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  • TPS25858-Q1 和 TPS25859-Q1 具有可编程电流限值和热管理功能的低 EMI、双路 3A USB Type-C® 充电端口转换器

    • ZHCSMS6B November   2020  – September 2021 TPS25858-Q1 , TPS25859-Q1

      PRODUCTION DATA  

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  • TPS25858-Q1 和 TPS25859-Q1 具有可编程电流限值和热管理功能的低 EMI、双路 3A USB Type-C® 充电端口转换器
  1. 1 特性
  2. 2 应用
  3. 3 说明
  4. 4 修订历史记录
  5. 5 说明（续）
  6. 6 器件比较表
  7. 7 引脚配置和功能
  8. 8 规格
    1. 8.1 绝对最大额定值
    2. 8.2 ESD 等级
    3. 8.3 建议运行条件
    4. 8.4 热性能信息
    5. 8.5 电气特性
    6. 8.6 时序要求
    7. 8.7 开关特性
    8. 8.8 典型特性
  9. 9 参数测量信息
  10. 10详细说明
    1. 10.1 概述
    2. 10.2 功能方框图
    3. 10.3 特性说明
      1. 10.3.1  断电或欠压锁定
      2. 10.3.2  输入过压保护 (OVP) - 持续监控
      3. 10.3.3  降压转换器
      4. 10.3.4  FREQ/SYNC
      5. 10.3.5  自举电压 (BOOT)
      6. 10.3.6  最小导通时间、最小关断时间
      7. 10.3.7  内部补偿
      8. 10.3.8  可选输出电压 (VSET)
      9. 10.3.9  电流限制和短路保护
        1. 10.3.9.1 USB 开关可编程电流限制 (ILIM)
        2. 10.3.9.2 用于两级 USB 开关电流限制的互锁
        3. 10.3.9.3 逐周期降压电流限制
        4. 10.3.9.4 OUT 电流限制
      10. 10.3.10 电缆补偿
      11. 10.3.11 具有温度感测 (TS) 和 OTSD 功能的热管理
      12. 10.3.12 热关断
      13. 10.3.13 USB 使能开关控制 (TPS25859-Q1)
      14. 10.3.14 FAULT 指示 (TPS25859-Q1)
      15. 10.3.15 USB 规范概述
      16. 10.3.16 USB Type-C® 基础知识
        1. 10.3.16.1 配置通道
        2. 10.3.16.2 检测连接
      17. 10.3.17 USB 端口工作模式
        1. 10.3.17.1 USB Type-C® 模式
        2. 10.3.17.2 专用充电端口 (DCP) 模式（仅限 TPS25858-Q1）
          1. 10.3.17.2.1 DCP BC1.2 和 YD/T 1591-2009
          2. 10.3.17.2.2 DCP 分压器充电方案
          3. 10.3.17.2.3 DCP 1.2V 充电方案
        3. 10.3.17.3 DCP 自动模式 (TPS25858-Q1)
    4. 10.4 器件功能模式
      1. 10.4.1 关断模式
      2. 10.4.2 活动模式
  11. 11应用和实现
    1. 11.1 应用信息
    2. 11.2 典型应用
      1. 11.2.1 设计要求
      2. 11.2.2 详细设计过程
        1. 11.2.2.1 输出电压设置
        2. 11.2.2.2 开关频率
        3. 11.2.2.3 电感器选型
        4. 11.2.2.4 输出电容器选型
        5. 11.2.2.5 输入电容器选择
        6. 11.2.2.6 自举电容器选型
        7. 11.2.2.7 欠压锁定设定点
        8. 11.2.2.8 电缆补偿设定点
      3. 11.2.3 应用曲线
  12. 12电源相关建议
  13. 13布局
    1. 13.1 布局指南
    2. 13.2 布局示例
    3. 13.3 接地平面及散热考虑
  14. 14器件和文档支持
    1. 14.1 接收文档更新通知
    2. 14.2 支持资源
    3. 14.3 商标
    4. 14.4 Electrostatic Discharge Caution
    5. 14.5 术语表
  15. 15机械、封装和可订购信息
  16. 重要声明
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DATA SHEET

