深入解析 TPS25923x 5-V eFuse：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電路保護(hù)和電源管理至關(guān)重要。德州儀器（TI）的 TPS25923x 系列 eFuse 為我們提供了一個(gè)高度集成的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品特性

基本參數(shù)與集成度

TPS25923x 是一款 5-V eFuse，其 (V{ABSMAX}=20 V)，集成了 28-mΩ 的 Pass MOSFET，能在一定程度上降低導(dǎo)通損耗。它擁有固定的 6.1-V 過壓鉗位功能，可有效保護(hù)后續(xù)電路免受過壓損壞。電流限制（(I{LIMIT})）可在 1-A 到 5-A 之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且在 3.7A 時(shí)，(I_{LIMIT}) 精度可達(dá) ±8%。

保護(hù)功能強(qiáng)大

它支持反向電流阻斷，能防止電流反向流動(dòng)，保護(hù)電路安全。還具備可編程的輸出壓擺率（dV/dT）和欠壓鎖定（UVLO）功能，可根據(jù)實(shí)際需求對(duì)輸出電壓的上升速率和欠壓保護(hù)閾值進(jìn)行設(shè)置。內(nèi)置的熱關(guān)斷功能，當(dāng)芯片溫度超過閾值（通常為 150°C）時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉內(nèi)部 MOSFET，避免因過熱損壞。該產(chǎn)品還通過了 UL 2367 認(rèn)證（文件編號(hào) E339631），且在單點(diǎn)故障測(cè)試（UL60950）中表現(xiàn)安全。

封裝優(yōu)勢(shì)

采用 10L（3 mm x 3 mm）VSON 小封裝，節(jié)省電路板空間，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

應(yīng)用領(lǐng)域

多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用

TPS25923x 適用于多種設(shè)備，如適配器供電設(shè)備、硬盤驅(qū)動(dòng)器（HDD）和固態(tài)硬盤（SSD）、機(jī)頂盒、服務(wù)器/AUX 電源、風(fēng)扇控制以及 PCI/PCIe 卡等。在這些應(yīng)用中，它可以有效地保護(hù)電路免受各種故障的影響，提高系統(tǒng)的可靠性。

規(guī)格參數(shù)詳細(xì)解讀

絕對(duì)最大額定值

在使用 TPS25923x 時(shí)，需注意其絕對(duì)最大額定值。例如，輸入電壓 (V{IN}) 的最大耐受值在瞬態(tài)（10 ms）時(shí)為 20 V，輸出電壓在瞬態(tài)（< 1 μs）時(shí)最大為 (V{IN}+0.3 V)。超出這些額定值可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。

ESD 評(píng)級(jí)

該器件的人體模型（HBM）靜電放電（ESD）評(píng)級(jí)為 ±2000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ±500 V。在實(shí)際操作中，要注意靜電防護(hù)，避免因靜電導(dǎo)致器件損壞。

推薦工作條件

推薦的輸入電壓范圍為 4.5 - 5.5 V，連續(xù)輸出電流最大為 5 A。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)確保器件工作在這些推薦條件下，以保證其性能和可靠性。

電氣特性

不同參數(shù)在特定測(cè)試條件下的表現(xiàn)也很關(guān)鍵。例如，UVLO 閾值上升（(V{UVR})）典型值為 4.3 V，過壓鉗位（(V{OVC})）在不同溫度和負(fù)載條件下也有相應(yīng)的取值范圍。這些參數(shù)對(duì)于準(zhǔn)確設(shè)計(jì)和使用 TPS25923x 至關(guān)重要。

工作原理與功能模塊

啟動(dòng)與控制

TPS25923x 通過監(jiān)測(cè) (V{IN}) 總線啟動(dòng)工作。當(dāng) (V{IN}) 超過欠壓鎖定閾值（(V{UVR})）時(shí)，會(huì)對(duì) EN/UVLO 引腳進(jìn)行采樣。若該引腳為高電平，內(nèi)部 MOSFET 開啟，電流從 (V{IN}) 流向 OUT。若 EN/UVLO 引腳為低電平（低于 (V_{ENF})），則內(nèi)部 MOSFET 關(guān)閉。用戶還可以通過在 dV/dT 引腳和 GND 之間連接電容來調(diào)整輸出電壓的上升時(shí)間。

運(yùn)行監(jiān)測(cè)與保護(hù)

