作:TPS7H2211可以并聯(lián)配置,以增加電流能力或降低導(dǎo)通電阻。在并聯(lián)時(shí),所有引腳共享,但由于SS引腳吸收電流,計(jì)算的電容值需要加倍。
- 反向電流保護(hù):eFuse采用背對背FET結(jié)構(gòu),在開關(guān)禁用時(shí)可防止電流從VIN流向VOUT和從VOUT流向VIN。當(dāng)開關(guān)啟用時(shí),若VOUT高于VIN一定值(VRcp ENTER),開關(guān)將關(guān)閉,直到VOUT - VIN下降到VRcp EXIT以下時(shí)再重新啟用。
- 正向泄漏電流:當(dāng)VIN供電但eFuse禁用時(shí),存在從VIN到VOUT的寄生泄漏電流IF。在某些應(yīng)用中,需要考慮該泄漏電流對輸出電壓的影響,可通過使用下拉電阻來控制輸出電壓。
6.4 器件功能模式
根據(jù)EN引腳的輸入電壓,eFuse有兩種功能模式:當(dāng)V EN < V ILEN時(shí),開關(guān)關(guān)閉,VOUT為開路;當(dāng)V EN > V IHEN時(shí),開關(guān)導(dǎo)通,VOUT ≈ VIN。
7. 應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)
7.1 應(yīng)用信息
TPS7H2211具有可配置的特性,如過壓保護(hù)、軟啟動(dòng)和使能功能,同時(shí)具備反向電流保護(hù)能力,適用于多種應(yīng)用場景。
7.2 典型應(yīng)用
- 冷備用(冗余):在具有主電源和備用電源的應(yīng)用中,TPS7H2211可實(shí)現(xiàn)冷備用功能。通過控制EN引腳,可以在主電源出現(xiàn)問題時(shí)切換到備用電源。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮輸入和輸出電容、使能控制、過壓保護(hù)和軟啟動(dòng)時(shí)間等參數(shù)。
- 負(fù)載保護(hù):可用于保護(hù)負(fù)載免受上游閂鎖敏感調(diào)節(jié)器的影響。當(dāng)上游調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障時(shí),eFuse可斷開負(fù)載與調(diào)節(jié)器的連接,負(fù)載可由冗余電源供電。同樣,設(shè)計(jì)時(shí)需要合理配置電容、使能閾值、過壓保護(hù)和軟啟動(dòng)時(shí)間等參數(shù)。
7.3 電源供應(yīng)建議
TPS7H2211設(shè)計(jì)用于4.5V至14V的寬輸入電壓范圍,電源電壓必須穩(wěn)定,并使用適當(dāng)?shù)谋镜嘏月冯娙菀源_保電氣性能。在太空應(yīng)用中,通常需要使用多個(gè)輸入旁路電容,總電容比商業(yè)應(yīng)用大。
7.4 布局建議
為了獲得最佳性能,布局時(shí)應(yīng)盡量縮短所有走線長度,將輸入和輸出電容靠近器件放置,以減少寄生走線電感的影響。使用寬走線用于VIN、VOUT和GND,以降低寄生電氣效應(yīng)。特別注意縮短CSS電容在VOUT和SS之間的連接長度,以減少雜散電感。同時(shí),使用熱過孔連接散熱墊,確保器件在故障條件下保持在允許的溫度范圍內(nèi)。
8. 器件與文檔支持
8.1 文檔支持
提供了相關(guān)的文檔,如總電離劑量(TID)輻射報(bào)告、單粒子效應(yīng)(SEE)輻射報(bào)告、評估模塊用戶指南等,為工程師的設(shè)計(jì)和測試提供了全面的參考。
8.2 接收文檔更新通知
可通過ti.com上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾注冊,接收文檔更新的每周摘要通知。
8.3 支持資源
TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速、可靠答案和設(shè)計(jì)幫助的重要來源。
8.4 靜電放電注意事項(xiàng)
該集成電路容易受到靜電放電(ESD)的損壞,因此在處理和安裝時(shí)需要采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。
總結(jié)
TPS7H2211 - SP和TPS7H2211 - SEP是兩款性能出色的輻射加固eFuse,具有強(qiáng)大的輻射耐受性、豐富的保護(hù)功能和可配置特性,適用于衛(wèi)星等輻射環(huán)境下的多種應(yīng)用。在設(shè)計(jì)時(shí),工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求,合理選擇器件選項(xiàng)、配置引腳參數(shù),并注意布局和電源供應(yīng)等方面的問題。通過充分利用其特性和文檔支持,能夠設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的電源系統(tǒng)。你在使用類似eFuse的過程中遇到過哪些問題呢?歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。
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