وبلاگ شرکت در مورد سوئیچ‌های توزیع برق USB با جریان محدود و قابل تنظیم دقیق TI TPS2553 2.5 ولت تا 6.5 ولت 85 میلی‌اهم

شرکت Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. سوئیچ توزیع برق USB قابل تنظیم با سرعت 2.5V تا 6.5V 85mΩ را عرضه می کند.

I. خلاصه ای از TPS2553
TPS2553 یک سوئیچ توزیع برق با محدوده جریان قابل تنظیم و با دقت بالا بر اساس کانال N MOSFET از TI است. این سوئیچ به طور خاص برای منبع تغذیه پورت USB طراحی شده است.بارهای ظرفیت بالا و کاربردهای حفاظت از مدار کوتاهپین فعال فعال است و دارای قابلیت مسدود کردن معکوس ساخته شده است. این در محدوده ولتاژ 2.5V تا 6.5V با مقاومت معمولی 85 mΩ کار می کند.این یک راه حل کلاسیک برای مدیریت کانال قدرت در هاب های USB و دستگاه های جاسازی شده است.

TPS2553 محدودیت های محدودی جریان قابل برنامه ریزی را از طریق یک مقاومت خارجی متصل به پین ILIM با محدوده محدودی جریان معمولی 75 mA تا 1 امکان پذیر می کند.7 A و حداکثر ظرفیت بار مداوم 1.5 A. در حالت های جریان بالا، دقت محدود کردن جریان به ±6 درصد می رسد و الزامات سختگیرانه مشخصات قدرت USB برای محدود کردن جریان پورت را برآورده می کند. همچنین شامل شروع نرم،جریان بیش از حد، حفاظت از بیش از حد درجه حرارت و ولتاژ معکوس، همراه با خروجی FAULT برای به سرعت نشانه گیری ناهنجاری های منبع برق.

II. تجزیه و تحلیل پارامترهای اصلی الکتریکی TPS2553
1ولتاژ ورودی VIN: 2.5V تا 6.5V
پوشش سیستم های تغذیه USB 5 V در حالی که با منابع تغذیه کمکی 3.3 V سازگار است، که آن را برای توزیع قدرت پورت در دامنه های قدرت غیر 5 V مانند مادربرد های جاسازی شده مناسب می کند.جعبه های فوقانی، لوازم محیطی صنعتی و تلویزیون های دیجیتال.
2. مقاومت روشن Rds ((on): 85 mΩ معمولی (پکیج DBV)
با مقاومت کم 85 mΩ، کاهش ولتاژ کانال تنها حدود 85 mV در یک جریان خروجی 1 A است، که منجر به از بین رفتن قدرت 0.085 W و افزایش دمای حداقل می شود.که آن را برای کار طولانی مدت تحت بار مناسب می کندمقاومت داخلی پایین کاهش کاهش ولتاژ در پورت USB، تضمین ولتاژ تغذیه پایدار به دستگاه های محیطی.
3محدوده محدودی جریان تنظیم شده: 75 mA تا 1700 mA (معمولا)
نقطه محدودی جریان از طریق یک مقاومت دقیق خارجی (RILIM) متصل به پین ILIM تنظیم می شود؛ یک مقاومت فلزی فلزی با دقت 1٪ برای دستیابی به محدودیتی دقیق جریان کافی است.دقت محدود کننده جریان به طور معمول ±6٪ در 1.7A تنظیم و ±7.5٪ در تنظیم 1A. در مقایسه با سوئیچ های استاندارد USB با محدودیت جریان ثابت، این دستگاه تنظیمات انعطاف پذیر محدوده جریان را ارائه می دهد،اجازه می دهد که آستانه ها مطابق با مشخصات قدرت USB 2 مختلف سفارشی شوندپورت های.0 و USB 3.x
4. تغییر ویژگی ها
یک پمپ شارژ داخلی N-MOSFET را با لبه های بالا و پایین کنترل شده هدایت می کند. عملکرد نرم شروع جریان در حال حاضر را در طول قدرت فشار می دهد.که آن را برای بارهای خروجی با ظرفیت بالا مناسب می کند· پاسخ جریان بیش از حد معمولا 2 μs است، و در صورت یک مدار کوتاه، دستگاه به سرعت وارد محدوده جریان ثابت می شود تا از شکست منبع برق جلو جلوگیری شود.
5محدوده دمایی: ¥40°C تا +125°C
با طیف گسترده ای از دما، مناسب برای هر دو الکترونیک مصرفی و تجهیزات صنعتی است؛ نسخه TPS2553-Q1 درجه خودرو است و برای برنامه های USB در خودرو طراحی شده است.

III. معماری داخلی و اصول عملیاتی TPS2553
TPS2553 شامل یک پمپ شارژ، یک ترانزیستور قدرت N-MOS در سمت بالا، یک حلقه حسگر جریان، یک مرجع محدود کننده جریان ILIM، یک مقایسه خطا،یک ماژول حفاظت حرارتی و یک خروجی خروجی باز FAULT.