TPS25858-Q1 和 TPS25859-Q1 具有可编程电流限值和热管理功能的低 EMI、双路 3A USB Type-C® 充电端口转换器

本资源的原文使用英文撰写。 为方便起见，TI 提供了译文；由于翻译过程中可能使用了自动化工具，TI 不保证译文的准确性。 为确认准确性，请务必访问 ti.com 参考最新的英文版本（控制文档）。

1 特性

  • 符合面向汽车应用的 AEC-Q100 标准：
    • 温度等级 1：TA 范围 –40°C 至 +125°C
    • HBM ESD 分类等级 H2
    • CDM ESD 分类等级 C5
  • 针对超低 EMI 要求进行了优化：
    • 符合 CISPR25 5 类标准
    • HotRod™ 封装可更大限度地减少开关节点振铃
    • 展频可降低峰值发射
  • 同步降压稳压器
    • 在 400kHz 下具有高效率：VIN = 13.5V、IPA_BUS = 3A 且 IPB_BUS = 3A 时效率为 94.5%
    • 18mΩ/10mΩ 低 RDS(ON) 降压稳压器 MOSFET
    • 工作电压范围：5.5V 至 26V，可承受 36V 输入电压
    • 频率可调节：200kHz 至 800kHz
    • 具有展频频谱抖动的 FPWM
    • 可选输出电压：5.1V、5.17V、5.3V、5.4V
  • 内部电源路径：
    • 7mΩ/7mΩ 低 RDS(ON) 内部 USB 功率 MOSFET
    • USB 端口的高精度可编程电流限制：3.4A 下为 ±10%
    • OUT：用于辅助负载的 5.1V、200mA 电源
  • 线路压降补偿：2.4A 负载下为 90mV
  • 符合 USB-IF 标准
    • Type-C 1.3 版
      • 在 CC 上具有 3A 电流广播能力
      • VBUS 应用和放电
      • VCONN 拉电流：200mA
    • 自动 DCP 模式 (TPS25858-Q1)：
      • 符合 BC1.2 和 YD/T 1591 2009 要求的短路模式
      • 1.2V 模式
      • 2.7V 分压器 3 模式
  • 甩负荷和可编程 TA
  • 器件 TJ 范围：–40°C 至 +150°C
  • 故障标志报告 (TPS25859-Q1)：USB 过流、热关断
  • USB 端口开/关控制 (TPS25859-Q1)

2 应用

  • 汽车 USB 充电端口
  • 汽车 USB 媒体中心

3 说明

TPS2585x-Q1 是一款集成式 USB 充电端口解决方案，其中包括一个能够提供最大 6.6A 电流的同步直流/直流转换器，而且它还集成了检测和控制功能，可充当 USB 电池充电 1.2 和 Type-C 端口。

器件信息(1)
器件型号封装封装尺寸（标称值）
TPS25858-Q1VQFN-HR (25)3.50mm × 4.50mm
TPS25859-Q1 VQFN-HR (25) 3.50mm × 4.50mm
(1) 如需了解所有不同可用选件的详细器件型号，请参阅数据表末尾的可订购产品附录。
GUID-20201101-CA0I-TLTN-9ZS3-2TG1DJK7R4MV-low.gif简化版原理图：TPS25858-Q1
GUID-20201107-CA0I-MX50-WKNP-ZRHW9FFF4M3C-low.gif效率与输出电流间的关系

4 修订历史记录

Date Letter Revision History Changes Intro HTMLA (March 2021)to RevisionB (September 2021)

  • 添加了 TPS25859-Q1 信息Go

Date Letter Revision History Changes Intro HTML* (November 2020)to RevisionA (March 2021)

  • 更新了文档标题Go
  • 向 Topic Link Label1 部分添加了 EMI 要求要点Go
  • 在 Topic Link Label11.2.3 部分中添加了图 11-4。Go

5 说明（续）

TPS2585x-Q1 是高度集成的 USB Type-C® 充电控制器系列，适用于双 USB 端口应用。

TPS2585x-Q1 集成了一个具有内部功率 MOSFET 的单片、同步、整流、降压开关模式转换器和两个具有充电端口自动检测功能的 USB 限流开关。TPS2585x-Q1 提供了一种紧凑型解决方案，可在宽输入电源电压范围内实现 6.6A 的连续输出电流以及出色的负载和线路调节。该同步降压稳压器具有峰值电流模式控制功能，而且采用了内部补偿机制，有助于简化设计。FREQ 引脚上有一个电阻器，可用于在 200kHz 和 800KHz 之间设置开关频率。

