具有VBUS LDO稳压器的电源多路复用器TPS66020浪涌防护方案-电子发烧友网

本文主要是针对具有VBUS LDO稳压器的电源多路复用器TPS66020的浪涌防护方案，采用湖南静芯研发的TDS浪涌保护器件对芯片进行浪涌防护，保护设备免受电气系统中的浪涌电压或浪涌电流的损害，确保设备的安全性。

一、TPS66020介绍

TPS66020是一个功能齐全的电源开关多路复用器，包含一个集成5V拉电流电源路径和一个4V至22V灌电流电源路径。当输出负载超过选定电流限制阈值时，5V拉电流路径通过在恒定电流模式下运行，将输出电流限制在安全的电平。每种电源路径都支持过热保护和反向电流保护。VBUS具有过压保护，其电平由可选的外部电阻分压器设置。如果不需要过压保护，可以通过接地OVP终端来禁用。TPS6602x系列支持显示过流和过热事件的故障引脚。 TPS6602x 系列还支持高电压VBUS LDO稳压器（每种器件类型为3.3V或5V），可用于在电池电量耗尽的情况下为设备和其他系统组件供电。

二、USB-PD介绍

USB-PD 是一种基于 USB Type-C 标准构建的先进快速充电技术，它基于充电规范运行，以最大限度地提高传输到连接设备的功率。USB-PD 规范定义了设备如何利用 USB Type-C 连接器供电，以及如何在供电过程中识别和管理这些设备。USB-PD 的一个关键特性是，它可以使设备能够在精确传输或接收电源之前通过 USB Type-C 连接器上的专用通信通道进行通信。这可以让设备仅获得所需的功率，防止过度充电或充电不足的问题。

由USB实施者论坛（USB-IF）设计的USB供电（USB-PD）规范已经发展了四个版本，逐步增强了供电能力和灵活性。最初的USB-PD 1.0仅提供固定功率配置：10W（5V，2A）、18W（12V，1.5A）、36W（12V，3A）、60W（20V，3A）和100W（20V，5A）。USB-PD 2.0为标准功率范围（SPR）引入了四个固定电压电平（5V、9V、15V、20V），具有3A或5A的灵活电流选项。这种组合实现了更多通用的充电选项，功率范围从0.5W到100W不等。USB-PD 3.0进一步扩展了USB-PD 2.0的功能，提供额外的设备信息，如电源状态、电池电量和系统通知。

三、TDS器件介绍

TDS(平缓钳位浪涌抑制器)具有精准且恒定的触发电压、优异的钳位性能及稳定的温度特性，可为系统提供更全面保护。当 EOS 事件来临时，瞬态电压攀升至超过集成精密触发器所设定的击穿电压（VBR）阈值，触发电路精确的开启内置泄流场效应晶体管，有效的将瞬态高压与大电流安全释放到地。由于TDS的内置泄流场效应晶体管具有极低的导通电阻，其钳位电压在额定峰值脉冲电流范围内几乎是恒定的。

在选择浪涌防护器件时，许多工程师会优先选择TVS 二极管，实际上大电流TDS芯片在成本和性能、面积上比TVS更具优势。TDS器件的优势如下：

在提供相同保护的情况下，TDS耗散浪涌能量较小，能通过自身特性将过压与过流事件高效泄放到地，从而避免增加自身热损耗。

TDS器件体积小巧，结构紧凑，为硬件工程师设计高度集成型解决方案提供了更优选择。如果应用需要超过单个TDS器件所能提供的特定钳位电压，可以将多个TDS器件串联，提供了更多的灵活性。

TDS器件的钳位电压通常比传统TVS保护设备的钳位电压低30%，减少了系统的电气应力，可以更好的保护后端IC，也为系统中的其他组件创造了更大的安全余量。

TDS器件在额定峰值脉冲电流范围内拥有几乎恒定的钳位电压。传统TVS二极管的箝位电压随着峰值脉冲电流的增加而增加，而TDS器件的钳位电压在最大峰值脉冲电流之前几乎保持不变。

TDS器件的钳位电压在工作温度范围内保持稳定，而传统TVS二极管的钳位电压随温度变化。TDS器件拥有卓越的耐用性，在工作规格内性能不会下降，仍能保证低漏电和高钳位电压。

四、应用方案

图1 应用方案

上图介绍了电源多路复用器TPS66020部分电路参考设计,VBUS引脚上的最大电压可以达到22V，在该引脚上使用平缓钳位浪涌抑制器（TDS）ESTVS2200DRVR来防止过电压和瞬态。

ESTVS2200DRVR是湖南静芯开发的平缓浪涌抑制器(TDS)，可用于保护工作电压为 20V、22V、24V 的系统，具有精准且恒定的触发电压、优异的钳位性能及稳定的温度特性，可为系统提供更全面保护。ESTVS2200DRVR 器件为 DFN 2mm x 2mm x 0.68mm 6引脚封装，工作电压最大可达 24V，可在 ESD 和浪涌事件发生时保护 USB-PD 控制器。器件的触发电压典型值为25.6V，额定瞬态峰值脉冲电流可达70A(tp=8/20μs)，钳位电压VC为30V以内，且符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±30kV（空气）和 ±30kV（接触）下提供瞬变保护。

五、器件电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted