深入解析TPS25961 eFuse：功能特性与应用设计全攻略

在电子工程师的日常设计工作中，电路保护和电源管理是至关重要的环节。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）推出的TPS25961 eFuse，看看它在这方面能为我们带来哪些出色的解决方案。

文件下载：tps25961.pdf

一、TPS25961概述

TPS25961是一款高度集成的电路保护和电源管理解决方案，采用小巧的2mm × 2mm SON封装。它能在多种恶劣的电气环境下，为输入电源和下游电路提供可靠的保护，防止过载、短路、电压浪涌和过大的浪涌电流对设备造成损害。

二、核心特性亮点

1. 宽输入电压范围

输入电压范围为2.7 V至19 V，绝对最大电压可达21 V，这使得它能适应多种不同的电源系统，为设计带来了极大的灵活性。

2. 低导通电阻

典型导通电阻 (R_{on}=106 - mOmega)，低导通电阻意味着在导通状态下功耗更低，能有效提高系统的效率。

3. 多种保护机制

• 过压保护：响应时间典型值为1.3 μs，可选择固定内部阈值（典型值5.98 V），也能通过外部电阻分压器调整阈值。
• 过流保护：可调节的电流限制阈值范围为0.1 A到2 A，在25°C、1.45 - A电流限制时，电流限制精度最大为 ±18%。
• 短路保护：典型响应时间为5 μs，能迅速应对短路情况，保护电路安全。
• 过温保护（OTP）：当器件检测到热过载时会自动关闭，直到温度降低到安全范围后进行自动重试。

  4. 其他特性

• 具有可调的欠压锁定（UVLO）功能的高电平有效使能输入。
• 输出压摆率控制（dVdt），典型值为5.17 V/ms，能有效控制浪涌电流。
• 低静态电流，典型值为130 μA，有助于降低系统功耗。

三、引脚配置与功能

TPS25961采用6 - 引脚SON封装，各引脚功能如下：	引脚名称	引脚编号	输入/输出	描述
OUT	1	功率输出	通过外部电阻分压器可调整过压锁定阈值，直接连接到GND可使用内部固定过压锁定阈值
OVLO	2	模拟输入	通过连接到GND的外部电阻设置输出电流限制阈值，浮空时设置为最小值
ILIM	3	模拟输出
GND	4	接地	连接到系统电气接地
EN/UVLO	5	模拟输入	器件的高电平有效使能端，可通过电阻分压器调整欠压锁定阈值
IN	6	功率输入	功率输入端

此外，暴露的焊盘主要用于散热，必须连接到PCB上的GND平面。

四、应用领域广泛

TPS25961在众多领域都有出色的应用表现，常见的应用场景包括：

• 适配器输入保护：防止输入电源的异常对后端设备造成损坏。
• 能量表：确保能量表在复杂的电源环境下稳定工作。
• 智能音箱：为智能音箱的稳定运行提供电源保护。
• 无线耳塞充电器：保障充电过程的安全性和稳定性。
• 机顶盒：防止电源波动对机顶盒造成损害。
• IP网络摄像机：为网络摄像机提供可靠的电源管理。

五、设计与应用实现

1. 典型应用示例 - 机顶盒适配器输入保护

以机顶盒适配器输入保护为例，TPS25961能有效应对输入电压过冲、浪涌电流等问题。以下是详细的设计步骤：

（1）编程电流限制阈值

已知所需电流限制 (I{LIM}) 为2 A，大于200 mA，使用公式 (R{ILIM}=frac{50000}{I{LIM}}) 计算，选择最接近的标准值电阻25.5 kΩ（1% 公差），且该值不在不推荐的 (R{ILIM}) 范围内。

（2）欠压和过压锁定设定点

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}) 计算电阻 (R1)、(R2) 和 (R3) 的值。考虑到电阻的漏电流，需选择合适的电阻值，最终选择 (R1 = 470 kΩ)、(R2 = 31.6 kΩ)、(R3 = 44.2 kΩ)。

（3）输出电压上升时间

TPS25961的典型压摆率为5 V/ms，可计算浪涌电流 (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)。通过查看热关断时间与功耗的关系曲线，确保热关断时间大于上升时间 (t{R})，以避免启动失败。

2. 电源供应建议

• 输入电源电压范围为2.7 - V至19 - V，若输入电源距离器件较远，建议使用大于0.1 μF的输入陶瓷旁路电容。
• 电源的额定电流应高于设定的电流限制，以避免在过流和短路情况下出现电压下降。

3. 瞬态保护

在短路和过载电流限制时，输入和输出电感会产生电压尖峰。为解决这一问题，可采取以下措施：

• 尽量减小器件的输入和输出引线长度和电感。
• 使用大面积的PCB GND平面。
• 在输出端跨接肖特基二极管以吸收负尖峰。
• 使用低阻值陶瓷电容 (C{IN}=0.1 μF) 吸收能量和抑制瞬态。对于需要通过IEC 61000 - 4 - 4测试的系统，建议使用最小2.2 μF的 (C{IN})。
• 某些应用可能需要添加瞬态电压抑制器（TVS）。

4. 布局指南

• 在IN和GND端子之间推荐使用0.1 μF或更大的陶瓷去耦电容，对于热插拔应用，可根据情况减少或消除该电容。
• 去耦电容应尽可能靠近器件的IN和GND端子，减小旁路电容连接、IN端子和IC的GND端子形成的环路面积。
• 高电流功率路径连接应尽可能短，且尺寸应能承载至少两倍的满载电流。
• GND端子应连接到IC端子处的PCB接地平面。
• 与器件连接的支持组件（如 (R_{ILIM})、EN/UVLO和OVLO的电阻网络）应靠近其连接引脚，并以最短的走线连接到器件的GND引脚。
• 保护器件（如TVS、电容、二极管等）应靠近被保护的器件放置，走线应尽量短以减少电感。

六、总结

TPS25961凭借其丰富的功能特性和出色的保护性能，为电子工程师在电路保护和电源管理设计中提供了一个可靠的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的设计要求，合理选择和配置相关参数，并注意PCB布局和电源供应等方面的问题，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用TPS25961的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。