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ZHCSTG6B July 2023 – April 2025 TPS25984

PRODUCTION DATA

封裝選項(xiàng)

機(jī)械數(shù)據(jù) (封裝 | 引腳)

RZJ|32
- MPQF664A

散熱焊盤機(jī)械數(shù)據(jù) (封裝 | 引腳)

RZJ|32
- QFND783

訂購信息

8.2.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

確定要并聯(lián)使用的電子保險(xiǎn)絲器件數(shù)量

由于結(jié)溫至環(huán)境溫度熱阻 (R_θJA) 的變化很小，單個(gè) TPS25984x 電子保險(xiǎn)絲器件在環(huán)境溫度為 70°C 時(shí)的額定最大穩(wěn)定狀態(tài)直流電流為 55A。因此，可以使用方程式 26 來計(jì)算出并聯(lián)的器件數(shù)量 (N)，以支持必須為其設(shè)計(jì)解決方案的穩(wěn)定狀態(tài)最大直流負(fù)載電流 (I_LOAD(max))。

方程式 26. $N \geq \frac{I_{O U T (m a x)} (A)}{55 A}$

根據(jù) 表 8-1，I_OUT(max) 為 275 A。因此，五 (5) 個(gè) TPS25984 電子保險(xiǎn)絲并聯(lián)在一起。
設(shè)置并聯(lián)配置中的主器件和輔助器件

MODE 引腳用于將一個(gè) TPS25984x 電子保險(xiǎn)絲配置為并聯(lián)鏈中的主器件，并將其他 TPS25984x 電子保險(xiǎn)絲配置為輔助器件。因此，可以更改 TPS25984 的一些引腳功能，以方便進(jìn)行主器件和輔助器件配置，如多個(gè)器件，并聯(lián)連接中所述。

讓 MODE 引腳保持開路可將相應(yīng)的器件配置為主器件。對(duì)于輔助器件，必須將該引腳連接到 GND。

選擇 C_DVDT 電容器以控制輸出壓擺率和啟動(dòng)時(shí)間

為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的設(shè)計(jì)，需確保器件的結(jié)溫在動(dòng)態(tài)（啟動(dòng)）和穩(wěn)態(tài)條件下均低于絕對(duì)最大額定值。通常，動(dòng)態(tài)功率應(yīng)力遠(yuǎn)大于靜態(tài)應(yīng)力，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須為系統(tǒng)電容及相關(guān)負(fù)載設(shè)置適當(dāng)?shù)膯?dòng)時(shí)間和浪涌電流限制，以避免啟動(dòng)過程中因熱關(guān)斷而導(dǎo)致故障。

表 8-2總結(jié)了在不同負(fù)載條件下啟動(dòng)時(shí)，如果未使用電源正常 (PG) 信號(hào)來啟動(dòng)所有下游負(fù)載的情況下，計(jì)算電子保險(xiǎn)絲上的平均浪涌功率損耗的公式。

表 8-2 浪涌期間平均功率損耗的計(jì)算

啟動(dòng)期間的負(fù)載類型	計(jì)算平均浪涌功率損耗的公式
僅有輸出電容器 C_LOAD (μF)	方程式 27. $\frac{V_{I N}^{2} C_{L O A D}}{2 T_{s s}}$
有輸出電容器 C_LOAD (μF) 和恒定電阻 R_{LOAD(Startup)} (Ω)，導(dǎo)通閾值為 V_RTH (V)	方程式 28. $\frac{V_{I N}^{2} C_{L O A D}}{2 T_{s s}} + \frac{V_{I N}^{2}}{R_{L O A D (S t a r t u p)}} [\frac{1}{6} - \{\frac{1}{2} {(\frac{V_{R T H}}{V_{I N}})}^{2}\} + \{\frac{1}{3} {(\frac{V_{R T H}}{V_{I N}})}^{3}\}]$
有輸出電容器 C_LOAD (μF) 和恒定電流 I_{LOAD(Startup)} (A)，導(dǎo)通閾值為 V_CTH (V)	方程式 29. $\frac{V_{I N}^{2} C_{L O A D}}{2 T_{s s}} + V_{I N} I_{L O A D (S t a r t u p)} [\frac{1}{2} - (\frac{V_{C T H}}{V_{I N}}) + \{\frac{1}{2} {(\frac{V_{C T H}}{V_{I N}})}^{2}\}]$
有輸出電容器 C_LOAD (μF) 和恒定功率 P_{LOAD(Startup)} (W)，導(dǎo)通閾值為 V_PTH (V)	方程式 30. $\frac{V_{I N}^{2} C_{L O A D}}{2 T_{s s}} + P_{L O A D (S t a r t u p)} [\ln ? (\frac{V_{P T H}}{V_{I N}}) + (\frac{V_{P T H}}{V_{I N}}) - 1]$

其中 V_IN 是輸入電壓，T_ss 是啟動(dòng)時(shí)間。

通過組合不同的啟動(dòng)負(fù)載條件，可以使用表 8-2 中的公式計(jì)算總平均浪涌功率損耗 (P_INRUSH)。為了實(shí)現(xiàn)成功啟動(dòng)，系統(tǒng)必須滿足方程式 31 所述條件。

方程式 31.

P_{I N R U S H} (W) \sqrt{T_{s s} (s)} < 10 \times N

其中 N 表示并聯(lián)的電子保險(xiǎn)絲數(shù)量，10W√s 是單個(gè) TPS25984x 電子保險(xiǎn)絲的 SOA 限制值。該公式可用于計(jì)算允許的最大啟動(dòng)時(shí)間 T_ss。

注：

德州儀器 (TI) 建議將 T_ss 設(shè)定在 5ms 至 120ms 范圍內(nèi)，以避免出現(xiàn)啟動(dòng)問題。

必須在 DVDT 引腳與 GND 引腳之間添加一個(gè)電容器 (C_DVDT) 以設(shè)置如上計(jì)算得出的 T_ss 值。使用方程式 32 來計(jì)算 C_DVDT 的值。必須將并聯(lián)鏈中所有電子保險(xiǎn)絲器件的 DVDT 引腳連接在一起。

方程式 32.

C_{D V D T} (p F) = \frac{42000}{V_{I N} (V) / T_{s s} (m s)}

在本設(shè)計(jì)示例中，C_LOAD = 50mF，R_{LOAD(Startup)} = 0.48Ω，V_RTH = 0V，V_IN = 12V 和 T_ss = 10ms。使用表 8-2 中提供的公式計(jì)算得出 P_INRUSH 為 410W?？梢则?yàn)證系統(tǒng)滿足方程式 31 中所述條件，因此能夠成功啟動(dòng)。如果方程式 31 所述條件未滿足，則需要調(diào)整啟動(dòng)負(fù)載或 T_ss 的值，以避免在啟動(dòng)期間發(fā)生熱關(guān)斷。使用 V_IN = 12V，T_ss = 10ms 和方程式 32，可以計(jì)算出所需的 C_DVDT 值為 35nF。C_DVDT 的最接近標(biāo)準(zhǔn)值是容差為 10% 且直流電壓額定值為 25V 的 33nF。

注：

在某些系統(tǒng)中，可能存在具有低導(dǎo)通閾值電壓的有源負(fù)載電路（例如低啟動(dòng)閾值電壓的直流/直流轉(zhuǎn)換器），這些電路會(huì)在電子保險(xiǎn)絲完成浪涌序列之前開始消耗功率。這種情況會(huì)導(dǎo)致在啟動(dòng)期間電子保險(xiǎn)絲內(nèi)部產(chǎn)生額外的功率耗散，并可能引發(fā)熱關(guān)斷。德州儀器 (TI) 建議使用電子保險(xiǎn)絲的電源正常 (PG) 引腳來啟用和禁用負(fù)載電路。這種方式可確保負(fù)載僅在電子保險(xiǎn)絲完成啟動(dòng)后導(dǎo)通，提供全功率，從而避免因熱關(guān)斷而導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。