在啟動(dòng)成功后，器件會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載電流和輸入電壓，確保可調(diào)節(jié)的過載電流限制 (I{OL}) 不被超過，同時(shí)將輸入電壓尖峰安全鉗位到 (V{OVC}) 水平。此外，內(nèi)置的熱傳感器會(huì)在器件溫度超過 (T{SHDN})（通常為 150°C）時(shí)，關(guān)閉內(nèi)部 MOSFET，斷開負(fù)載與電源的連接。對(duì)于 TPS259230，輸出會(huì)一直保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，直到電源重啟或 EN/UVLO 引腳進(jìn)行切換；而 TPS259231 會(huì)在溫度降至 (T{SHDN}-10°C) 后嘗試重啟。

快速跳閘機(jī)制

在瞬態(tài)短路事件中，電流會(huì)迅速增加。由于電流限制放大器的帶寬有限，無(wú)法快速響應(yīng)，因此 TPS25923x 采用了快速跳閘比較器。當(dāng) (I{OUT}>I{FASTRIP})（(I{FASTRIP}=1.6×I{OL})）時(shí)，快速跳閘比較器會(huì)迅速關(guān)閉開關(guān)器件，終止快速短路峰值電流。之后，電流限制放大器會(huì)將輸出電流平穩(wěn)調(diào)節(jié)到 (I_{OL})。

典型應(yīng)用示例

機(jī)頂盒的 eFuse 保護(hù)

對(duì)于機(jī)頂盒應(yīng)用，可設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的 3.7-A eFuse 保護(hù)電路。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的組件值。例如，通過 (R{ILIM}) 電阻設(shè)置過載電流限制，使用外部電阻分壓器調(diào)整欠壓鎖定（UVLO）跳閘點(diǎn)。同時(shí)，要根據(jù)負(fù)載情況和電容值計(jì)算啟動(dòng)時(shí)的涌流和功耗，選擇合適的 (C{dVdT}) 電容來控制輸出電壓的上升時(shí)間，避免熱關(guān)斷。

SSD 的浪涌和反向電流保護(hù)

在固態(tài)硬盤（SSD）應(yīng)用中，TPS25923x 可用于提供浪涌和反向電流保護(hù)。通過設(shè)置合適的 (R{ILIM}) 電阻和 UVLO 跳閘點(diǎn)，選擇合適的 (C{dVdT}) 電容來控制啟動(dòng)時(shí)間，確保器件在啟動(dòng)和運(yùn)行過程中的安全性。同時(shí)，利用 BFET 引腳連接外部 NFET，在 (V_{IN}) 電源故障時(shí)斷開輸入電源與系統(tǒng)的連接，防止反向電流流動(dòng)。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

電源推薦

TPS25923x 設(shè)計(jì)用于 4.5 - 18 V 的電源電壓范圍。若輸入電源與器件距離較遠(yuǎn)，建議使用大于 0.1 μF 的輸入陶瓷旁路電容。電源的額定電流應(yīng)大于設(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。

瞬態(tài)保護(hù)

在短路和過載電流限制時(shí)，器件中斷電流會(huì)導(dǎo)致輸入和輸出產(chǎn)生電壓尖峰。為了減少這些瞬態(tài)影響，可以采取一些措施，如減小引線長(zhǎng)度和電感、使用大的 PCB GND 平面、在輸出端跨接肖特基二極管吸收負(fù)尖峰，以及使用低價(jià)值的陶瓷電容器吸收能量和抑制瞬態(tài)。在某些應(yīng)用中，可能還需要添加瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）。

電路布局

合理的 PCB 布局對(duì)于 TPS25923x 的性能至關(guān)重要。在 IN 端子和 GND 之間建議使用 0.01-μF 或更大的陶瓷去耦電容，且應(yīng)盡可能靠近器件的 IN 和 GND 端子放置，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。高電流承載的電源路徑連接應(yīng)盡可能短，并且尺寸應(yīng)能承載至少兩倍的滿載電流。GND 端子應(yīng)連接到 PCB 接地平面。所有支持組件（如 (R{ILIM})、(C{dVdT}) 和 EN/UVLO 電阻）應(yīng)靠近其連接引腳放置，并以最短的走線長(zhǎng)度連接到器件的 GND 引腳。保護(hù)器件應(yīng)靠近被保護(hù)的器件放置，以減少電感。

總結(jié)

TPS25923x 系列 eFuse 憑借其豐富的功能、強(qiáng)大的保護(hù)性能和小封裝優(yōu)勢(shì)，在眾多電子設(shè)備的電路保護(hù)和電源管理中具有廣泛的應(yīng)用前景。作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中需要充分了解其特性和規(guī)格，合理選擇組件值，注意電源推薦、瞬態(tài)保護(hù)和電路布局等要點(diǎn)，以確保設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的電路系統(tǒng)。你在使用類似 eFuse 產(chǎn)品時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。