1حالت فعال شدن عادی
هنگامی که پین EN در سطح بالایی قرار دارد، پمپ شارژ داخلی تراشه ولتاژ دروازه MOSFET را افزایش می دهد؛ N-MOSFET به طور کامل روشن می شود و به VIN اجازه می دهد به طور مستقیم به VOUT منتقل شود.جریان های فعلی از طریق ترانزیستور قدرت برای تامین باردر این مرحله، دستگاه تنها 85 mΩ از دست دادن در حالت فعال را متحمل می شود.
2مکانیزم عملیاتی محدود کننده جریان ثابت (TPS2553)
هنگامی که جریان بار بیش از آستانه تنظیم شده RILIM باشد، حلقه جریان داخلی ولتاژ دروازه MOSFET را کاهش می دهد،ایجاد قدرت MOSFET برای ورود به منطقه خطی و حفظ یک جریان خروجی ثابتدر طول کار طولانی مدت در جریان ثابت، از بین رفتن قدرت تراشه به طور مداوم تجمع می یابد.هنگامی که دمای اتصال از آستانه خاموش شدن حرارتی (معمولا 135°C) فراتر رود، دستگاه خاموش می شود و به طور خودکار تلاش می کند تا منبع برق را پس از کاهش دمای حدود 10 °C در پنجره هیستریز مجدداً شروع کند.
3. حفاظت از ولتاژ معکوس
یک مقایسه کننده ولتاژ معکوس ساخته شده تضمین می کند که زمانی که ولتاژ VOUT از VIN بیشتر باشد (به عنوان مثال جریان معکوس جریان از یک دستگاه USB)تراشه بلافاصله ترانزیستور قدرت را خاموش می کند تا مانع از جریان مجدد از خروجی به ورودی شوداین یک عملکرد محافظ حیاتی برای پورت های USB است،جلوگیری از آسیب به دامنه قدرت میزبان ناشی از جریان برگشت جریان در هنگام تبادل گرم.
4حفاظت از بیش از حد درجه حرارت (OTP)
دمای اتصال تراشه در زمان واقعی نظارت می شود؛ اگر دمای آن از حد حد عبور کند، سوئیچ برق بلافاصله خاموش می شود.مدار دارای هیسترز حرارتی برای جلوگیری از نوسانات مکرر بین حالت روشن و خاموش است.

IV. توضیحات خلاصه از توابع پین TPS2553 (DBV SOT23-6 Package)
- VIN: ورودی منبع برق
- VOUT: خروجی منبع برق؛ متصل به پورت USB و خروجی خازن
- EN: فعال؛ سطح بالا کانال قدرت را فعال می کند
- ILIM: محدوده برنامه نویسی جریان؛ یک مقاومت خارجی متصل به زمین محدوده محدوده جریان را تنظیم می کند
- نقص: خروجی نقص تخلیه باز؛ در صورت جریان بیش از حد، ولتاژ معکوس یا گرم شدن بیش از حد کم می شود؛ نیاز به مقاومت کششی دارد
- GND: سیگنال و قدرت زمینی

منطق محاسبات محدود کننده جریان: پین ILIM ولتاژ مرجع را تولید می کند؛ جریان جریان از طریق RILIM به حلقه داخلی تغذیه می شود.آستانه محدود کننده جریان معکوس نسبت به مقاومت RILIM است: هرچه مقدار RILIM بالاتر باشد، حد جریان پایین تر است. هرچه مقدار RILIM پایین تر باشد، حد جریان بالاتر است.یک مقاومت ۱٪ دقیق برای این برنامه انتخاب کنید.

V. خلاصه مکانیسم های حفاظت از TPS2553
1محافظت محدود کننده جریان ثابت قابل برنامه ریزی: جریان خروجی را در هنگام بار بیش از حد یا شرایط مدار کوتاه برای محافظت از منبع تغذیه میزبان، TPS2553 جریان ثابت را حفظ می کند،در حالی که TPS2553-1 خاموش می شود.
2محافظت از ولتاژ معکوس: هنگامی که ولتاژ خروجی از ولتاژ ورودی بیشتر باشد خاموش می شود تا از جریان جریان معکوس جلوگیری شود.
3محافظت از خاموش شدن حرارتی (OTP): هنگامی که دمای اتصال از آستانه عبور می کند، با هیستریز دمایی خاموش می شود.
4شروع نرم: شیب کنترل پذیر قدرت برای سرکوب جریان در حال حاضر در بارهای ظرفیت بزرگ و کاهش ولتاژ ورودی.
5. نشون دهنده خطای: خروجی تخلیه باز؛ MCU می تواند شرایط خطای را تشخیص دهد و آنها را به سیستم گزارش دهد.