選擇 R_IREF 電阻器以設(shè)置過流保護(hù)和主動(dòng)均流的基準(zhǔn)電壓

在此并聯(lián)配置中，主電子保險(xiǎn)絲的 IREF 內(nèi)部電流源 (I_IREF) 與外部 IREF 引腳電阻器 (R_IREF) 相互作用以生成基準(zhǔn)電壓 (V_IREF)，用于過流保護(hù)和主動(dòng)均流塊。當(dāng)將 IMON 引腳上的電壓 (V_IMON) 用作 ADC 的輸入以監(jiān)測系統(tǒng)電流或在 VR 控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)平臺(tái)電源控制 (Intel? PSYS) 功能時(shí)，必須將 V_IREF 設(shè)置為控制器 ISYS_IN 輸入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)測最高為快速跳變閾值 (2 × I_OCP) 的負(fù)載電流。方程式 33 用于計(jì)算 R_IREF 的阻值。

方程式 33. $V_{I R E F} = I_{I R E F} \times R_{I R E F}$

在此設(shè)計(jì)示例中，V_IREF 設(shè)置為 1V。當(dāng) I_IREF = 24.99μA（典型值）時(shí)，可計(jì)算出目標(biāo) R_IREF 為 40kΩ。R_IREF 的最接近標(biāo)準(zhǔn)值是容差為 0.1% 且額定功率為 100mW 的 40.2kΩ。為了提高防噪性能，在 IREF 引腳和 GND 之間放置一個(gè) 1000pF 陶瓷電容器。必須將并聯(lián)鏈中所有電子保險(xiǎn)絲器件的 IREF 引腳連接在一起。

注：
將 V_IREF 保持在建議的電壓范圍內(nèi)，以確保過流檢測電路正常工作。

選擇 R_IMON 電阻器以設(shè)置穩(wěn)定狀態(tài)期間的過流（斷路器）和快速跳變閾值

TPS25984x 電子保險(xiǎn)絲通過在用戶可調(diào)節(jié)的瞬態(tài)故障消隱間隔后關(guān)閉輸出來應(yīng)對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)期間的輸出過流情況。此電子保險(xiǎn)絲器件持續(xù)檢測系統(tǒng)總電流 (I_OUT) 并在 IMON 引腳上產(chǎn)生成比例的模擬電流輸出 (I_IMON)。這會(huì)在 IMON 引腳電阻器 (R_IMON) 兩端產(chǎn)生電壓 (V_IMON) 以響應(yīng)負(fù)載電流，其定義為方程式 34。

方程式 34. $V_{I M O N} = I_{O U T} \times G_{I M O N} \times R_{I M O N}$

G_IMON 是 TPS25984、TPS25985 或 TPS25990 電子保險(xiǎn)絲中的電流監(jiān)測器增益 (I_IMON: I_out)，其典型值為 18.13μA/A。通過將 V_IMON 與作為閾值的 V_IREF 進(jìn)行比較來檢測過流情況。穩(wěn)定狀態(tài)期間的斷路器閾值 (I_OCP) 可以使用方程式 35 計(jì)算得出。

方程式 35. $I_{O C P} = \frac{V_{I R E F}}{G_{I M O N} \times R_{I M O N}}$

在本設(shè)計(jì)示例中，I_OCP 被視為 I_OUT(max) 的 1.1 倍左右。因此，I_OCP 需要設(shè)置為 300A，R_IMON 可以計(jì)算為 183.8Ω，其中 G_IMON 為 18.13μA/A 且 V_IREF 為 1V。R_IMON 最接近的值為 182Ω，其中容差為 0.1% 且額定功率為 100mW。為了降低噪聲，請(qǐng)?jiān)?IMON 引腳和 GND 之間放置一個(gè) 22-pF 陶瓷電容器。必須將并聯(lián)鏈中所有電子保險(xiǎn)絲器件的 IMON 引腳連接在一起。

注：
選擇 R_IMON 時(shí)必須考慮系統(tǒng)輸出電流 (I_OUT)，而不是每個(gè)器件承載的電流。

選擇 R_ILIM 電阻器，以設(shè)置啟動(dòng)期間的電流限制和快速跳變閾值，以及穩(wěn)定狀態(tài)期間的主動(dòng)均流閾值

R_ILIM 用于設(shè)置并聯(lián)鏈中各器件在穩(wěn)定狀態(tài)期間的主動(dòng)均流閾值和啟動(dòng)期間的過流限制。每個(gè)器件都持續(xù)監(jiān)測流過它的電流 (I_DEVICE) 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 (R_ILIM) 兩端產(chǎn)生成比例的電壓 (V_ILIM)，表示為方程式 36。

