TPS25751：高性能USB Type - C与USB PD控制器的全方位解析

在当今的电子设备领域，USB Type - C和USB PD技术的应用越来越广泛。德州仪器（TI）推出的TPS25751是一款针对电源应用进行了优化且具有集成电源开关的USB Type - C和USB PD控制器，它为设计人员提供了全面且强大的解决方案。这篇文章将深入探讨TPS25751的特性、应用、技术规格以及设计要点。

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特性亮点

强大的认证与兼容性

TPS25751的PD控制器已通过USB - IF的PD3.1认证，这意味着在认证新的USB PD设计时可放心使用，大大提高了产品的兼容性和可靠性。同时，它还支持多种应用场景，涵盖了电动工具、移动电源、零售和支付设备，以及无线扬声器、无线真空吸尘器等个人电子产品和工业应用，还能用于家庭医疗保健和个人健康与健身设备。

集成化与易用性

该控制器是一款高度集成的独立式解决方案，集成了完全管理的电源路径和强大的保护功能，能够提供完整的USB - C PD解决方案。此外，它还集成了对外部电池充电器IC的控制功能，可显著提高易用性并缩短产品面市时间。基于网络的直观GUI更是一大亮点，通过简单的方框图和多选题了解用户的应用需求，最终为用户创建配置映像，相比同类USB PD解决方案，大大简化了配置流程。

丰富的功能集成

• 可编程电源（PPS）支持：支持PPS作为供电端和受电端，还具备独立PPS供电端控制TI电池充电器，以及用于PPS受电端的可编程接口，为电源管理提供了更多的灵活性。
• 液体检测功能：可直接在Type - C连接器上进行测量，并集成了错误处理和保护机制，有效提高了设备在复杂环境下的稳定性。
• 全面的电源开关与保护：集成了5V、3A、36mΩ电源开关（TPS25751S和TPS25751D），以及20V、5A、16mΩ双向负载开关（仅TPS25751D）。同时，具备集成式反向电流保护、欠压保护、过压保护和压摆率可控制高压双向电源路径，还能为5V/3A拉电流电源路径提供浪涌电流保护，连接到不兼容的器件时，26V耐压CC引脚可提供强大的保护。

应用场景

电源管理应用

• 单一端口电源设计：对于支持Power Provider（Source）和Power Consumer（Sink）的设计，TPS25751是理想选择。它可以通过I2C接口从外部EEPROM下载预配置的固件，实现对电源的精确管理。通过Web工具，还能根据特定的PD充电架构要求和数据角色对固件配置进行定制，同时还能集成对部分电池充电器产品（BQ）的控制。
• 可编程电源供应（PPS）：在PPS应用中，TPS25751D - PPHV和TPS25751S - PPEXT可满足60W/100W的电源需求，支持5V - 21V（20mV步进）的VBUS电压和3A/5A（50mA步进）的电流，为直接充电应用提供了稳定的电源支持。

其他应用功能

• 液体检测：便携式Type - C和PD应用容易受到液体的影响，导致连接器腐蚀或系统损坏。TPS25751利用内置的内部ADC和GPIO与外部电路配合，支持液体检测功能。当检测到液体时，它会采取措施保护Type - C端口，并可通过主机接口向嵌入式控制器发出通知。
• BC1.2支持：支持BC1.2检测和广告模式，可通过Web工具进行配置。PD控制器通过连接USB D +和D - 引脚，为充电数据端口应用提供BC1.2检测和广告功能。
• USB数据支持：支持高达USB 3.2 Gen 2的USB数据速度。在进入USB枚举时，它可以通过GPIO控制USB SuperSpeed Mux（TUSB1142），实现对USB数据传输的控制。

技术规格

绝对最大额定值

不同型号的TPS25751在电压、电流和温度等方面都有明确的绝对最大额定值。例如，输入电压范围在不同引脚有所不同，PP5V的范围为 - 0.3V至6V，VIN3V3为 - 0.3V至4V等。这些额定值界定了器件的安全工作范围，设计时需严格遵守，否则可能导致器件永久损坏。

推荐工作条件

同样，对于不同型号，也给出了推荐的工作条件，包括输入电压范围、输出电压范围、输出电流等。例如，VIN 3V3的推荐范围为3.0V至3.6V，PP5V为4.9V至5.5V等。在这些条件下工作，能确保器件的性能和可靠性。

热性能信息

文档中还提供了详细的热性能信息，如TPS25751D和TPS25751S的热阻等参数。了解这些信息对于设计散热方案至关重要，确保器件在高温环境下也能稳定工作。

其他性能参数

还包含了电源开关特性、CC电缆检测参数、CC VCONN参数、CC PHY参数等一系列性能参数，为设计人员提供了全面的参考依据。

设计要点

电源供应

• 3.3 - V电源：VIN_3V3输入是TPS25751的主要电源，VIN_3V3开关是一个单向开关，确保电流只能从VIN_3V3流向LDO_3V3。推荐在VIN3V3引脚和GND引脚之间连接电容$C{VIN_3V3}$ ，以保证电源的稳定性。
• 1.5 - V电源：内部电路由1.5V供电，通过1.5V LDO将LDO_3V3的电压降至1.5V。同样，需要在LDO_1V5引脚和GND引脚之间连接推荐的电容$CLDO_1V5$ 。

布局设计

• TPS25751D：布局时需遵循一些准则，如使用合适的过孔尺寸和最小走线宽度，以确保信号完整性和散热性能。对于不同的引脚和电源平面，如LDO_1V5、LDO_3V3、VIN_3V3、CC1、CC2、PP5V、PPHV、VBUS等，都有特定的组件放置和布线要求。
• TPS25751S：与TPS25751D类似，也有相应的布局准则和组件放置要求，如对于LDO_1V5、LDO_3V3、VIN_3V3、CC1、CC2、PP5V、PP_EXT、VBUS等引脚和电源平面的处理。

结语

TPS25751作为一款高性能的USB Type - C和USB PD控制器，凭借其丰富的特性、广泛的应用场景和详细的技术规格，为电子工程师提供了一个强大而可靠的解决方案。在设计过程中，充分了解其特性和设计要点，能够帮助我们更好地发挥其性能，实现高效、稳定的电源管理和数据传输。大家在实际应用中是否也遇到过类似的控制器呢？它们又有哪些独特的优势和挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。