TPS2585x-Q1 集成了标准 USB Type-C 端口控制器功能，包括用于 3A 和 1.5A 电流广播的配置通道 (CC) 逻辑。TPS25858-Q1 集成了电池充电功能（1.2 版），从而为利用 USB 数据线信号来确定 USB 端口拉电流能力的传统非 Type-C USB 设备提供所需的电气特性。TPS25859-Q1 可以单独启用每个端口，并且可以报告每个端口的故障情况。TPS2585x-Q1 还提供可满足 USB3.1 电源要求的 VCONN 电源。由于系统集成度高且占用空间小，该器件特别适用于双端口应用。

TPS2585x-Q1 支持智能热管理。USB 输出电压和 Type-C 电流广播可以根据感测到的温度通过 TS 引脚进行调节。TPS2585x-Q1 必须在 TS 引脚上连接一个 NTC 热敏电阻以监控环境温度或 PCB 板温度，具体取决于 NTC 热敏电阻在 USB 充电模块或 PCB 板中的放置位置。选择不同的 NTC 热敏电阻和底部串联电阻可以改变甩负荷的温度阈值。

TPS2585x-Q1 具有四种可选的 USB 输出电压设置：5.1V、5.17V、5.3V 和 5.4V。TPS2585x-Q1 集成了一个精密电流感测放大器，用于实现电缆压降补偿和用户可编程电流限制调整。电缆补偿仅在输出电压设置为 5.17V 时可用。在输出电流为 2.4A 时，电缆补偿电压为 90mV。电缆补偿可使降压稳压器输出电压随负载电流线性改变，以抵消汽车电缆布线中的导线电阻引起的压降，从而帮助便携式设备在重载下实现更理想的电流和电压充电。无论负载电流如何，在连接的便携式器件上测得的总线电压都保持大致恒定，这样，便携式器件的电池充电器就能够保持理想工作状态。

TPS2585x-Q1 提供针对 USB 充电和系统运行的多种安全特性，包括外部负热敏电阻监控、逐周期电流限制、断续短路保护、欠压锁定、总线过流、输出过流以及裸片过热保护。

该器件系列可提供 25 引脚 3.5mm × 4.5mm QFN 封装。

6 器件比较表

器件型号 TPS25858-Q1 TPS25859-Q1
Type-C 端口数量 双通道 双通道
支持 Type-C 协议 是 是
NTC 热敏电阻输入 (TS) 是 是
USB 负载开关开启/关闭控制 否 是
故障事件指示 否 是
热警告指示 否 否
外部时钟同步 是，范围为 200kHz 至 800kHz 是，范围为 200kHz 至 800kHz
BC1.2 DCP 是 否
Apple 或 Samsung 充电方案 是 否
电缆补偿 是1 是1
可选输出电压 是 是
可调输出短路电流限制 是 是
FPWM/PFM FPWM FPWM
直流/直流常开（EN 拉至高电平） 否 是
扩频 是 是
封装 QFN-25 3.5mm × 4.5mm QFN-25 3.5mm × 4.5mm
(1) VSET 短接至 GND，以设置 5.17V 输出电压。当 USB 端口 A 或 USB 端口 B 输出 2.4A 电流时，补偿电压为 90mV。

