ZHCAC18 January 2023 TPS25961
機(jī)頂盒 (STB)、智能揚(yáng)聲器、電表等終端設(shè)備 (EE) 需要成本低廉且結(jié)構(gòu)緊湊的電源路徑保護(hù)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)由分立式元件組成，例如 MOSFET、保險(xiǎn)絲、PTC、齊納二極管、電阻器、電容器等，用于接通和斷開電源軌。這些設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但通常具有過大的物理和電氣尺寸，并且可能缺乏保護(hù)功能。相比之下，TPS25961 等具有集成 FET 的電子保險(xiǎn)絲可以提供類似功能，還能增加系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，包括浪涌電流限制和減小設(shè)計(jì)尺寸。本應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)重點(diǎn)介紹使用 TPS25961 相對(duì)于分立式設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。TPS25961 是一款采用 2mm × 2mm 封裝且具有過壓、過流和短路保護(hù)功能的 19V 2A 電子保險(xiǎn)絲。該器件非常適合個(gè)人電子產(chǎn)品和工業(yè)電源路徑保護(hù)趨勢(shì)，這些趨勢(shì)要求設(shè)計(jì)具有寬電壓范圍支持，支持絕對(duì)最大電壓最小為 20V，可承受瞬變，且支持小于 2A 的電流限制。
圖 1-1 展示了應(yīng)用的典型分立式實(shí)現(xiàn)，例如 STB、無線耳塞充電盒等終端設(shè)備 (EE) 中的適配器和/或 USB 輸入保護(hù)。該設(shè)計(jì)是非?；镜膶?shí)現(xiàn)，可提供電源路徑通斷功能及浪涌電流控制。使用 TPS25961 的優(yōu)勢(shì)是將關(guān)鍵電源路徑保護(hù)功能集成至更簡(jiǎn)單、更小的設(shè)計(jì)中，包括熱關(guān)斷、受控上升時(shí)間、過壓和短路保護(hù)。除通斷控制外，需要額外穩(wěn)健電源路徑保護(hù)的應(yīng)用必須在分立式實(shí)現(xiàn)中添加更多元件，這將進(jìn)一步增加設(shè)計(jì)尺寸和復(fù)雜性。在某些情況下，例如熱關(guān)斷，可能無法通過分立式元件正確實(shí)現(xiàn)。圖 1-3 比較了基本分立式設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)尺寸，該設(shè)計(jì)充分優(yōu)化 TPS25961 的配置，可提供固定過壓和過流保護(hù)，從而提供通斷控制和固定過流保護(hù)。在該示例中，分立式 FET 設(shè)計(jì)包含 7 個(gè)元件，總設(shè)計(jì)尺寸為 80mm2。相比之下，TPS25961 由 4mm2 的單個(gè) IC 組成，設(shè)計(jì)尺寸減少了 95%。通過在 OVLO 引腳上添加電阻分壓器并在 ILIM 引腳上添加電阻器，TPS25961 還可配置為具有可編程過壓和過流保護(hù)的通用示例，如圖 1-2 所示。
| TPS25961 | PMOS 分立式設(shè)計(jì) | ||
|---|---|---|---|
| 固定 OVP 和 OCP | 可編程 OVP 和 OCP | ||
| BOM 數(shù)目 | 1 | 4 | 7 |
| 設(shè)計(jì)尺寸 | 4 mm2 | 33 mm2 | 80 mm2 |
| 浪涌電流控制 | 線性，浪涌電流較低 | 線性，浪涌電流較低 | 基于 RC，浪涌電流較高 |
| 熱關(guān)斷 | 是 | 是 | 需要額外元件 |
| 短路保護(hù) | 是 | 是 | |
| 過壓保護(hù) | 是 | 是 | |
采用可調(diào)過壓保護(hù)電阻器之后，無線耳塞充電盒等 EE 要求具有固定過壓保護(hù)閾值，以便精簡(jiǎn)物料清單 (BOM)。TPS25961 器件配有 OVLO 引腳，拉至低電平時(shí)，可將該器件配置為固定 6V 過壓保護(hù)。OVLO 引腳也可采用常規(guī)電阻分壓器方法進(jìn)行配置，且該器件能提供可編程 OVP。在基本分立式實(shí)現(xiàn)中添加過壓保護(hù)電路需要額外的元件，例如將進(jìn)一步增大設(shè)計(jì)尺寸的運(yùn)算放大器和電阻器。
使用分立式元件實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)功能可能存在精度較低、尺寸較大和響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等缺點(diǎn)。為減小浪涌電流，分立式實(shí)現(xiàn)通過在 PMOS FET 的源極與柵極之間連接電容器來利用 RC 延遲。雖然該過程有助于通過降低 PMOS 的開關(guān)速度來減小浪涌電流，但由于輸出電壓上升時(shí)間的非線性行為，RC 延遲使電流峰值難以控制。
TPS25961 提供快速準(zhǔn)確的電流控制保護(hù)功能，例如浪涌電流控制、可配置電流限制和輸出短路保護(hù)。TPS25961 有助于智能電表應(yīng)用，例如在過流故障和大容量電容充電事件期間限制從 SMPS 汲取的電流，從而防止輸入電源崩潰，這對(duì)于電表等 EE 非常重要。
多種因素會(huì)導(dǎo)致 FET 結(jié)溫升高，包括高電流負(fù)載、啟動(dòng)期間的大浪涌電流或輸出短路等故障情況。集成 FET 結(jié)溫接近特定閾值時(shí)，TPS25961 的熱關(guān)斷功能會(huì)將其關(guān)閉，從而避免 FET 損壞。相比之下，分立式電路通常不含 pass FET 熱保護(hù)。如果分立式保護(hù)設(shè)計(jì)不當(dāng)，在應(yīng)力事件中，F(xiàn)ET 可能會(huì)因過載而短路并損壞下游負(fù)載或外設(shè)。
與分立式電源路徑保護(hù)設(shè)計(jì)相比，TPS25961 性能更高，設(shè)計(jì)尺寸更小。TPS25961 具有各種系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)，例如減小無線耳塞充電盒尺寸、充分減少過度設(shè)計(jì)、防止 SMPS 崩潰以及確保安全攝像頭具有穩(wěn)健可靠的電源路徑。