方程式 36. $V_{I L I M} = I_{D E V I C E} \times G_{I L I M} \times R_{I L I M}$

G_ILIM 是 TPS25984、TPS25985 或 TPS25990 電子保險(xiǎn)絲中的電流監(jiān)測器增益 (I_ILIM: I_DEVICE)，其典型值為 18.13μA/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，并通過將其自身的負(fù)載電流信息 (V_ILIM) 與主動(dòng)均流基準(zhǔn)（CLREF_LIN，定義為方程式 37）閾值進(jìn)行比較而獨(dú)立起作用。
  
  方程式 37. ${C L R E F}_{L I N} = \frac{1.1 \times V_{I R E F}}{3}$
  
  因此，必須使用方程式 38 計(jì)算 R_LIM 以將主動(dòng)均流閾值定義為 I_OCP/N，其中 N 是并聯(lián)器件的數(shù)量。使用 N = 5、R_IMON = 182Ω 和方程式 38，可以計(jì)算出 R_ILIM 為 333.3Ω。對(duì)于每個(gè)器件，選擇容差為 0.1% 且額定功率為 100mW 的最接近標(biāo)準(zhǔn)值 332Ω 的電阻器作為 R_ILIM。
  
  方程式 38. $R_{I L I M} = \frac{1.1 \times N \times R_{I M O N}}{3}$
  
  注：
  要確定 R_ILIM 的值，如果需要與不同于 I_OCP/N 的主動(dòng)均流閾值 (I_LIM(ACS))，則必須使用方程式 39。
  
  方程式 39. $R_{I L I M} = \frac{1.1 \times V_{I R E F}}{3 \times G_{I L I M} \times I_{L I M (A C S)}}$
  
  在下一小節(jié)中計(jì)算啟動(dòng)期間的電流限制閾值時(shí)，請(qǐng)確保使用該 R_ILIM 值。
- 啟動(dòng)期間的過流限制：在浪涌期間，通過比較每個(gè)器件負(fù)載電流信息 (V_ILIM) 和經(jīng)調(diào)節(jié)的基準(zhǔn)電壓來檢測過流情況，如方程式 40 所示。
  
  方程式 40. ${C L R E F}_{S A T} = \frac{0.7 \times V_{I R E F}}{3}$
  
  啟動(dòng)期間的電流限制閾值可以使用方程式 41 計(jì)算。
  
  方程式 41. $I_{I L I M (S t a r t u p)} = \frac{{C L R E F}_{S A T}}{G_{I L I M} \times R_{I L I M}}$
  
  對(duì)每個(gè)器件使用 332Ω 的 R_ILIM 值，啟動(dòng)電流限制值約為 38A。
  
  注：
  在啟動(dòng)期間，有源電流限制塊基于 V_OUT 采用折返機(jī)制。當(dāng) V_OUT 低于 2V 的折返閾值 (V_FB) 時(shí)，會(huì)進(jìn)一步降低電流限制閾值。

選擇 C_ITIMER 電容器以設(shè)置過流消隱計(jì)時(shí)器

必須在 ITIMER 引腳與接地端之間連接一個(gè)合適的電容器，以調(diào)整允許負(fù)載瞬態(tài)超過斷路器閾值的持續(xù)時(shí)間。瞬態(tài)過流消隱間隔可使用方程式 42 計(jì)算得出。

方程式 42. $t_{I T I M E R} (m s) = \frac{C_{I T I M E R} (n F) \times {? V}_{I T I M E R} (V)}{I_{I T I M E R} (μ A)}$

其中 t_ITIMER 是瞬態(tài)過流消隱計(jì)時(shí)器，C_ITIMER 是連接在主器件的 ITIMER 引腳與 GND 之間的電容器。I_ITIMER = 2.05μA 和 ΔV_ITIMER = 1.5V。在本設(shè)計(jì)中，使用容差為 10% 且直流額定電壓為 25V 的 22nF 電容器作為主器件的 C_ITIMER，這使得 t_ITIMER 為 16.5ms。所有輔助器件的 ITIMER 引腳均保持開路。

