TPS25924x eFuse：高效電路保護(hù)與電源管理解決方案

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電路保護(hù)和電源管理至關(guān)重要。德州儀器（TI）的TPS25924x系列eFuse就是這樣一款高度集成的解決方案，為各類應(yīng)用提供了可靠的保護(hù)和管理功能。今天我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

TPS25924x系列eFuse是一個高度集成的電路保護(hù)和電源管理解決方案，采用小巧的封裝。它使用較少的外部組件，提供多種保護(hù)模式，能有效抵御過載、短路、電壓浪涌、過大的浪涌電流和反向電流等問題。該系列包括TPS259240和TPS259241兩款產(chǎn)品，它們在故障響應(yīng)模式上有所不同，TPS259240為鎖存模式，TPS259241為自動重試模式。

二、產(chǎn)品特性

（一）電氣性能

1. 寬工作電壓范圍：工作電壓 (V{OPERATING}) 為4.5 V至13.8 V，絕對最大電壓 (V{ABSMAX}) 可達(dá)20 V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
2. 集成低電阻MOSFET：集成了28 - mΩ的導(dǎo)通電阻的Pass MOSFET，降低了功率損耗。
3. 可調(diào)電流限制：電流限制 (I_{LIMIT}) 可在1 - A至5 - A之間調(diào)節(jié)，在3.7 A時，電流限制精度為±8%。
4. 過壓保護(hù)：具有固定的15 - V過壓鉗位功能，能有效保護(hù)負(fù)載免受過高電壓的損害。
5. 反向電流阻斷：支持反向電流阻斷，防止電流反向流動對電路造成損壞。

（二）其他特性

1. 可編程輸出壓擺率：通過連接一個電容到dV/dT引腳，可以控制輸出電壓的壓擺率，滿足特定的電壓斜坡要求。
2. 欠壓鎖定（UVLO）：可通過外部電阻分壓器編程不同的UVLO觸發(fā)點，確保設(shè)備在合適的電壓下工作。
3. 內(nèi)置熱關(guān)斷：當(dāng)設(shè)備溫度超過150°C時，熱關(guān)斷電路會關(guān)閉內(nèi)部MOSFET，保護(hù)設(shè)備免受過熱損壞。
4. 安全認(rèn)證：獲得UL 2367認(rèn)證（文件編號E339631），在單點故障測試（UL60950）中表現(xiàn)安全。
5. 小尺寸封裝：采用10引腳（3 mm x 3 mm）的VSON封裝，節(jié)省電路板空間。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

TPS25924x適用于多種應(yīng)用場景，包括：

1. 適配器供電設(shè)備：如筆記本電腦、平板電腦等，為設(shè)備提供可靠的電源保護(hù)。
2. 硬盤和固態(tài)硬盤驅(qū)動器：保護(hù)存儲設(shè)備免受電源波動的影響。
3. 機(jī)頂盒：確保機(jī)頂盒的穩(wěn)定運(yùn)行。
4. 服務(wù)器和輔助電源：為服務(wù)器提供電源管理和保護(hù)。
5. 風(fēng)扇控制：控制風(fēng)扇的電源供應(yīng)，保證風(fēng)扇的正常運(yùn)行。
6. PCI/PCIe卡：為PCI/PCIe卡提供電源保護(hù)和管理。

四、詳細(xì)功能描述

（一）工作原理

TPS25924x通過監(jiān)測VIN總線來啟動工作。當(dāng)VIN超過欠壓鎖定閾值 (V{UVR}) 時，設(shè)備會采樣EN/UVLO引腳。如果該引腳為高電平，內(nèi)部MOSFET將被啟用，電流從VIN流向OUT。在啟動成功后，設(shè)備會持續(xù)監(jiān)測負(fù)載電流和輸入電壓，確?？烧{(diào)過載電流限制 (I{OL}) 不被超過，并將輸入電壓尖峰安全鉗位到 (V_{OVC}) 水平。

（二）引腳功能

1. BFET：連接到外部NFET的柵極，用于在VIN電源故障時斷開輸入電源與系統(tǒng)的連接。
2. dV/dT：通過連接一個電容到GND來控制輸出電壓在電源開啟時的壓擺率。
3. EN/UVLO：具有雙重功能，既可以作為使能引腳控制內(nèi)部MOSFET的開關(guān)，也可以作為UVLO引腳通過外部電阻分壓器編程不同的UVLO觸發(fā)點。
4. ILIM：通過連接一個電阻到GND來設(shè)置過載和短路電流限制。
5. OUT：設(shè)備的輸出引腳。
6. VIN：輸入電源電壓引腳。

