3.2 正常運行階段

啟動成功后，設備會實時監測負載電流和輸入電壓，控制內部HFET，確保用戶可調節的過流限制閾值（(I{LIM})）不被超過，同時將過壓尖峰安全鉗位到所選的閾值電壓（(V{OVC})）。此外，用戶可調節的過流消隱定時器允許系統通過負載電流曲線中的適度瞬態峰值，而不會觸發eFuse，提高系統的可靠性。

4. 保護功能

4.1 輸入反極性保護

TPS2521xx內部具備輸入反極性保護功能，能阻止輸入的穩態負電壓出現在輸出端，保護負載電路。在這種情況下，不會有反向電流從輸出流向輸入，輸入可承受的最低負電壓為 -15V或(V_{OUT} - 21V)（取較高值）。

4.2 欠壓鎖定（UVLO和UVP）

設備在IN端實現欠壓保護，防止輸入電壓過低影響系統正常運行。欠壓保護有內部固定的默認鎖定閾值(V_{UVP})，同時EN/UVLO引腳的UVLO比較器允許用戶通過外部電阻分壓器將欠壓保護閾值調整到自定義值。

4.3 過壓鉗位（OVC）

當設備檢測到輸入電壓超過過壓鉗位閾值（(V{OVC})）時，會在(t{OVC})內快速響應，停止輸出電壓進一步上升，并線性調節HFET，將輸出電壓鉗位在(V_{CLAMP})以下。若設備長時間處于鉗位狀態，內部功率損耗增加，可能導致熱關斷（TSD）。不同型號的設備在熱關斷后的響應不同，TPS2521xL型號會鎖定關閉，而TPS2521xA型號會在固定延遲后自動重啟。

4.4 浪涌電流、過流和短路保護

• 可調壓擺率（dVdt）控制浪涌電流：在熱插拔或啟動時對大輸出電容充電時，可能會產生大的浪涌電流。通過在dVdt引腳連接電容，可以控制輸出上升壓擺率，降低浪涌電流。
• 可調過流閾值（(I_{LIM})）：當負載電流超過ILM引腳電阻（(R{ILM})）設置的過流閾值（(I{LIM})），但低于短路閾值（(2 ×I{LIM})）時，設備會通過內部1.8μA的下拉電流對ITIMER引腳電容放電。若負載電流在ITIMER電容放電(Delta V{ITIMER})之前降至過流閾值以下，ITIMER會被重置，電流限制動作不啟動；若過流條件持續，電流限制會調節HFET，將電流限制在設定的過流閾值。
• 快速短路保護：當檢測到嚴重過流（如輸出短路）時，設備會觸發快速跳閘響應，將電流限制在安全水平。內部快速跳閘比較器采用可擴展閾值（(I{SC}=2 ×I{LIM})）和固定快速跳閘閾值（(I_{FT})），確保在不同情況下都能快速保護設備。

4.5 模擬負載電流監測

設備通過ILM引腳提供與FET電流成正比的模擬電流檢測輸出，用戶可通過測量(R_{ILM})兩端的電壓來監測輸出負載電流。

4.6 反向電流保護

TPS2521xx像理想二極管一樣工作，在任何情況下都能阻止反向電流從OUT流向IN。它采用集成背靠背MOSFET，通過線性ORing控制調節正向電壓降，并利用基于比較器的反向阻斷機制快速響應瞬態反向電流。

4.7 過熱保護（OTP）

設備實時監測內部管芯溫度（(T{J})），當溫度超過安全工作水平（TSD）時，會自動關閉，直到管芯溫度降至（TSD - (TSD{HYS})）以下。不同型號的設備在熱過載后的響應不同，TPS2521xL型號會鎖定關閉，直到設備重新上電或重新使能；TPS2521xA型號會在冷卻(TSD{HYS})后，等待額外的延遲時間(t{RST})，然后自動嘗試重新開啟。

