ZHCT503 April 2024 TPS22995H-Q1
在設計通過多個電壓軌運行的復雜電子器件(例如微控制器、微處理器、FPGA、ADC 等等)時,電源時序是一項重要因素。更重要的是,在汽車應用領域,尤其是信息娛樂系統和 ADAS 中,微處理器需要具有不同時序配置和斜升速率的電源序列。這意味著多個電源軌在不同的電容和負載條件下以各種順序上電和下電,因此接通順序和壓擺率都很重要。電源軌時序順序和壓擺率可確保內部電路正確偏置,并在啟動階段交錯布置浪涌電流。因此,使用具有可調壓擺率選項的電子 IC 對于上述應用是有利的。
在可用的選項中,負載開關是在設計中實現電源時序的理想選擇,因為負載開關可通過更小的設計尺寸提供靈活性和增強保護。負載開關可提供設計靈活性,并輕松控制子系統的電源時序。每個電源軌都可以獨立開啟和關閉,無需大量的處理器干預,并且每個電源軌的上升和下降時間都是可調節的。之所以能夠實現這一點,是因為集成負載開關具有各種功能,例如使用外部電阻 (RT) 的可配置上升時間和下降時間,以及 IC 內部或外部的快速輸出放電 (QOD)。TPS22995H-Q1 是集成負載開關的示例,兼具這兩種功能。
對于汽車應用(具有特定的電源時序要求),可使用集成或分立式負載開關。所有集成負載開關均將內部 FET 的柵極連接到外部引腳以控制壓擺率。通常情況下這不是問題,但在高濕度環境中,可能會將高達 100kΩ 的電阻從柵極連接到 GND。這會使電荷泵不堪重負并阻止負載開關開啟。在這樣的情況下,系統上的集成負載開關由于高濕度而無法正常工作,因此系統設計人員通常會選擇分立式負載開關。分立式設計不依賴于電荷泵,因此不受 100kΩ 電阻接地短路的影響。但是,由于物料清單 (BOM) 數量、成本和設計尺寸會增加,因此通常不優先選擇這種設計。選擇具有優化 BOM 成本和占用空間的實用設計。TPS22995H-Q1 是具有耐濕性的汽車級負載開關,可提供可調節壓擺率控制。與分立式設計相比,TPS22995H-Q1 尺寸更小,所需的 BOM 數量更少。
圖 1 展示了 TPS22995H-Q1 IC 引腳排列和功能圖。可以使用 RT 電阻器作為外部元件來調節壓擺率。增大 RT 會減小 VOUT 斜坡的壓擺率。
圖 1 TPS22995H-Q1 IC 引腳排列和功能圖圖 3 展示了上升和下降時間以及壓擺率測量的時序圖。更改 RT 值會直接影響上升沿期間從 VOUT 的 10% 上升到 90% 所用的時間。要縮短 tRISE,必須降低 RT 值。相反,要延長上升時間,必須使用更大的 RT。
圖 2 上升和下降時間以及壓擺率測量的時序圖對于需要特定 VOUT 斜升速率的應用,設計人員可以通過選擇更大或更小的 RT 電阻來實現此目的,如圖 3 和圖 4 中的圖所示。
圖 3 TPS22995H-Q1 上升時間與 RT 間的關系
圖 4 TPS22995H-Q1 壓擺率與 RT 間的關系集成負載開關是一種有效的方案,適用于對電源時序和受控上升時間有特殊要求的電子應用,同時還能保持較低的 BOM 數量和較小的系統 PCB 面積。然而,在高濕度環境等極端運行條件下使用這些器件成為一項主要工程挑戰。如本文所述,TPS22995H-Q1 通過集成對高濕度環境的耐受性,提高了電路的穩健性。這種濕度特性使器件能夠按預期繼續運行,從而滿足設計目標。此外,如果任何引腳與 GND 或電源之間發生 100kΩ 短路,器件將繼續正常運行。因此,隨著對具有更低 BOM 成本和更小占用空間的容錯 IC 的需求不斷增加,TI TPS22995H-Q1 成為理想選擇,消除了設計中的問題。