ZHCSRW3C September   2024  – August 2025 TPS1685

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 器件比较表
  6. 5 引脚配置和功能
  7. 6 规格
    1. 6.1 绝对最大额定值
    2. 6.2 ESD 等级
    3. 6.3 建议运行条件
    4. 6.4 热性能信息
    5. 6.5 电气特性
    6. 6.6 逻辑接口
    7. 6.7 时序要求
    8. 6.8 开关特性
    9. 6.9 典型特性
  8. 7 详细说明
    1. 7.1 概述
    2. 7.2 功能方框图
    3. 7.3 特性说明
      1. 7.3.1  欠压保护
      2. 7.3.2  插入延迟
      3. 7.3.3  过压保护
      4. 7.3.4  浪涌电流、过流和短路保护
        1. 7.3.4.1 压摆率 (dVdt) 和浪涌电流控制
          1. 7.3.4.1.1 启动超时
        2. 7.3.4.2 稳定状态过流保护（断路器）
        3. 7.3.4.3 启动期间的工作电流限制
        4. 7.3.4.4 短路保护
      5. 7.3.5  模拟负载电流监测器 (IMON)
      6. 7.3.6  模式选择 (MODE)
      7. 7.3.7  并联器件同步 (SWEN)
      8. 7.3.8  堆叠多个电子保险丝以使可扩展性不受限制
        1. 7.3.8.1 启动期间的电流平衡
      9. 7.3.9  模拟结温监测器 (TEMP)
      10. 7.3.10 过热保护
      11. 7.3.11 故障响应和指示 (FLT)
      12. 7.3.12 电源正常状态指示 (PG)
      13. 7.3.13 输出放电
      14. 7.3.14 FET 运行状况监测
      15. 7.3.15 单点故障缓解
        1. 7.3.15.1 IMON 引脚单点故障
        2. 7.3.15.2 IREF 引脚单点故障
        3. 7.3.15.3 ITIMER 引脚单点故障
    4. 7.4 器件功能模式
  9. 8 应用和实施
    1. 8.1 应用信息
      1. 8.1.1 单器件独立运行
      2. 8.1.2 多个器件，并行连接
    2. 8.2 典型应用：数据中心服务器中的 54V 电源路径保护
      1. 8.2.1 设计要求
      2. 8.2.2 详细设计过程
      3. 8.2.3 应用曲线
    3. 8.3 电源相关建议
      1. 8.3.1 瞬态保护
      2. 8.3.2 输出短路测量
    4. 8.4 布局
      1. 8.4.1 布局指南
      2. 8.4.2 布局示例
  10. 9 器件和文档支持
    1. 9.1 文档支持
      1. 9.1.1 相关文档
    2. 9.2 接收文档更新通知
    3. 9.3 支持资源
    4. 9.4 商标
    5. 9.5 静电放电警告
    6. 9.6 术语表
  11. 10修订历史记录
  12. 11机械、封装和可订购信息

封装选项

请参考 PDF 数据表获取器件具体的封装图。

机械数据 (封装 | 引脚)
  • VMA|23
散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)
订购信息

8.2.2 详细设计过程

  • 选择 CDVDT 电容器以控制输出压摆率和启动时间

    必须在 DVDT 引脚与 GND 之间添加一个电容器 (CDVDT) 以设置所需的压摆率值。使用 方程式 19 来计算 CDVDT 的值。

    方程式 19. C D V D T n F = 50 V I N V / T s s m s

    要获得 1V/ms 的压摆率，根据上述公式，可以得到 CDVDT 为 50nF。保持接近的标准值 47nF。

  • 选择 RIREF 电阻器以设置过流保护的基准电压。

    .方程式 20 用于计算 RIREF 的阻值。

    方程式 20. V I R E F = I I R E F × R I R E F

    在此设计示例中，VIREF 设置为 1V。当 IIREF = 25µA（典型值）时，计算出目标 RIREF 为 40kΩ。RIREF 的最接近标准值是容差为 0.1% 且额定功率为 100mW 的 40.2kΩ。为了提高防噪性能，在 IREF 引脚和 GND 之间放置一个 100pF 陶瓷电容器。