（三）故障處理

當(dāng)設(shè)備溫度超過熱關(guān)斷閾值 (T{SHDN}) 時，內(nèi)部MOSFET會關(guān)閉，斷開負(fù)載與電源的連接。對于TPS259240，輸出將保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，直到設(shè)備電源循環(huán)或EN/UVLO引腳被切換；對于TPS259241，設(shè)備會在溫度下降到 (T{SHDN}-10^{circ}C) 以下后嘗試重新啟動。

五、應(yīng)用與實現(xiàn)

（一）設(shè)計步驟

在使用TPS25924x進(jìn)行設(shè)計時，可以按照以下步驟選擇組件值：

1. 編程電流限制閾值：通過 (R{ILIM}) 電阻設(shè)置過載電流限制 (I{OL})，計算公式為 (R{ILIM}=frac{I{LIMIT}-0.7}{3 × 10^{-5}})。
2. 設(shè)置欠壓鎖定閾值：通過外部電阻分壓器 (R{1}) 和 (R{2}) 調(diào)整欠壓鎖定（UVLO）觸發(fā)點，計算公式為 (V{(UV)}=frac{R{1}+R{2}}{R{2}} × V_{ENR})。
3. 設(shè)置輸出電壓斜坡時間：根據(jù)系統(tǒng)電容和負(fù)載情況，選擇合適的 (C_{dVdT}) 電容來控制輸出電壓的斜坡時間，避免啟動時熱關(guān)斷。

（二）典型應(yīng)用

1. 簡單3.7 - A eFuse保護(hù)用于機(jī)頂盒：通過合理選擇 (R{ILIM})、(R{1})、(R{2}) 和 (C{dVdT}) 等組件，為機(jī)頂盒提供可靠的電源保護(hù)。
2. 保持電容應(yīng)用的浪涌和反向電流保護(hù)（如SSD）：通過連接外部NFET和設(shè)置合適的參數(shù)，防止反向電流和浪涌電流對SSD造成損壞。
3. 使用TPS25924x進(jìn)行受控電源關(guān)閉：利用BFET引腳實現(xiàn)快速輸出放電功能，確保負(fù)載完全關(guān)閉，避免處于未定義的操作狀態(tài)。

六、電源供應(yīng)建議與布局

（一）電源供應(yīng)建議

1. 設(shè)備設(shè)計用于4.5 V至18 V的電源電壓范圍。如果輸入電源距離設(shè)備較遠(yuǎn)，建議使用大于0.1 μF的輸入陶瓷旁路電容。
2. 電源的額定電流應(yīng)高于設(shè)置的電流限制，以避免在過流和短路情況下出現(xiàn)電壓下降。

（二）布局指南

1. 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，對于熱插拔應(yīng)用，可根據(jù)情況減少或消除該電容。
2. 去耦電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備的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。
3. 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。
4. GND端子應(yīng)連接到PCB的接地平面，PCB接地應(yīng)為銅平面或島上的銅箔。
5. 所有支持組件（如 (R{ILIM})、(C{dVdT}) 和EN/UVLO的電阻）應(yīng)靠近其連接引腳，并以最短的走線長度連接到設(shè)備的GND引腳。
6. 保護(hù)設(shè)備（如TVS、緩沖器、電容或二極管）應(yīng)物理上靠近它們要保護(hù)的設(shè)備，并使用短走線以減少電感。

七、總結(jié)

TPS25924x系列eFuse是一款功能強(qiáng)大、性能可靠的電路保護(hù)和電源管理解決方案。它具有寬工作電壓范圍、可調(diào)電流限制、過壓保護(hù)、反向電流阻斷等多種特性，適用于多種應(yīng)用場景。在設(shè)計過程中，合理選擇組件值和優(yōu)化布局可以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。電子工程師們在實際應(yīng)用中可以根據(jù)具體需求，充分發(fā)揮TPS25924x的優(yōu)勢，為產(chǎn)品提供可靠的電源保護(hù)和管理。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。