ZHCSUJ5 March 2025 TPS1689
ADVANCE INFORMATION
確定要并聯(lián)使用的電子保險(xiǎn)絲器件數(shù)量
由于設(shè)計(jì)必須具有用于遙測(cè)、控制和配置的 PMBus? 功能或接口，因此 TPS1689 電子保險(xiǎn)絲必須用作主器件，與用作輔助器件的 TPS1685x 電子保險(xiǎn)絲并聯(lián)，以便支持所需的穩(wěn)定狀態(tài)熱設(shè)計(jì)電流。由于結(jié)溫至環(huán)境溫度熱阻 (RθJA) 的差異很小，每個(gè) TPS1689 電子保險(xiǎn)絲和 TPS1685x 電子保險(xiǎn)絲的額定最大 RMS 電流分別為 20A 和 20A，最高結(jié)溫為 125°C。因此，方程式 17 可以用于計(jì)算要與 TPS1689 電子保險(xiǎn)絲并聯(lián)的 TPS1685x 電子保險(xiǎn)絲 (N-1) 的數(shù)量，以支持必須為其設(shè)計(jì)解決方案的最大穩(wěn)定狀態(tài)直流負(fù)載電流 (ILOAD(max))。根據(jù) 表 7-1，IOUT(max) 為 40A。因此、并聯(lián)了一 (1) 個(gè) TPS1689 和一 (1) 個(gè) TPS1685x 電子保險(xiǎn)絲，以支持所需的穩(wěn)定狀態(tài)負(fù)載電流。
在 TPS1689 和 TPS1685x 電子保險(xiǎn)絲的并聯(lián)組合中設(shè)置主器件和輔助器件
TPS1689 默認(rèn)用作主器件。通過(guò)將所有 TPS1685x 電子保險(xiǎn)絲的 MODE 引腳連接到 GND，這些電子保險(xiǎn)絲可以被配置為輔助器件。選擇 VIREF 以設(shè)置過(guò)流保護(hù)和有源電流均流的參考電壓
過(guò)流保護(hù)和有源電流均流的參考電壓 (VIREF) 默認(rèn)為 1V。但是，如果需要 0.3V 至 1.2V 范圍內(nèi)的另一個(gè)參考電壓，則可以使用 VIREF 寄存器通過(guò) PMBus? 對(duì)其進(jìn)行編程。當(dāng) IMON 引腳電壓 (VIMON) 用作 ADC 的輸入以監(jiān)控系統(tǒng)電流或?qū)崿F(xiàn) VR 控制器內(nèi)的平臺(tái)功率控制 (Intel PSYS) 功能時(shí)，VIREF 必須設(shè)置為控制器 ISYS_IN 輸入的最大電壓范圍的一半。此操作為系統(tǒng)提供了必要的余量和動(dòng)態(tài)范圍，以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)最高為快速跳變閾值 (2 × IOCP(TOTAL)) 的負(fù)載電流。為了提高防噪性能，在 IREF 引腳和 GND 之間放置一個(gè) 1nF 陶瓷電容器。
將 VIREF 保持在建議的電壓范圍內(nèi)，以確保過(guò)流檢測(cè)電路正常工作。
選擇 RIMON 電阻器以設(shè)置穩(wěn)定狀態(tài)期間的過(guò)流（斷路器）和快速跳變閾值
TPS1689 電子保險(xiǎn)絲通過(guò)在用戶可調(diào)節(jié)的瞬態(tài)故障消隱間隔后關(guān)閉輸出來(lái)應(yīng)對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)期間的輸出過(guò)流情況。此電子保險(xiǎn)絲器件持續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)總電流 (IOUT) 并在 IMON 引腳上產(chǎn)生成比例的模擬電流輸出 (IIMON)。這會(huì)在 IMON 引腳電阻器 (RIMON) 兩端產(chǎn)生電壓 (VIMON)，以響應(yīng)負(fù)載電流，其定義為 方程式 18。
GIMON 是電流監(jiān)控器增益 (IIMON：Iout)，其典型值為 18.23μA/A。通過(guò)將 VIMON 與作為閾值的 VIREF 進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)過(guò)流情況。穩(wěn)定狀態(tài)期間的斷路器閾值 (IOCP(TOTAL)) 可以使用 方程式 19 計(jì)算得出。