    注：

    将 VIREF 保持在建议的电压范围内，以保证过流检测电路正常工作。

选择 RIMON 电阻器以设置稳定状态期间的过流（断路器）和快速跳变阈值

TPS1686x 电子保险丝通过在用户可调节的瞬态故障消隐间隔后关闭输出来应对稳定状态期间的输出过流情况。此电子保险丝器件持续检测系统总电流 (IOUT) 并在 IMON 引脚上产生成比例的模拟电流输出 (IIMON)。这会在 IMON 引脚电阻器 (RIMON) 两端产生电压 (VIMON)，以响应负载电流，其定义为 方程式 21。

方程式 21. V I M O N = I O U T × G I M O N × R I M O N

GIMON 是电流监测器增益 (IIMON : Iout)，其典型值为 18.2µA/A。通过将 VIMON 与作为阈值的 VIREF 进行比较来检测过流情况。稳定状态期间的断路器阈值 (IOCP) 可以使用 方程式 22 计算得出。

方程式 22. I O C P = V I R E F G I M O N × R I M O N

在此设计示例中，IOCP 被视为 10A，在 GIMON 为 18.2µA/A 且 VIREF 为 1V 的情况下，可以计算出 RIMON 为 5.5KΩ。RIMON 的最接近标准值是容差为 0.1% 且额定功率为 100mW 的 5.6kΩ。为了降低噪声，请在 IMON 引脚和 GND 之间放置一个 22pF 陶瓷电容器。

  • 选择 CITIMER 电容器以设置过流消隐计时器

必须在主器件或独立器件的 ITIMER 引脚与接地端之间连接一个合适的电容器，以调整允许负载瞬态超过断路器阈值的持续时间。瞬态过流消隐间隔可使用方程式 23 计算得出。

方程式 23. t I T I M E R m s = C I T I M E R n F × ∆ V I T I M E R V I I T I M E R μ A

其中 tITIMER 是瞬态过流消隐计时器，CITIMER 是连接在器件的 ITIMER 引脚与 GND 之间的电容器。IITIMER = 2µA（典型值）且 ΔVITIMER = 1..55V（典型值）。在此设计中，使用容差为 10% 且直流额定电压为 25V 的 4.7nF 电容作为器件的 CITIMER。

  • 选择电阻器来设置欠压锁定阈值

    欠压锁定 (UVLO) 阈值通过使用连接在器件的 IN、EN/UVLO 和 GND 引脚之间的外部分压器网络 R1 和 R2 来调整，如欠压保护一节所述。设置 UVLO 阈值所需的电阻值使用 方程式 24 计算得出。

    方程式 24. V I N U V = V U V L O R R 1 + R 2 R 2

    为了尽可能降低从电源汲取的输入电流，TI 建议对 R1 和 R2 使用较高的电阻值。根据器件电气规格，UVLO 上升阈值 VUVLO(R) = 1.2V。根据设计要求，VINUVLO = 46V。首先选择 R1 的值 = 3.74MΩ，然后使用 方程式 24 计算得出 R2 = 100kΩ。使用最接近的标准 1% 电阻值：R1 = 3.74MΩ 和 R2 = 100kΩ。为了降低噪声，在 EN/UVLO 引脚和 GND 之间放置一个 100pF 陶瓷电容器。

  • 选择电阻器以设置过压锁定阈值

    过压锁定 (OVLO) 阈值通过使用连接在设备的 IN、OVLO 和 GND 引脚之间的外部分压器网络 R3 和 R4 进行调整，如过压保护一节所述。设置 OVLO 阈值所需的电阻值通过使用下面的公式计算得出。

