深入解析 TPS25923x 5-V eFuse：特性、应用与设计要点

在电子设备的设计中，电路保护和电源管理至关重要。德州仪器（TI）的 TPS25923x 系列 eFuse 为我们提供了一个高度集成的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

文件下载：tps25923.pdf

产品特性

基本参数与集成度

TPS25923x 是一款 5-V eFuse，其 (V{ABSMAX}=20 V)，集成了 28-mΩ 的 Pass MOSFET，能在一定程度上降低导通损耗。它拥有固定的 6.1-V 过压钳位功能，可有效保护后续电路免受过压损坏。电流限制（(I{LIMIT})）可在 1-A 到 5-A 之间进行调节，并且在 3.7A 时，(I_{LIMIT}) 精度可达 ±8%。

保护功能强大

它支持反向电流阻断，能防止电流反向流动，保护电路安全。还具备可编程的输出压摆率（dV/dT）和欠压锁定（UVLO）功能，可根据实际需求对输出电压的上升速率和欠压保护阈值进行设置。内置的热关断功能，当芯片温度超过阈值（通常为 150°C）时，会自动关闭内部 MOSFET，避免因过热损坏。该产品还通过了 UL 2367 认证（文件编号 E339631），且在单点故障测试（UL60950）中表现安全。

封装优势

采用 10L（3 mm x 3 mm）VSON 小封装，节省电路板空间，适合对空间要求较高的应用场景。

应用领域

多领域广泛应用

TPS25923x 适用于多种设备，如适配器供电设备、硬盘驱动器（HDD）和固态硬盘（SSD）、机顶盒、服务器/AUX 电源、风扇控制以及 PCI/PCIe 卡等。在这些应用中，它可以有效地保护电路免受各种故障的影响，提高系统的可靠性。

规格参数详细解读

绝对最大额定值

在使用 TPS25923x 时，需注意其绝对最大额定值。例如，输入电压 (V{IN}) 的最大耐受值在瞬态（10 ms）时为 20 V，输出电压在瞬态（< 1 µs）时最大为 (V{IN}+0.3 V)。超出这些额定值可能会对器件造成永久性损坏。

ESD 评级

该器件的人体模型（HBM）静电放电（ESD）评级为 ±2000 V，带电设备模型（CDM）为 ±500 V。在实际操作中，要注意静电防护，避免因静电导致器件损坏。

推荐工作条件

推荐的输入电压范围为 4.5 - 5.5 V，连续输出电流最大为 5 A。在设计电路时，应确保器件工作在这些推荐条件下，以保证其性能和可靠性。

电气特性

不同参数在特定测试条件下的表现也很关键。例如，UVLO 阈值上升（(V{UVR})）典型值为 4.3 V，过压钳位（(V{OVC})）在不同温度和负载条件下也有相应的取值范围。这些参数对于准确设计和使用 TPS25923x 至关重要。

工作原理与功能模块

启动与控制

TPS25923x 通过监测 (V{IN}) 总线启动工作。当 (V{IN}) 超过欠压锁定阈值（(V{UVR})）时，会对 EN/UVLO 引脚进行采样。若该引脚为高电平，内部 MOSFET 开启，电流从 (V{IN}) 流向 OUT。若 EN/UVLO 引脚为低电平（低于 (V_{ENF})），则内部 MOSFET 关闭。用户还可以通过在 dV/dT 引脚和 GND 之间连接电容来调整输出电压的上升时间。

运行监测与保护

在启动成功后，器件会实时监测负载电流和输入电压，确保可调节的过载电流限制 (I{OL}) 不被超过，同时将输入电压尖峰安全钳位到 (V{OVC}) 水平。此外，内置的热传感器会在器件温度超过 (T{SHDN})（通常为 150°C）时，关闭内部 MOSFET，断开负载与电源的连接。对于 TPS259230，输出会一直保持断开状态，直到电源重启或 EN/UVLO 引脚进行切换；而 TPS259231 会在温度降至 (T{SHDN}-10°C) 后尝试重启。

快速跳闸机制

在瞬态短路事件中，电流会迅速增加。由于电流限制放大器的带宽有限，无法快速响应，因此 TPS25923x 采用了快速跳闸比较器。当 (I{OUT}>I{FASTRIP})（(I{FASTRIP}=1.6×I{OL})）时，快速跳闸比较器会迅速关闭开关器件，终止快速短路峰值电流。之后，电流限制放大器会将输出电流平稳调节到 (I_{OL})。

典型应用示例

机顶盒的 eFuse 保护

对于机顶盒应用，可设计一个简单的 3.7-A eFuse 保护电路。在这个设计中，需要根据设计要求选择合适的组件值。例如，通过 (R{ILIM}) 电阻设置过载电流限制，使用外部电阻分压器调整欠压锁定（UVLO）跳闸点。同时，要根据负载情况和电容值计算启动时的涌流和功耗，选择合适的 (C{dVdT}) 电容来控制输出电压的上升时间，避免热关断。

SSD 的浪涌和反向电流保护

在固态硬盘（SSD）应用中，TPS25923x 可用于提供浪涌和反向电流保护。通过设置合适的 (R{ILIM}) 电阻和 UVLO 跳闸点，选择合适的 (C{dVdT}) 电容来控制启动时间，确保器件在启动和运行过程中的安全性。同时，利用 BFET 引脚连接外部 NFET，在 (V_{IN}) 电源故障时断开输入电源与系统的连接，防止反向电流流动。

设计要点与注意事项

电源推荐

TPS25923x 设计用于 4.5 - 18 V 的电源电压范围。若输入电源与器件距离较远，建议使用大于 0.1 μF 的输入陶瓷旁路电容。电源的额定电流应大于设定的电流限制，以避免在过流和短路情况下出现电压下降。

瞬态保护

在短路和过载电流限制时，器件中断电流会导致输入和输出产生电压尖峰。为了减少这些瞬态影响，可以采取一些措施，如减小引线长度和电感、使用大的 PCB GND 平面、在输出端跨接肖特基二极管吸收负尖峰，以及使用低价值的陶瓷电容器吸收能量和抑制瞬态。在某些应用中，可能还需要添加瞬态电压抑制器（TVS）。

电路布局

合理的 PCB 布局对于 TPS25923x 的性能至关重要。在 IN 端子和 GND 之间建议使用 0.01-µF 或更大的陶瓷去耦电容，且应尽可能靠近器件的 IN 和 GND 端子放置，以减小旁路电容连接、IN 端子和 IC 的 GND 端子形成的环路面积。高电流承载的电源路径连接应尽可能短，并且尺寸应能承载至少两倍的满载电流。GND 端子应连接到 PCB 接地平面。所有支持组件（如 (R{ILIM})、(C{dVdT}) 和 EN/UVLO 电阻）应靠近其连接引脚放置，并以最短的走线长度连接到器件的 GND 引脚。保护器件应靠近被保护的器件放置，以减少电感。

总结

TPS25923x 系列 eFuse 凭借其丰富的功能、强大的保护性能和小封装优势，在众多电子设备的电路保护和电源管理中具有广泛的应用前景。作为电子工程师，我们在设计过程中需要充分了解其特性和规格，合理选择组件值，注意电源推荐、瞬态保护和电路布局等要点，以确保设计出稳定可靠的电路系统。你在使用类似 eFuse 产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。