在此設(shè)計(jì)示例中，IOCP(TOTAL) 被視為約 44A。因此，IOCP(TOTAL) 需要設(shè)置為 44A，RIMON 可以計(jì)算為 1246.6Ω，其中 GIMON 為 18.23μA/A 且 VIREF 為 1V。所選 RIMON 值為 1240Ω，其中容差為 0.1% 且額定功率為 100mW。這會(huì)導(dǎo)致斷路器閾值為 44.2A。為了提高防噪性能，在 IMON 引腳和 GND 之間放置一個(gè) 22pF 陶瓷電容器。
選擇 RIMON 時(shí)必須考慮總體系統(tǒng)輸出電流 (IOUT)，而不是每個(gè)獨(dú)立器件承載的電流。
選擇 RILIM 電阻器以設(shè)置穩(wěn)定狀態(tài)期間的有源均流閾值
RILIM 用于設(shè)置并聯(lián)鏈中各器件在穩(wěn)定狀態(tài)期間的有源電流均流閾值。每個(gè)器件都持續(xù)監(jiān)測(cè)流過(guò)它的電流 (IDEVICE) 并在其自身的 ILIM 引腳上輸出成比例的模擬輸出電流。這進(jìn)而在相應(yīng)的 ILIM 引腳電阻器 (RILIM) 兩端產(chǎn)生成比例的電壓 (VILIM)，表示為 方程式 20。
GILIM 是電流監(jiān)測(cè)器增益 (IILIM: IDEVICE)，其典型值為 18.24μA/A。
穩(wěn)定狀態(tài)期間的主動(dòng)均流：此機(jī)制僅在器件達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后才起作用，并通過(guò)將其自身的負(fù)載電流信息 (VILIM) 與有源電流均流參考 (CLREFLIN) 閾值（定義為 方程式 21）進(jìn)行比較而獨(dú)立起作用。
選擇過(guò)流消隱計(jì)時(shí)器持續(xù)時(shí)間 (tOC_TIMER)
整個(gè)并行鏈的過(guò)流消隱計(jì)時(shí)器持續(xù)時(shí)間 (tOC_TIMER) 由 TPS1689 控制，并默認(rèn)設(shè)置為 2.18ms。但是，它可以通過(guò) PMBus? 使用 OC_TIMER (E6h) 寄存器編程為不同的值。所有輔助 TPS1685x 器件的 ITIMER 引腳必須保持開(kāi)路。
選擇電阻器來(lái)設(shè)置欠壓鎖定閾值
選擇電阻器以設(shè)置過(guò)壓鎖定閾值
過(guò)壓鎖定 (OVLO) 閾值通過(guò)使用連接在設(shè)備的 IN、OVLO 和 GND 引腳之間的外部分壓器網(wǎng)絡(luò) R3 和 R4 進(jìn)行調(diào)整，如過(guò)壓保護(hù)部分所述。設(shè)置 OVLO 閾值所需的電阻值通過(guò)使用下面的公式計(jì)算得出。
為了盡可能降低從電源汲取的輸入電流，TI 建議對(duì) R3 和 R4 使用較高的電阻值。根據(jù)器件電氣規(guī)范，OVLO 上升閾值 VOVLO(R) = 1.164V。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，VINOVLO = 60V。首先選擇 R1 的值 = 5.11M?，然后使用 方程式 24 計(jì)算得出 R3 = 101k?。使用最接近的標(biāo)準(zhǔn) 1% 電阻值：R3 = 5.11MΩ 且 R4 = 102kΩ。為了降低噪聲，請(qǐng)?jiān)?OVLO 引腳和 GND 之間放置一個(gè) 10pF 陶瓷電容器。
在 TPS1689 和 TPS1685x 的 VIN 和 VDD 之間選擇 R-C 濾波器
VDD 引腳用于通過(guò)經(jīng)過(guò)濾波的穩(wěn)定電源為電子保險(xiǎn)絲器件的內(nèi)部控制電路供電，使之不受系統(tǒng)瞬態(tài)的影響。因此，在輸入電源（IN 引腳）和 VDD 引腳之間使用 R (150Ω) – C (0.22μF) 濾波器。這有助于濾除電源噪聲，并在嚴(yán)重故障（例如輸出端短路）期間保持控制器電源。在并聯(lián)鏈中，必須為每個(gè)器件采用此 R-C 濾波器。