VI. سناریوهای کاربردی معمول برای TPS2553
- هاب های USB، سوئیچ های منبع برق پورت USB-A (معمول ترین کاربرد، مطابق با مشخصات محدوده جریان پورت USB)
- کانال های تامین برق برای دستگاه های ضبط بالا، تلویزیون های دیجیتال و لوازم جانبی تلفن VOIP
- کنترل قدرت برای قطعات محیطی قابل وصل در مادربرد های جاسازی شده
- تامین برق برای ماژول های قابل تعویض در دستگاه های اتوماسیون صنعتی
- حفاظت از قدرت برای رابط های خارجی در دستگاه های قابل حمل

برنامه های کاربردی گسترده: می تواند برای توزیع قدرت به رابط های USB در لبه های ربات انسان نما استفاده شود، فراهم کردن تبادل گرم،محافظت از مدار کوتاه و جریان بیش از حد برای لوازم جانبی USB مانند دست های ربات و ماژول های سنجش، در حالی که کنترل پایدار مسیر منبع برق محیطی را تضمین می کند.

VII. TPS2553 نکات کلیدی طراحی و ملاحظات PCB
1انتخاب مقاومت RILIM: برای اطمینان از دقت محدود کردن جریان، مقاومت های فلزی فیلم ۱٪ را اولویت بندی کنید؛ مقاومت را نزدیک پین ILIM قرار دهید تا تداخل ردیابی را به حداقل برسانید.
2- ساختار خازن: یک خازن تخلیه سرامیکی 0.1μF را در نزدیکی پین VIN قرار دهید.موقعیت خروجی خازن در ترمینال VOUT توجه داشته باشید که یک ظرفیت بالاتر منجر به یک جریان ورود بزرگتر می شود، که باید در ارتباط با ملاحظات شروع نرم ارزیابی شود.
3. کنترل قدرت زمین: مسیرهای جریان بالا VIN/VOUT را کوتاه و گسترده نگه دارید.اتصال زمین قدرت به زمین سیگنال در یک نقطه واحد برای جلوگیری از صدای زمین پرتاب از تأثیر بر دقت نمونه گیری فعلی.
4پین نقص: خروجی خروجی باز؛ یک مقاومت کشش خارجی به 3.3V / 5V باید متصل شود تا تشخیص وقفه نقص را از طریق اتصال مستقیم به MCU I / O فعال کند.
5ملاحظات حرارتی: در حالت کار مداوم با جریان بالا، اگرچه مقاومت 85 mΩ منجر به از بین رفتن کم قدرت می شود،باید فضای مس PCB کافی برای افزایش انتشار گرما و جلوگیری از خاموش شدن حرارتی فراهم شود..

VIII. مزایا و محدودیت های TPS2553
مزایا
1. محدوده جریان تنظیم شده با دقت بالا با یک پیکربندی واحد مقاومت، اجازه می دهد تا سازگاری انعطاف پذیر با سطوح مختلف قدرت پورت USB؛
2مقاومت کم 85 mΩ، که منجر به کاهش ولتاژ کم و بهره وری بالا در تامین برق می شود؛
3- مسدود کردن عقب یکپارچه نیاز به دیود های خارجی اضافی را از بین می برد و BOM را ساده می کند.
4حالت جریان ثابت برای آزمایش مدار کوتاه طولانی مدت بدون خاموش شدن فوری مناسب است. شامل بازخورد سیگنال خطا است.
5قابلیت ورودی ولتاژ پایین 2.5 ولت، پشتیبانی از توزیع قدرت به دامنه های قدرت سیستم 3.3 ولت.

محدودیت ها
1. TPS2553 در حالت جریان ثابت کار می کند؛ مدار کوتاه مداوم باعث گرم شدن مداوم می شود، که به محافظت از خاموش شدن حرارتی تکیه می کند؛
2حداکثر جریان مداوم 1.5A؛ مناسب برای پورت های USB PD با قدرت بالا بیش از 1.5A نیست.
3معماری N-MOS سمت بالا نیاز به یک پمپ شارژ یکپارچه دارد که منجر به یک جریان آرام می شود؛ مصرف برق خاموش باید برای سناریوهای خواب بسیار کم مصرف ارزیابی شود.

IX. خلاصه
TPS2553 یک سوئیچ توزیع برق با عملکرد بالا، دقت بالا و قابل تنظیم محدود کننده جریان است که برای پورت های USB طراحی شده است و دارای طیف گسترده ای از ولتاژ ورودی از 2.5V تا 6.5V است.مقاومت کم 85mΩ، و یک محدوده جریان قابل برنامه ریزی 75mA به 1.7A. همراه با حفاظت جامع در برابر جریان بیش از حد، ولتاژ معکوس، گرم شدن بیش از حد و شروع نرم، و همچنین خروجی هشدار نقص،BOM ساده و قابلیت اطمینان بالا آن را به راه حل مورد علاقه برای حفاظت از قدرت در میزبان های USB تبدیل می کند، محورها و رابط های محیطی جاسازی شده.