深入解析TPS25927x：高性能eFuse的设计与应用

在电子设计领域，电路保护和电源管理至关重要。TPS25927x系列eFuse作为一款高度集成的解决方案，为工程师们提供了可靠的电路保护和电源管理功能。今天，我们就来深入探讨一下TPS25927x的特点、应用以及设计要点。

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产品概述

TPS25927x是德州仪器（TI）推出的一款eFuse，具有4.5V至18V的保护范围，集成了28mΩ的Pass MOSFET，绝对最大电压可达20V。它支持1A至5A的可调电流限制（(I{LIMIT})），在3.7A时的(I{LIMIT})精度为±8%，还具备反向电流阻断功能。此外，该器件还支持可编程的输出摆率（OUT Slew Rate）和欠压锁定（UVLO），内置热关断功能，并且通过了UL 2367认证。

产品特性

宽电压保护范围

TPS25927x能够在4.5V至18V的电压范围内提供可靠的保护，绝对最大电压可达20V，适用于多种电源应用。

可调电流限制

通过一个外部电阻，用户可以轻松设置过载和短路电流限制，范围为1A至5A，并且在3.7A时的精度为±8%，确保了精确的电流控制。

反向电流阻断

支持反向电流阻断功能，能够防止电流从负载流向电源，保护电路免受反向电流的影响。

可编程输出摆率和UVLO

用户可以通过连接一个电容到dV/dT引脚来控制输出电压的上升速率，同时还可以通过EN/UVLO引脚设置欠压锁定阈值，提高电路的稳定性和可靠性。

热关断保护

内置热关断功能，当器件温度超过150°C时，会自动关闭内部MOSFET，防止器件过热损坏。

小封装设计

采用10引脚（3mm x 3mm）的VSON封装，占用空间小，适合高密度电路板设计。

应用领域

TPS25927x广泛应用于各种电子设备中，包括：

• 硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）驱动器：保护电源电路，防止过流和短路损坏。
• 机顶盒：提供可靠的电源管理和电路保护。
• 服务器和辅助电源：确保电源的稳定性和可靠性。
• 风扇控制：控制风扇的电流和电压，提高风扇的效率和寿命。
• PCI/PCIe卡：保护PCI/PCIe接口的电源电路。
• 适配器供电设备：为适配器供电的设备提供保护和电源管理。

引脚配置与功能

TPS25927x采用10引脚的VSON封装，各引脚功能如下：	引脚名称	引脚编号	I/O	描述
BFET	9	O	连接到外部NFET的栅极，用于在VIN电源故障时断开输入电源
dV/dT	1	O	连接一个电容到GND，控制设备开启时OUT的上升速率
EN/UVLO	2	I	双功能控制引脚，用于控制内部MOSFET的开关状态和设置欠压锁定阈值
GND	热焊盘	-	接地
ILIM	10	O	通过一个电阻连接到GND，设置过载和短路电流限制
OUT	6 - 8	O	设备的输出
VIN	3 - 5	I	输入电源电压

设计要点

电流限制设置

通过在ILIM引脚连接一个电阻到GND，可以设置过载和短路电流限制。计算公式为： [I{OL} = (0.7 + 3 × 10^{-5} × R{ILIM})] 其中，(I{OL})为过载电流限制，(R{ILIM})为ILIM引脚连接的电阻值。

输出电压上升速率控制

通过在dV/dT引脚连接一个电容到GND，可以控制输出电压的上升速率。计算公式为： [frac{dV{OUT}}{dt} = frac{dV{dT} × GAIN{dVdT}}{C{dVdT} + C{INT}}] 其中，(frac{dV{OUT}}{dt})为输出电压的上升速率，(dV{dT})为dV/dT引脚的电压，(GAIN{dVdT})为dV/dT到OUT的增益，(C{dVdT})为连接到dV/dT引脚的电容值，(C{INT})为内部电容值。

欠压锁定设置

通过在EN/UVLO引脚连接一个电阻分压器，可以设置欠压锁定阈值。计算公式为： [V{(UV)} = frac{R{1} + R{2}}{R{2}} × V{ENR}] 其中，(V{(UV)})为欠压锁定阈值，(R{1})和(R{2})为电阻分压器的电阻值，(V_{ENR})为使能电压上升阈值。

热关断保护

当器件温度超过150°C时，热关断电路会自动关闭内部MOSFET，防止器件过热损坏。在TPS259270中，输出将保持断开状态，直到电源重启或EN/UVLO引脚被切换；而在TPS259271中，器件会在温度下降到(T_{SHDN} - 10°C)后尝试重新启动。

应用示例

简单2.1A eFuse保护电路

以下是一个简单的2.1A eFuse保护电路示例，适用于机顶盒：	设计参数	示例值
输入电压范围，(V_{IN})	12V
欠压锁定设置点，(V_{(UV)})	默认：(V_{UVR} = 4.3V)
启动时的负载，(R_{L(SU)})	8Ω
电流限制，(I{OL} = I{ILIM})	2.1A
负载电容，(C_{OUT})	1µF
最大环境温度，(T_{A})	85°C

设计步骤

1. 编程电流限制阈值：根据公式(R{ILIM} = frac{I{OL} - 0.7}{3 × 10^{-5}})，计算得到(R_{ILIM} = 45.3kΩ)，选择最接近的标准值电阻，公差为1%。
2. 设置欠压锁定设置点：使用外部电阻分压器(R{1})和(R{2})来调整欠压锁定（UVLO）跳闸点。计算公式为(V{(UV)} = frac{R{1} + R{2}}{R{2}} × V{ENR})，其中(V{ENR} = 1.4V)为使能电压上升阈值。对于默认的UVLO(V{UVR} = 4.3V)，选择(R{2} = OPEN)，(R_{1} = 1MΩ)。
3. 设置输出电压上升时间：根据负载情况，计算启动时的功率损耗，并选择合适的(C_{dVdT})电容来控制输出电压的上升速率，避免热关断。
4. 选择支持组件：选择合适的(C_{VIN})旁路电容来控制瞬态电压、单位发射和局部电源噪声。

总结

TPS25927x系列eFuse是一款高性能的电路保护和电源管理解决方案，具有宽电压保护范围、可调电流限制、反向电流阻断、可编程输出摆率和UVLO等特性，适用于多种电子设备。在设计时，需要根据具体应用需求合理设置电流限制、输出电压上升速率、欠压锁定阈值等参数，以确保电路的稳定性和可靠性。希望本文能够对电子工程师们在使用TPS25927x进行电路设计时有所帮助。

你在使用TPS25927x进行设计时遇到过哪些问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。