為 PMBus? SCL、SDA 和 SMBA# 線路選擇上拉電阻器
SCL、SDA 和 SMBA# 線路通常可以通過(guò) 10kΩ 的上拉電阻器上拉至低于 5V 的電勢(shì)力。但是，要根據(jù)系統(tǒng)規(guī)范獲得這些上拉電阻器的適當(dāng)值，請(qǐng)參閱 I2C 總線上拉電阻器計(jì)算。
配置 PMBus? 目標(biāo)器件地址
在 ADDR0 和 ADDR1 之間連接適當(dāng)?shù)碾娮杵髦?GND，或?qū)⑦@些引腳懸空或按照 節(jié) 6.3.14.1 中所述將其連接至 GND，以設(shè)置首選器件地址。為提高防噪性能以實(shí)現(xiàn)正確的地址解碼，請(qǐng)將 10pF 陶瓷電容器與 ADDR0 和 ADDR1 上的電阻器并聯(lián)。
選擇輸入端的 TVS 二極管和輸出端的肖特基二極管
如果發(fā)生短路或斷路器事件，當(dāng)器件瞬間中斷大電流時(shí)，輸入電感會(huì)在輸入端產(chǎn)生正電壓尖峰，而輸出電感會(huì)在輸出端產(chǎn)生負(fù)電壓尖峰。這些電壓尖峰（瞬變）的峰值振幅取決于與器件輸入或輸出串聯(lián)的電感值。如果不采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)解決此問(wèn)題，此類瞬變可能會(huì)超過(guò)器件的絕對(duì)最大額定值，并最終導(dǎo)致因電氣過(guò)應(yīng)力 (EOS) 而導(dǎo)致的故障。解決此問(wèn)題的典型方法包括：
更大限度減少進(jìn)出器件的引線長(zhǎng)度和電感。
使用較大的 PCB GND 平面。
在輸入端添加瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管來(lái)鉗制正瞬態(tài)尖峰。
在輸出端使用肖特基二極管來(lái)吸收負(fù)尖峰。
請(qǐng)參閱熱插拔電路中的 TVS 鉗位 和在熱插拔和 ORing 應(yīng)用中選擇 TVS 二極管 以了解有關(guān)以下詳細(xì)信息：選擇合適的 TVS 二極管以及要并聯(lián)的 TVS 二極管數(shù)量，以有效地將輸入端的正瞬態(tài)電壓鉗位在 IN 引腳的絕對(duì)最大額定值 (90V) 以下。這些 TVS 二極管還有助于在熱插拔事件期間限制 IN 引腳上的瞬態(tài)電壓。在此設(shè)計(jì)示例中，并聯(lián)使用了 2 個(gè) SMDJ54A。
所選 TVS 二極管在 Ipp (10/1000μs) (V) 時(shí)的最大鉗位電壓 VC 規(guī)范必須低于電源輸入 (IN) 引腳的絕對(duì)最大額定值，以確保電子保險(xiǎn)絲安全工作。
必須根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇肖特基二極管：
所選二極管的非重復(fù)峰值正向浪涌電流 (IFSM) 必須大于快速跳變閾值。如果單個(gè)肖特基二極管無(wú)法滿足所需的 IFSM 額定值，則必須使用兩個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)的肖特基二極管。方程式 26 可計(jì)算出必須并聯(lián)的肖特基二極管數(shù)量 (NSchottky)。
接近 IFSM 的正向壓降 (VF) 必須盡可能小。理想情況下，OUT 引腳上的負(fù)瞬態(tài)電壓必須鉗制在 OUT 引腳的絕對(duì)最大額定值 (–5V) 內(nèi)。
直流阻斷電壓 (VRM) 必須大于最大輸入工作電壓。
漏電流 (IR) 必須盡可能小。
在此設(shè)計(jì)示例中，并聯(lián)使用了 2 個(gè) B360-13-F。
選擇 CIN 和 COUT
TI 建議添加陶瓷旁路電容器，以幫助穩(wěn)定輸入端和輸出端的電壓。CIN 的值必須保持較小，以最大限度地減小熱插拔事件期間的電流尖峰。對(duì)于每個(gè)器件，0.1μF 的 CIN 是合理的目標(biāo)。由于 COUT 在熱插拔期間不會(huì)充電，因此可以在每個(gè)器件的 OUT 引腳上使用較大的值（例如 2.2μF）。