‌TI TPS281C30高边开关技术解析与应用指南

Texas Instruments TPS281C30高侧开关是一款单通道 智能高侧开关 ，设计用于满足工业控制系统的要求。该开关可耐受60V电压，具有30mΩ 低导通电阻和6A连续负载电流。TPS281C30开关保护特性包括热关断、输出钳位和电流限制。该器件的工作温度范围为-40°C至125°C。TPS281C30开关还提供精确的负载电流检测，可提高负载诊断能力，如过载和开路负载检测，从而实现更好的预测性维护。该高侧开关可用于数字输出模块、安全扭矩关闭 (STO)、保持制动、通用电阻、电感和电容负载。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPS281C30高边开关数据手册.pdf

特性

• 宽直流工作电压范围：6V至36V
• 容差：64V DC（禁用时）
• 30mΩ（典型值），55mΩ（最大值）
• 通过可调限流提高系统级可靠性：
  • 版本A：1A至5A（固定0.5A）
  • 版本B：2A至10A（固定0.5A）
• 精确的电流检测：
  • 标准±4%检测模式下为（1A时）
  • 高精度±12.5%检测模式下为（6mA时）
• 集成电感放电钳位 > 65V
• <0.5 µA 的低待机电流
• 低静态电流（I Q ）：1.5mA
• 确保功能安全
• 工作结温范围：–40°C至125°C
• 输入控制：
  • 1.8V、3.3V和5V逻辑兼容
• 集成故障检测电压调节，用于ADC保护
• 断态开路负载检测
• 热关断和摆幅检测
• 14引脚散热增强型TSSOP封装
• 20引脚散热增强型QFN封装

功能框图

应用电路图

‌TI TPS281C30高边开关技术解析与应用指南‌

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‌一、核心特性概述‌

Texas Instruments的TPS281C30x系列是一款智能单通道高边开关，专为工业控制系统设计，具有以下核心优势：

• ‌宽电压工作范围‌：6V至36V输入，64V耐压（禁用状态下）。
• ‌超低导通电阻‌：30mΩ（典型值），最大55mΩ，支持6A持续电流输出。
• ‌可编程电流限制‌：
  • A/C版本：1A至5A可调（默认0.5A）
  • B/D/E版本：2A至10A可调（默认0.5A）
• ‌高精度电流检测‌：
  • 标准模式±4%精度（1A时）
  • 高精度模式±12.5%精度（6mA时）
• ‌多重保护机制‌：集成热关断、输出钳位、开路检测及短路保护。
• ‌增强EFT抗扰性‌（E版本）：支持2.5kV EFT脉冲抗扰。

二、关键功能解析

电流检测技术‌

• ‌双模式检测‌：
  • ‌标准模式‌（KSNS1=1300）：适合大电流检测（0.1A-7A）
  • ‌高精度模式‌（KSNS2=24）：支持低至1mA电流检测，精度±12.5%
• ‌SNS引脚保护‌：输出电压随DIAG_EN电平自适应（3.3V/5V兼容），无需外部稳压管。

热管理设计‌

• ‌双重热关断‌：
  • 相对温度保护（ΔT=77°C）
  • 绝对温度保护（TABS=185°C）
• ‌封装选项‌：
  • HTSSOP-14（θJA=31.5°C/W）
  • QFN-20（θJA=28.9°C/W）

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‌三、典型应用场景‌

1. ‌工业数字输出模块‌：驱动继电器、电磁阀等感性负载，集成VDS钳位（A/B版本）。
2. ‌ 安全扭矩关断（STO） ‌：通过可调限流实现安全电路保护。
3. ‌车载电子‌：符合AEC-Q100认证，支持-40°C至125°C工作温度。
4. ‌电容负载充电‌：利用瞬态高限流特性快速充电，如电机驱动预充电路。

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‌四、设计要点与注意事项‌

‌1. PCB布局建议‌

• ‌电源去耦‌：VS引脚就近布置47μF+0.1μF陶瓷电容。
• ‌散热优化‌：
  • QFN封装需在thermal pad上布置≥6个导热过孔
  • 持续负载＞3A时建议强制风冷

‌2. 保护电路设计‌

• ‌感性负载‌：A/B版本内置65V钳位，C/D/E版本需外接TVS二极管。
• ‌反向极性保护‌：推荐GND网络采用1.5kΩ电阻并联二极管（如BAS21）。

‌3. 诊断功能配置‌

• ‌开路检测‌：OFF状态下通过150kΩ内部上拉电阻检测（E版本不适用）。
• ‌故障响应时间‌：短路保护响应＜2μs，热关断后自动重试间隔3ms。

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‌五、性能对比与选型指南‌

型号	限流范围	电感钳位	EFT抗扰	封装选项
TPS281C30A	1A-5A	是	无	HTSSOP-14/QFN-20
TPS281C30E	2A-10A	否	2.5kV	QFN-20