深入解析TPS25927x：高性能eFuse的設計與應用

在電子設計領域，電路保護和電源管理至關重要。TPS25927x系列eFuse作為一款高度集成的解決方案，為工程師們提供了可靠的電路保護和電源管理功能。今天，我們就來深入探討一下TPS25927x的特點、應用以及設計要點。

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產品概述

TPS25927x是德州儀器（TI）推出的一款eFuse，具有4.5V至18V的保護范圍，集成了28mΩ的Pass MOSFET，絕對最大電壓可達20V。它支持1A至5A的可調電流限制（(I{LIMIT})），在3.7A時的(I{LIMIT})精度為±8%，還具備反向電流阻斷功能。此外，該器件還支持可編程的輸出擺率（OUT Slew Rate）和欠壓鎖定（UVLO），內置熱關斷功能，并且通過了UL 2367認證。

產品特性

寬電壓保護范圍

TPS25927x能夠在4.5V至18V的電壓范圍內提供可靠的保護，絕對最大電壓可達20V，適用于多種電源應用。

可調電流限制

通過一個外部電阻，用戶可以輕松設置過載和短路電流限制，范圍為1A至5A，并且在3.7A時的精度為±8%，確保了精確的電流控制。

反向電流阻斷

支持反向電流阻斷功能，能夠防止電流從負載流向電源，保護電路免受反向電流的影響。

可編程輸出擺率和UVLO

用戶可以通過連接一個電容到dV/dT引腳來控制輸出電壓的上升速率，同時還可以通過EN/UVLO引腳設置欠壓鎖定閾值，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。

熱關斷保護

內置熱關斷功能，當器件溫度超過150°C時，會自動關閉內部MOSFET，防止器件過熱損壞。

小封裝設計

采用10引腳（3mm x 3mm）的VSON封裝，占用空間小，適合高密度電路板設計。

應用領域

TPS25927x廣泛應用于各種電子設備中，包括：

• 硬盤（HDD）和固態(tài)硬盤（SSD）驅動器：保護電源電路，防止過流和短路損壞。
• 機頂盒：提供可靠的電源管理和電路保護。
• 服務器和輔助電源：確保電源的穩(wěn)定性和可靠性。
• 風扇控制：控制風扇的電流和電壓，提高風扇的效率和壽命。
• PCI/PCIe卡：保護PCI/PCIe接口的電源電路。
• 適配器供電設備：為適配器供電的設備提供保護和電源管理。

引腳配置與功能

設計要點

電流限制設置

通過在ILIM引腳連接一個電阻到GND，可以設置過載和短路電流限制。計算公式為： [I{OL} = (0.7 + 3 × 10^{-5} × R{ILIM})] 其中，(I{OL})為過載電流限制，(R{ILIM})為ILIM引腳連接的電阻值。

輸出電壓上升速率控制

通過在dV/dT引腳連接一個電容到GND，可以控制輸出電壓的上升速率。計算公式為： [frac{dV{OUT}}{dt} = frac{dV{dT} × GAIN{dVdT}}{C{dVdT} + C{INT}}] 其中，(frac{dV{OUT}}{dt})為輸出電壓的上升速率，(dV{dT})為dV/dT引腳的電壓，(GAIN{dVdT})為dV/dT到OUT的增益，(C{dVdT})為連接到dV/dT引腳的電容值，(C{INT})為內部電容值。

欠壓鎖定設置

通過在EN/UVLO引腳連接一個電阻分壓器，可以設置欠壓鎖定閾值。計算公式為： [V{(UV)} = frac{R{1} + R{2}}{R{2}} × V{ENR}] 其中，(V{(UV)})為欠壓鎖定閾值，(R{1})和(R{2})為電阻分壓器的電阻值，(V_{ENR})為使能電壓上升閾值。

熱關斷保護

當器件溫度超過150°C時，熱關斷電路會自動關閉內部MOSFET，防止器件過熱損壞。在TPS259270中，輸出將保持斷開狀態(tài)，直到電源重啟或EN/UVLO引腳被切換；而在TPS259271中，器件會在溫度下降到(T_{SHDN} - 10°C)后嘗試重新啟動。

應用示例

簡單2.1A eFuse保護電路

設計步驟

1. 編程電流限制閾值：根據(jù)公式(R{ILIM} = frac{I{OL} - 0.7}{3 × 10^{-5}})，計算得到(R_{ILIM} = 45.3kΩ)，選擇最接近的標準值電阻，公差為1%。
2. 設置欠壓鎖定設置點：使用外部電阻分壓器(R{1})和(R{2})來調整欠壓鎖定（UVLO）跳閘點。計算公式為(V{(UV)} = frac{R{1} + R{2}}{R{2}} × V{ENR})，其中(V{ENR} = 1.4V)為使能電壓上升閾值。對于默認的UVLO(V{UVR} = 4.3V)，選擇(R{2} = OPEN)，(R_{1} = 1MΩ)。
3. 設置輸出電壓上升時間：根據(jù)負載情況，計算啟動時的功率損耗，并選擇合適的(C_{dVdT})電容來控制輸出電壓的上升速率，避免熱關斷。
4. 選擇支持組件：選擇合適的(C_{VIN})旁路電容來控制瞬態(tài)電壓、單位發(fā)射和局部電源噪聲。

總結

TPS25927x系列eFuse是一款高性能的電路保護和電源管理解決方案，具有寬電壓保護范圍、可調電流限制、反向電流阻斷、可編程輸出擺率和UVLO等特性，適用于多種電子設備。在設計時，需要根據(jù)具體應用需求合理設置電流限制、輸出電壓上升速率、欠壓鎖定閾值等參數(shù)，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。希望本文能夠對電子工程師們在使用TPS25927x進行電路設計時有所幫助。

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