5. 應用場景

5.1 適配器輸入保護

可用于保護適配器輸入，防止過載、短路等故障對適配器和后續電路造成損害。

5.2 企業存儲

如RAID、HBA、SAN、eSSD等存儲系統中，確保電源的穩定供應，保護存儲設備免受電源故障的影響。

5.3 USB PD端口保護

在USB PD端口中，提供過流和短路保護，同時阻止反向電流，確保端口的安全運行。

5.4 服務器、PC主板和擴展卡

為服務器、PC主板和擴展卡提供可靠的電源保護，提高系統的穩定性和可靠性。

5.5 顯示器和擴展塢

保護顯示器和擴展塢的電源，避免因電源問題導致設備損壞。

6. 設計與應用示例

6.1 單設備自控制應用

在單設備自控制應用中，TPS2521xx可獨立工作，通過配置EN/UVLO、OVCSEL等引腳，實現對設備的控制和保護。同時，ILM引腳可連接到MCU的ADC輸入，用于電流監測。

6.2 USB PD端口保護應用

在USB PD端口保護應用中，TPS2521xx可與LM73100配合使用，共同實現電源路徑保護。TPS2521xx在源路徑提供過流和短路保護，阻止反向電流；LM73100在匯路徑提供過壓保護，阻止反向電流。

6.3 詳細設計步驟

以USB PD源路徑保護應用為例，設計步驟如下：

• 設備選擇：根據應用需求，選擇具有合適過流響應和故障響應的型號，如TPS25210L。
• 設置欠壓和過壓閾值：通過電阻分壓器設置欠壓閾值，根據設計要求選擇合適的電阻值；通過OVCSEL引腳選擇過壓鉗位閾值。
• 設置輸出電壓上升時間：根據目標規格計算所需的壓擺率，然后通過公式計算所需的(C_{dVdt})電容值。
• 設置電源良好斷言閾值：通過連接到PGTH引腳的電阻分壓器設置電源良好斷言閾值。
• 設置過流閾值：根據所需的過流保護閾值，通過公式計算(R_{ILM})電阻值。
• 設置過流消隱間隔：通過連接到ITIMER引腳的電容設置過流消隱間隔。

7. 電源供應建議與布局指南

7.1 電源供應建議

• 輸入電源范圍為2.7V - 5.7V，建議在輸入電源距離設備較遠時，使用大于0.1μF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。
• 對于從輸入電源派生的低電壓信號（如EN/UVLO、PGTH），應使用足夠大的上拉電阻，以限制反向極性條件下的電流。

7.2 布局指南

• 在IN和GND端子之間使用0.1μF或更大的陶瓷去耦電容，并將其放置在離設備IN和GND端子最近的位置，以減小旁路電容連接、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，并具有足夠的尺寸以承載至少兩倍的滿載電流。
• GND端子應通過最短的走線連接到PCB接地平面，建議為eFuse使用單獨的接地平面島，作為所有關鍵模擬信號的安靜接地參考。
• IN和OUT引腳用于散熱，應盡可能連接到PCB頂層和底層的大面積銅區域，并在設備下方添加熱過孔，以改善導通電阻和電流檢測精度。
• 將支持組件（如(R{ILM})、(C{dVdt})、(C_{ITIMER})、EN/UVLO、OVCSEL和PGTH引腳的電阻）放置在靠近其連接引腳的位置，并將組件的另一端通過最短的走線連接到設備的GND引腳。
• 保護器件（如TVS、緩沖器、電容或二極管）應放置在靠近被保護設備的位置，并使用短走線以減少電感。

8. 總結

TPS2521xx系列eFuse以其豐富的功能、出色的性能和小尺寸封裝，為電子設備的電源保護和管理提供了優秀的解決方案。無論是在企業存儲、USB PD端口保護還是其他應用場景中，都能發揮重要作用。在設計過程中，合理選擇設備型號、正確設置參數、優化布局，將有助于充分發揮TPS2521xx的優勢，提高系統的可靠性和穩定性。

你在使用TPS2521xx過程中遇到過哪些問題呢？或者你對它的應用還有什么其他的想法，歡迎在評論區分享交流。