    方程式 25. V I N O V = V O V L O R R 3 + R 4 R 4

    为了尽可能降低从电源汲取的输入电流，TI 建议对 R3 和 R4 使用较高的电阻值。根据器件电气规格，OVLO 上升阈值 VOVLO(R) = 1.17V。根据设计要求，VINOVLO = 60V。首先选择 R1 的值 = 5.11MΩ，然后使用 方程式 24 计算得出 R3 = 101kΩ。使用最接近的标准 1% 电阻值：R3 = 5.11MΩ 和 R4 = 102kΩ。为了降低噪声，请在 OVLO 引脚和 GND 之间放置一个 10pF 陶瓷电容器。

  • 选择 VIN 和 VDD 之间的 R-C 滤波器

    VDD 引脚用于通过经过滤波的稳定电源为电子保险丝器件的内部控制电路供电，使之不受系统瞬态的影响。因此，在输入电源（IN 引脚）和 VDD 引脚之间使用 R (150Ω) – C (0.22µF) 滤波器。这有助于滤除电源噪声，并在严重故障（例如输出端短路）期间保持控制器电源。在并联链中，必须为每个器件采用此 R-C 滤波器。

  • 为 FLT 选择上拉电阻器和电源，

    FLT 为开漏输出。如果使用这些逻辑信号，则必须通过 33kΩ 上拉电阻将信号上拉至合适的电源轨电压。

  • 选择输入端的 TVS 二极管和输出端的肖特基二极管

    如果发生短路或断路器事件，当器件瞬间中断大电流时，输入电感会在输入端产生正电压尖峰，而输出电感会在输出端产生负电压尖峰。这些电压尖峰（瞬变）的峰值振幅取决于与器件输入或输出串联的电感值。如果不采取适当的措施来解决此问题，此类瞬变可能会超过器件的绝对最大额定值，并最终导致因电气过应力 (EOS) 而导致的故障。解决此问题的典型方法包括：

    1. 更大限度减少进出器件的引线长度和电感。
    2. 使用较大的 PCB GND 平面。
    3. 在输入端添加瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管来钳制正瞬态尖峰。
    4. 在输出端使用肖特基二极管来吸收负尖峰。

    请参阅热插拔电路中的 TVS 钳位、在热插拔和 ORing 应用中选择 TVS 二极管、TVS 二极管建议工具以了解有关以下详细信息：选择合适的 TVS 二极管以及要并联的 TVS 二极管数量，以有效地将输入端的正瞬态电压钳位在 IN 引脚的绝对最大额定值 (90V) 以下。这些 TVS 二极管还有助于在热插拔事件期间限制 IN 引脚上的瞬态电压。本设计示例使用了一 (1) 个 SMDJ54A。

    注：

    所选 TVS 二极管在 Ipp (10/1000μs) (V) 时的最大钳位电压 VC 规格必须低于电源输入 (IN) 引脚的绝对最大额定值，以确保电子保险丝器件安全工作。

    必须根据以下标准来选择肖特基二极管：

    • 所选二极管的非重复峰值正向浪涌电流 (IFSM) 必须大于快速跳变阈值 (2 × IOCP(TOTAL))。如果单个肖特基二极管无法满足所需的 IFSM 额定值，则必须使用两个或更多个并联的肖特基二极管。方程式 26 可计算出必须并联的肖特基二极管数量 (NSchottky)。
      方程式 26. N S c h o t t k y > 2 × I O C P T O T A L I F S M
    • 接近 IFSM 的正向压降 (VF) 必须尽可能小。OUT 引脚上的负瞬态电压必须钳制在 OUT 引脚的绝对最大额定值 (–5V) 内。
    • 直流阻断电压 (VRM) 必须大于最大输入工作电压。
    • 漏电流 (IR) 必须尽可能小。

    本设计示例使用了 1 个 B360-13-F。

  • 选择 CIN 和 COUT

    TI 建议添加陶瓷旁路电容器，以帮助稳定输入端和输出端的电压。CIN 的值必须保持较小，以最大限度地减小热插拔事件期间的电流尖峰。对于每个器件，0.01µF 的 CIN 是合理的目标。由于 COUT 在热插拔期间不会充电，因此可以在每个器件的 OUT 引脚上使用较大的值（例如 10µF）。