深入解析TPS25961 eFuse：功能特性與應用設計全攻略

在電子工程師的日常設計工作中，電路保護和電源管理是至關重要的環節。今天，我們就來詳細探討一下德州儀器（TI）推出的TPS25961 eFuse，看看它在這方面能為我們帶來哪些出色的解決方案。

文件下載：tps25961.pdf

一、TPS25961概述

TPS25961是一款高度集成的電路保護和電源管理解決方案，采用小巧的2mm × 2mm SON封裝。它能在多種惡劣的電氣環境下，為輸入電源和下游電路提供可靠的保護，防止過載、短路、電壓浪涌和過大的浪涌電流對設備造成損害。

二、核心特性亮點

1. 寬輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為2.7 V至19 V，絕對最大電壓可達21 V，這使得它能適應多種不同的電源系統，為設計帶來了極大的靈活性。

2. 低導通電阻

典型導通電阻 (R_{on}=106 - mOmega)，低導通電阻意味著在導通狀態下功耗更低，能有效提高系統的效率。

3. 多種保護機制

• 過壓保護：響應時間典型值為1.3 μs，可選擇固定內部閾值（典型值5.98 V），也能通過外部電阻分壓器調整閾值。
• 過流保護：可調節的電流限制閾值范圍為0.1 A到2 A，在25°C、1.45 - A電流限制時，電流限制精度最大為 ±18%。
• 短路保護：典型響應時間為5 μs，能迅速應對短路情況，保護電路安全。
• 過溫保護（OTP）：當器件檢測到熱過載時會自動關閉，直到溫度降低到安全范圍后進行自動重試。

  4. 其他特性

• 具有可調的欠壓鎖定（UVLO）功能的高電平有效使能輸入。
• 輸出壓擺率控制（dVdt），典型值為5.17 V/ms，能有效控制浪涌電流。
• 低靜態電流，典型值為130 μA，有助于降低系統功耗。

三、引腳配置與功能

此外，暴露的焊盤主要用于散熱，必須連接到PCB上的GND平面。

四、應用領域廣泛

TPS25961在眾多領域都有出色的應用表現，常見的應用場景包括：

• 適配器輸入保護：防止輸入電源的異常對后端設備造成損壞。
• 能量表：確保能量表在復雜的電源環境下穩定工作。
• 智能音箱：為智能音箱的穩定運行提供電源保護。
• 無線耳塞充電器：保障充電過程的安全性和穩定性。
• 機頂盒：防止電源波動對機頂盒造成損害。
• IP網絡攝像機：為網絡攝像機提供可靠的電源管理。

五、設計與應用實現

1. 典型應用示例 - 機頂盒適配器輸入保護

以機頂盒適配器輸入保護為例，TPS25961能有效應對輸入電壓過沖、浪涌電流等問題。以下是詳細的設計步驟：

（1）編程電流限制閾值

已知所需電流限制 (I{LIM}) 為2 A，大于200 mA，使用公式 (R{ILIM}=frac{50000}{I{LIM}}) 計算，選擇最接近的標準值電阻25.5 kΩ（1% 公差），且該值不在不推薦的 (R{ILIM}) 范圍內。

（2）欠壓和過壓鎖定設定點

使用公式 (V{IN(UV)}=frac{V{UVLO(R)} × (R1 + R2 + R3)}{R2 + R3}) 和 (V{IN(OV)}=frac{V{OVLO(R)} × (R1 + R2 + R3)}{R3}) 計算電阻 (R1)、(R2) 和 (R3) 的值。考慮到電阻的漏電流，需選擇合適的電阻值，最終選擇 (R1 = 470 kΩ)、(R2 = 31.6 kΩ)、(R3 = 44.2 kΩ)。

（3）輸出電壓上升時間

TPS25961的典型壓擺率為5 V/ms，可計算浪涌電流 (I{INRUSH}=SR × C{OUT}=5 × 1 = 5 mA)，平均功耗 (P{DINRUSH}=frac{I{INRUSH} × V{IN}}{2}=frac{0.005 × 12}{2}=0.03 W)。通過查看熱關斷時間與功耗的關系曲線，確保熱關斷時間大于上升時間 (t{R})，以避免啟動失敗。

2. 電源供應建議

• 輸入電源電壓范圍為2.7 - V至19 - V，若輸入電源距離器件較遠，建議使用大于0.1 μF的輸入陶瓷旁路電容。
• 電源的額定電流應高于設定的電流限制，以避免在過流和短路情況下出現電壓下降。

3. 瞬態保護

在短路和過載電流限制時，輸入和輸出電感會產生電壓尖峰。為解決這一問題，可采取以下措施：

• 盡量減小器件的輸入和輸出引線長度和電感。
• 使用大面積的PCB GND平面。
• 在輸出端跨接肖特基二極管以吸收負尖峰。
• 使用低阻值陶瓷電容 (C{IN}=0.1 μF) 吸收能量和抑制瞬態。對于需要通過IEC 61000 - 4 - 4測試的系統，建議使用最小2.2 μF的 (C{IN})。
• 某些應用可能需要添加瞬態電壓抑制器（TVS）。

4. 布局指南

• 在IN和GND端子之間推薦使用0.1 μF或更大的陶瓷去耦電容，對于熱插拔應用，可根據情況減少或消除該電容。
• 去耦電容應盡可能靠近器件的IN和GND端子，減小旁路電容連接、IN端子和IC的GND端子形成的環路面積。
• 高電流功率路徑連接應盡可能短，且尺寸應能承載至少兩倍的滿載電流。
• GND端子應連接到IC端子處的PCB接地平面。
• 與器件連接的支持組件（如 (R_{ILIM})、EN/UVLO和OVLO的電阻網絡）應靠近其連接引腳，并以最短的走線連接到器件的GND引腳。
• 保護器件（如TVS、電容、二極管等）應靠近被保護的器件放置，走線應盡量短以減少電感。

六、總結

TPS25961憑借其豐富的功能特性和出色的保護性能，為電子工程師在電路保護和電源管理設計中提供了一個可靠的解決方案。在實際應用中，我們需要根據具體的設計要求，合理選擇和配置相關參數，并注意PCB布局和電源供應等方面的問題，以確保系統的穩定性和可靠性。大家在使用TPS25961的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。