深入解析 TPS25923x 5-V eFuse：特性、應用與設計要點

在電子設備的設計中，電路保護和電源管理至關重要。德州儀器（TI）的 TPS25923x 系列 eFuse 為我們提供了一個高度集成的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產品。

文件下載：tps25923.pdf

產品特性

基本參數與集成度

TPS25923x 是一款 5-V eFuse，其 (V{ABSMAX}=20 V)，集成了 28-mΩ 的 Pass MOSFET，能在一定程度上降低導通損耗。它擁有固定的 6.1-V 過壓鉗位功能，可有效保護后續電路免受過壓損壞。電流限制（(I{LIMIT})）可在 1-A 到 5-A 之間進行調節，并且在 3.7A 時，(I_{LIMIT}) 精度可達 ±8%。

保護功能強大

它支持反向電流阻斷，能防止電流反向流動，保護電路安全。還具備可編程的輸出壓擺率（dV/dT）和欠壓鎖定（UVLO）功能，可根據實際需求對輸出電壓的上升速率和欠壓保護閾值進行設置。內置的熱關斷功能，當芯片溫度超過閾值（通常為 150°C）時，會自動關閉內部 MOSFET，避免因過熱損壞。該產品還通過了 UL 2367 認證（文件編號 E339631），且在單點故障測試（UL60950）中表現安全。

封裝優勢

采用 10L（3 mm x 3 mm）VSON 小封裝，節省電路板空間，適合對空間要求較高的應用場景。

應用領域

多領域廣泛應用

TPS25923x 適用于多種設備，如適配器供電設備、硬盤驅動器（HDD）和固態硬盤（SSD）、機頂盒、服務器/AUX 電源、風扇控制以及 PCI/PCIe 卡等。在這些應用中，它可以有效地保護電路免受各種故障的影響，提高系統的可靠性。

規格參數詳細解讀

絕對最大額定值

在使用 TPS25923x 時，需注意其絕對最大額定值。例如，輸入電壓 (V{IN}) 的最大耐受值在瞬態（10 ms）時為 20 V，輸出電壓在瞬態（< 1 μs）時最大為 (V{IN}+0.3 V)。超出這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。

ESD 評級

該器件的人體模型（HBM）靜電放電（ESD）評級為 ±2000 V，帶電設備模型（CDM）為 ±500 V。在實際操作中，要注意靜電防護，避免因靜電導致器件損壞。

推薦工作條件

推薦的輸入電壓范圍為 4.5 - 5.5 V，連續輸出電流最大為 5 A。在設計電路時，應確保器件工作在這些推薦條件下，以保證其性能和可靠性。

電氣特性

不同參數在特定測試條件下的表現也很關鍵。例如，UVLO 閾值上升（(V{UVR})）典型值為 4.3 V，過壓鉗位（(V{OVC})）在不同溫度和負載條件下也有相應的取值范圍。這些參數對于準確設計和使用 TPS25923x 至關重要。

工作原理與功能模塊

啟動與控制

TPS25923x 通過監測 (V{IN}) 總線啟動工作。當 (V{IN}) 超過欠壓鎖定閾值（(V{UVR})）時，會對 EN/UVLO 引腳進行采樣。若該引腳為高電平，內部 MOSFET 開啟，電流從 (V{IN}) 流向 OUT。若 EN/UVLO 引腳為低電平（低于 (V_{ENF})），則內部 MOSFET 關閉。用戶還可以通過在 dV/dT 引腳和 GND 之間連接電容來調整輸出電壓的上升時間。

運行監測與保護

在啟動成功后，器件會實時監測負載電流和輸入電壓，確保可調節的過載電流限制 (I{OL}) 不被超過，同時將輸入電壓尖峰安全鉗位到 (V{OVC}) 水平。此外，內置的熱傳感器會在器件溫度超過 (T{SHDN})（通常為 150°C）時，關閉內部 MOSFET，斷開負載與電源的連接。對于 TPS259230，輸出會一直保持斷開狀態，直到電源重啟或 EN/UVLO 引腳進行切換；而 TPS259231 會在溫度降至 (T{SHDN}-10°C) 后嘗試重啟。

快速跳閘機制

在瞬態短路事件中，電流會迅速增加。由于電流限制放大器的帶寬有限，無法快速響應，因此 TPS25923x 采用了快速跳閘比較器。當 (I{OUT}>I{FASTRIP})（(I{FASTRIP}=1.6×I{OL})）時，快速跳閘比較器會迅速關閉開關器件，終止快速短路峰值電流。之后，電流限制放大器會將輸出電流平穩調節到 (I_{OL})。

典型應用示例

機頂盒的 eFuse 保護

對于機頂盒應用，可設計一個簡單的 3.7-A eFuse 保護電路。在這個設計中，需要根據設計要求選擇合適的組件值。例如，通過 (R{ILIM}) 電阻設置過載電流限制，使用外部電阻分壓器調整欠壓鎖定（UVLO）跳閘點。同時，要根據負載情況和電容值計算啟動時的涌流和功耗，選擇合適的 (C{dVdT}) 電容來控制輸出電壓的上升時間，避免熱關斷。

SSD 的浪涌和反向電流保護

在固態硬盤（SSD）應用中，TPS25923x 可用于提供浪涌和反向電流保護。通過設置合適的 (R{ILIM}) 電阻和 UVLO 跳閘點，選擇合適的 (C{dVdT}) 電容來控制啟動時間，確保器件在啟動和運行過程中的安全性。同時，利用 BFET 引腳連接外部 NFET，在 (V_{IN}) 電源故障時斷開輸入電源與系統的連接，防止反向電流流動。

設計要點與注意事項

電源推薦

TPS25923x 設計用于 4.5 - 18 V 的電源電壓范圍。若輸入電源與器件距離較遠，建議使用大于 0.1 μF 的輸入陶瓷旁路電容。電源的額定電流應大于設定的電流限制，以避免在過流和短路情況下出現電壓下降。

瞬態保護

在短路和過載電流限制時，器件中斷電流會導致輸入和輸出產生電壓尖峰。為了減少這些瞬態影響，可以采取一些措施，如減小引線長度和電感、使用大的 PCB GND 平面、在輸出端跨接肖特基二極管吸收負尖峰，以及使用低價值的陶瓷電容器吸收能量和抑制瞬態。在某些應用中，可能還需要添加瞬態電壓抑制器（TVS）。

電路布局

合理的 PCB 布局對于 TPS25923x 的性能至關重要。在 IN 端子和 GND 之間建議使用 0.01-μF 或更大的陶瓷去耦電容，且應盡可能靠近器件的 IN 和 GND 端子放置，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。高電流承載的電源路徑連接應盡可能短，并且尺寸應能承載至少兩倍的滿載電流。GND 端子應連接到 PCB 接地平面。所有支持組件（如 (R{ILIM})、(C{dVdT}) 和 EN/UVLO 電阻）應靠近其連接引腳放置，并以最短的走線長度連接到器件的 GND 引腳。保護器件應靠近被保護的器件放置，以減少電感。

總結

TPS25923x 系列 eFuse 憑借其豐富的功能、強大的保護性能和小封裝優勢，在眾多電子設備的電路保護和電源管理中具有廣泛的應用前景。作為電子工程師，我們在設計過程中需要充分了解其特性和規格，合理選擇組件值，注意電源推薦、瞬態保護和電路布局等要點，以確保設計出穩定可靠的電路系統。你在使用類似 eFuse 產品時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享。