STEF4S电子保险丝：3.3V和5V线路的可靠保护方案

作为电子工程师，在设计电路时，保护电子设备免受各种异常情况的影响是至关重要的。今天，我们就来详细探讨一下STEF4S这款集成电子保险丝，它在监测输出电流和输入电压方面表现出色，能为电路提供可靠的过流和过压保护。

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一、产品概述

STEF4S是一款专门为监测输出电流和输入电压而优化的集成电子保险丝。它可以串联连接到3.3V或5V电源轨上，有效保护其输出端的电子电路免受过流和过压的损害。通过一个专用引脚，我们可以轻松选择5V或3.3V的工作模式。该设备具有可控的开启时间，可通过外部电容器进行调整。

产品特性

• 低导通电阻：功率MOSFET导通电阻（典型值）为40mΩ。
• 输出钳位电压：在5V模式下，典型输出钳位电压为5.7V；在3.3V模式下，典型输出钳位电压为3.8V。
• 多重保护功能：具备欠压锁定、短路限制、过载折返电流限制、可控软启动、热自动重试等功能。
• 内部感应FET：能够更精准地监测电路状态。
• 宽工作温度范围：可在 -40°C 至 85°C 的环境下正常工作。
• 小巧封装：采用DFN 3x3 10L封装，节省电路板空间。

应用场景

STEF4S适用于多种电子设备，如硬盘驱动器、固态硬盘（SSD）、硬盘和SSD阵列、机顶盒、DVD和蓝光光盘驱动器等。

二、产品详细参数

1. 引脚配置

引脚编号	符号	说明
1,2,3	VIN	输入电源电压引脚
4	VCP	电压钳位和欠压锁定选择引脚（高电平为5V模式，低电平为3.3V模式）
5	GND	接地引脚（如果焊盘连接到GND，此引脚可悬空）
6	SST	软启动时间选择引脚，可连接电容到GND以增加启动时间
7	EN	使能引脚（高电平有效）
8,9,10	VOUT	输出电压引脚
EXP	GND	暴露焊盘内部连接到GND

2. 最大额定值

符号	参数	值	单位
VIN	正电源电压	-0.3 至 15	V
VOUT	输出电压	-0.3 至 7	V
VCP	欠压锁定和电压钳位选择引脚	-0.3 至 VIN	V
EN	使能引脚	-0.3 至 VIN	V
SST	软启动时间选择引脚	-0.3 至 4.6	V
TJ	最大结温	-40 至 125	°C
TSTG	存储温度范围	-65 至 150	°C
TLEAD	引脚焊接温度（10s）	260	°C

3. 电气特性

电气特性在不同的工作模式下有不同的表现，例如在3.3V模式和5V模式下，输出钳位电压、欠压锁定阈值等参数都有所不同。具体参数可参考数据表中的详细表格。

三、工作模式分析

1. 开启过程

当输入电压施加且EN引脚为高电平时，输出电压会以内部dv/dt电路定义的斜率上升。如果没有额外的电容器连接到CSS引脚，从使能信号变为高电平到输出电压达到标称值的总时间约为0.6ms。

2. 正常工作状态

在正常工作时，STEF4S电子保险丝的行为类似于机械保险丝，除了由于MOSFET的RDS(on)导致的小电压降外，其输出端的电路会缓冲与输入端相同的电压。

3. 输出电压钳位

当输入电压超过典型阈值（3.3V模式下为3.8V，5V模式下为5.7V）时，内部电压钳位电路会将输出电压钳位到数据表中规定的Vclamp值。

4. 电流限制

当发生过载事件时，电流限制电路会降低功率MOSFET的导通性，将输入电流钳位到预编程的值。在短路情况下，电流限制电路具有折返特性，可降低功率MOSFET上的功耗。

5. 热关断和自动重试功能

如果设备温度超过热关断阈值（典型值为140°C），热关断电路会关闭功率MOSFET，断开负载。当芯片温度下降约20°C时，设备会自动尝试重新向负载供电，直到故障条件消除。

四、启动时间和CSS电容计算

通过在CSS引脚和GND之间连接一个电容器，可以修改输出电压的启动时间。启动时间（Tss）定义为设备欠压锁定阈值被克服到Vout达到标称值的90%之间的时间间隔。

典型启动时间与CSS电容值关系

Css [nF]	Tss [ms]
None	0.6
10	2.3
47	10.8
100	23

CSS电容估算公式

$C_{SS}=4.35 × 10^{-6} × Tss$

需要注意的是，该公式仅作为理论参考，不考虑电容器的容差、温度和工艺变化。建议使用低泄漏的陶瓷电容器。

五、典型性能特性

数据表中提供了多个典型性能特性的图表，如RDS(on)与温度的关系、钳位电压与温度的关系、欠压锁定阈值与温度的关系、偏置电流与温度的关系、关断电流与温度的关系等。这些图表可以帮助我们更好地了解STEF4S在不同温度和工作条件下的性能表现。

六、封装信息

1. DFN6 3x3 - 10L封装尺寸

尺寸	最小值（mm）	典型值（mm）	最大值（mm）
A	0.70	0.75	0.80
A1	0.00	0.02	0.05
b	0.18	0.25	0.30
D	-	3.00	-
E	-	3.00	-
e	-	0.5	-
D2	2.234	2.384	2.484
E2	1.496	1.646	1.746
K	0.20	-	-
L	0.30	0.40	0.50

2. 封装外形和推荐焊盘

数据表中提供了DFN6 3x3 - 10L封装的外形图和推荐的焊盘布局，这对于电路板设计非常重要。正确的焊盘设计可以确保良好的电气连接和散热性能。

七、总结

STEF4S电子保险丝是一款功能强大、性能可靠的集成电子保险丝，适用于3.3V和5V电源轨的保护。它具有多种保护功能和可调节的参数，能够满足不同应用场景的需求。在实际设计中，我们需要根据具体的电路要求，合理选择工作模式、调整启动时间等参数，以确保电路的稳定性和可靠性。同时，要注意封装尺寸和焊盘设计，保证良好的焊接质量和散热效果。大家在使用STEF4S的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。