深入解析TPS25961 eFuse：功能特性與應(yīng)用設(shè)計(jì)全攻略

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，電路保護(hù)和電源管理是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們就來(lái)詳細(xì)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(lái)哪些出色的解決方案。

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一、TPS25961概述

TPS25961是一款高度集成的電路保護(hù)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(huán)境下，為輸入電源和下游電路提供可靠的保護(hù)，防止過(guò)載、短路、電壓浪涌和過(guò)大的浪涌電流對(duì)設(shè)備造成損害。

二、核心特性亮點(diǎn)

1. 寬輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為2.7 V至19 V，絕對(duì)最大電壓可達(dá)21 V，這使得它能適應(yīng)多種不同的電源系統(tǒng)，為設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性。

2. 低導(dǎo)通電阻

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

3. 多種保護(hù)機(jī)制

• 過(guò)壓保護(hù)：響應(yīng)時(shí)間典型值為1.3 μs，可選擇固定內(nèi)部閾值（典型值5.98 V），也能通過(guò)外部電阻分壓器調(diào)整閾值。
• 過(guò)流保護(hù)：可調(diào)節(jié)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(shí)，電流限制精度最大為 ±18%。
• 短路保護(hù)：典型響應(yīng)時(shí)間為5 μs，能迅速應(yīng)對(duì)短路情況，保護(hù)電路安全。
• 過(guò)溫保護(hù)（OTP）：當(dāng)器件檢測(cè)到熱過(guò)載時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，直到溫度降低到安全范圍后進(jìn)行自動(dòng)重試。

  4. 其他特性

• 具有可調(diào)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(tài)電流，典型值為130 μA，有助于降低系統(tǒng)功耗。

三、引腳配置與功能

此外，暴露的焊盤(pán)主要用于散熱，必須連接到PCB上的GND平面。

四、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TPS25961在眾多領(lǐng)域都有出色的應(yīng)用表現(xiàn)，常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景包括：

• 適配器輸入保護(hù)：防止輸入電源的異常對(duì)后端設(shè)備造成損壞。
• 能量表：確保能量表在復(fù)雜的電源環(huán)境下穩(wěn)定工作。
• 智能音箱：為智能音箱的穩(wěn)定運(yùn)行提供電源保護(hù)。
• 無(wú)線耳塞充電器：保障充電過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性。
• 機(jī)頂盒：防止電源波動(dòng)對(duì)機(jī)頂盒造成損害。
• IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)：為網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)提供可靠的電源管理。

五、設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

1. 典型應(yīng)用示例 - 機(jī)頂盒適配器輸入保護(hù)

以機(jī)頂盒適配器輸入保護(hù)為例，TPS25961能有效應(yīng)對(duì)輸入電壓過(guò)沖、浪涌電流等問(wèn)題。以下是詳細(xì)的設(shè)計(jì)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(jì)算，選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn)值電阻25.5 kΩ（1% 公差），且該值不在不推薦的 (R{ILIM}) 范圍內(nèi)。

（2）欠壓和過(guò)壓鎖定設(shè)定點(diǎn)

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(jì)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(shí)間

TPS25961的典型壓擺率為5 V/ms，可計(jì)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(guò)查看熱關(guān)斷時(shí)間與功耗的關(guān)系曲線，確保熱關(guān)斷時(shí)間大于上升時(shí)間 (t{R})，以避免啟動(dòng)失敗。

2. 電源供應(yīng)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(yuǎn)，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(yīng)高于設(shè)定的電流限制，以避免在過(guò)流和短路情況下出現(xiàn)電壓下降。

3. 瞬態(tài)保護(hù)

在短路和過(guò)載電流限制時(shí)，輸入和輸出電感會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰。為解決這一問(wèn)題，可采取以下措施：

• 盡量減小器件的輸入和輸出引線長(zhǎng)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(fù)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(tài)。對(duì)于需要通過(guò)IEC 61000 - 4 - 4測(cè)試的系統(tǒng)，建議使用最小2.2 μF的 (C{IN})。
• 某些應(yīng)用可能需要添加瞬態(tài)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(duì)于熱插拔應(yīng)用，可根據(jù)情況減少或消除該電容。
• 去耦電容應(yīng)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(huán)路面積。
• 高電流功率路徑連接應(yīng)盡可能短，且尺寸應(yīng)能承載至少兩倍的滿載電流。
• GND端子應(yīng)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(wǎng)絡(luò)）應(yīng)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(hù)器件（如TVS、電容、二極管等）應(yīng)靠近被保護(hù)的器件放置，走線應(yīng)盡量短以減少電感。

六、總結(jié)

TPS25961憑借其豐富的功能特性和出色的保護(hù)性能，為電子工程師在電路保護(hù)和電源管理設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理選擇和配置相關(guān)參數(shù)，并注意PCB布局和電源供應(yīng)等方面的問(wèn)題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用TPS25961的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。