選擇電阻器來設(shè)置欠壓鎖定閾值

欠壓鎖定 (UVLO) 閾值通過使用連接在器件的 IN、EN/UVLO 和 GND 引腳之間的外部分壓器網(wǎng)絡(luò) R₁ 和 R₂ 來調(diào)整，如欠壓保護(hù)一節(jié)所述。設(shè)置 UVLO 閾值所需的電阻值通過使用方程式 43 計(jì)算得出。

方程式 43. $V_{I N (U V)} = V_{U V L O (R)} \frac{R_{1} + R_{2}}{R_{2}}$

為了盡可能降低從電源汲取的輸入電流，TI 建議對(duì) R₁ 和 R₂ 使用較高的電阻值。R₁ 和 R₂ 從電源汲取的電流為 I_R12 = V_IN / (R₁ + R₂).但是，由于連接到電阻器串的外部有源元件而產(chǎn)生的漏電流會(huì)增加這些計(jì)算的誤差。因此，電阻串電流 I_R12 必須為 EN/UVLO 引腳上漏電流 (I_ENLKG) 的 20 倍。根據(jù)器件電氣規(guī)格，I_ENLKG 為 0.1μA（最大值），UVLO 上升閾值 V_UVLO(R) = 1.2V。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，V_INUVLO = 10.8V。首先選擇 R₁ = 1M? 的值，然后使用公式 13 計(jì)算 R₂ = 125k?。使用最接近的標(biāo)準(zhǔn) 1% 電阻值：R₁ = 1MΩ 和 R₂ = 124kΩ。為了降低噪聲，請(qǐng)?jiān)?EN/UVLO 引腳和 GND 之間放置一個(gè) 1000pF 陶瓷電容器。

選擇 VIN 和 VDD 之間的 R-C 濾波器

VDD 引腳用于通過經(jīng)過濾波的穩(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 (10Ω) – C (2.2μF) 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 SWEN、PG 和 FLT 引腳選擇上拉電阻器和電源

FLT 和 PG 是開漏輸出。如果使用這些邏輯信號(hào)，則必須通過 10kΩ 上拉電阻將相應(yīng)的引腳上拉至合適的電壓 (< 5V)。

警告：
SWEN 引腳的電壓必須通過 100kΩ 電阻上拉至 2.5V 至 5V。該上拉電源必須從電子保險(xiǎn)絲的輸入端生成，且需在電子保險(xiǎn)絲使能前就緒，否則電子保險(xiǎn)絲將無法啟動(dòng)。

PG 引腳的電壓必須通過 100kΩ 電阻上拉至 2.5V 至 5V。

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﹣斫鉀Q此問題，此類瞬變可能會(huì)超過器件的絕對(duì)最大額定值，并最終導(dǎo)致因電氣過應(yīng)力 (EOS) 而導(dǎo)致的故障。解決此問題的典型方法包括：
1. 更大限度減少進(jìn)出器件的引線長度和電感。
2. 使用較大的 PCB GND 平面。
3. 在輸入端添加瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管來鉗制正瞬態(tài)尖峰。
4. 在輸出端使用肖特基二極管來吸收負(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 (20V) 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)使用了四 (4) 個(gè) SMDJ12A。

注：
所選 TVS 二極管在 I_pp (10/1000μs) (V) 時(shí)的最大鉗位電壓 V_C 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 (I_FSM) 必須大于快速跳變閾值 (2 × I_OCP(TOTAL))。如果單個(gè)肖特基二極管無法滿足所需的 I_FSM 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 44 可計(jì)算出必須并聯(lián)的肖特基二極管數(shù)量 (N_Schottky)。
  方程式 44. $N_{S c h o t t k y} > \frac{2 \times I_{O C P (T O T A L)}}{I_{F S M}}$
- 接近 I_FSM 的正向壓降 (V_F) 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 (–1V) 內(nèi)。
- 直流阻斷電壓 (V_RM) 必須大于最大輸入工作電壓。
- 漏電流 (I_R) 必須盡可能小。
在此設(shè)計(jì)示例中，并聯(lián)使用了三 (3) 個(gè) SBR10U45SP5。

選擇 C_IN 和 C_OUT

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。C_IN 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 C_IN 是合理的目標(biāo)。由于 C_OUT 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）。