7 引脚配置和功能

GUID-B4F41B8C-90DE-493B-8FA2-B4F48F4E92CE-low.gif图 7-1 TPS25858-Q1 RPQ 封装 25 引脚 (QFN) 顶视图
GUID-24390EA2-F2FA-4B5C-9834-E0F391597A6E-low.gif图 7-2 TPS25859-Q1 RPQ 封装 25 引脚 (QFN) 顶视图
表 7-1 TPS25858-Q1 RPQ 封装的引脚功能
引脚 类型(1) 说明
名称 编号
VSET 1 A 输出电压设置。短接至 GND 以设置 5.17V 输出电压。悬空或上拉至 VSENSE，以设置 5.1V 输出电压。通过一个 40.2KΩ 电阻器连接到 GND，以设置 5.3V 输出电压。通过一个 80.6KΩ 电阻器连接到 GND，以设置 5.4V 输出电压。
TS 2 A 温度感测端子。将 TS 输入连接到 NTC 热敏电阻。
BIAS 3 P 内部偏置电源的输入。必须直接连接到 SENSE 引脚。为内部电路供电。
PA_DP 4 A D+ 数据线。连接到 USB 端口 A 连接器。
PA_DM 5 A D- 数据线。连接到 USB 端口 A 连接器。
AGND 6 P 模拟接地端子。将 AGND 连接到 PGND。
PA_CC1 7 A 连接到 Type-C 端口 A CC1 引脚。模拟输入/输出。
PA_CC2 8 A 连接到 Type-C 端口 A CC2 引脚。模拟输入/输出。
ILIM 9 A 电流限制程序。连接一个电阻器以设置电流限制阈值。短接至 GND 以设置默认的 3.55A 电流限值。
PA_BUS 10 P 端口 A 总线输出。
SENSE 11 P 输出电压感测。严禁在该引脚上施加外部负载。连接到外部电感器的另一侧。
PB_BUS 12 P 端口 B 总线输出。
OUT 13 P 输出引脚。提供 5.1V 电压，以最大 200mA 的能力为外部负载供电。该电压遵循 VSET 设置。
PB_CC2 14 A 连接到 Type-C 端口 B CC2 引脚。模拟输入/输出。
PB_CC1 15 A 连接到 Type-C 端口 B CC1 引脚。模拟输入/输出。
PGND 16、24、25 P 电源接地端子。在内部连接到 LS FET 的源极。连接到系统接地端、AGND 以及 CIN 和 COUT 电容器的接地侧。尽量缩短到 CIN 的距离。
PB_DM 17 A D- 数据线。连接到 USB 端口 B 连接器。
PB_DP 18 A D+ 数据线。连接到 USB 端口 B 连接器。
FREQ/SYNC 19 A 开关频率程序和外部时钟输入。在 FREQ 和 GND 之间连接一个电阻器以设置开关频率。
EN/UV 20 A 使能引脚。精密使能引脚控制稳压器开关操作和 Type-C。请勿使其悬空。高电平 = 开启，低电平 = 关闭。可直接连接至 SENSE。如果连接到 IN 引脚，则精密使能输入允许通过外部电阻分压器调节 UVLO。
BOOT 21 P 自举电容器连接。在内部，BOOT 连接到自举二极管的阴极。在 SW 和 BOOT 之间连接一个 0.1μF 自举电容器。
IN 22 P 输入电源。连接到外部直流电源。旁路电容器的预期容值范围为 1μF 至 10μF，从 IN 连接到 PGND。可承受高达 36V 的电压而不损坏，但如果 VIN 高于 26V OVP 阈值，则会暂停运行。
SW 23 P 稳压器的开关输出。在内部连接到 HS FET 的源极和 LS FET 的漏极。连接到输出电感器。
(1) A = 模拟，P = 功率，G = 接地。
表 7-2 TPS25859-Q1 RPQ 封装的引脚功能
引脚 类型(1) 说明
名称 编号
VSET 1 A 输出电压设置。短接至 GND 以设置 5.17V 输出电压。悬空或上拉至 VSENSE，以设置 5.1V 输出电压。通过一个 40.2KΩ 电阻器连接到 GND，以设置 5.3V 输出电压。通过一个 80.6KΩ 电阻器连接到 GND，以设置 5.4V 输出电压。
TS 2 A 温度感测端子。将 TS 输入连接到 NTC 热敏电阻。
BIAS 3 P 内部偏置电源的输入。必须直接连接到 SENSE 引脚。为内部电路供电。
PA_FAULT 4 A USB 端口 A 故障指示。/PA_FAULT 指示 PA_BUS 上的过流或过热情况。/PA_FAULT 在正常情况下是开漏输出。在发生
故障的情况下将 /PA_FAULT 拉至低电平。
PA_EN 5 A USB 端口 A 使能引脚。控制 USB 端口 A 通道负载开关的开启/关闭。拉至低电平时，该引脚关闭端口 A USB 电源以及 CC1/2 电流和电压。拉至高电平时，该引脚开启端口 A USB 电源以及 CC1/2 电流和电压。可直接连接到 SENSE 引脚，以自动开启 USB 端口。
AGND 6 P 模拟接地端子。将 AGND 连接到 PGND。
PA_CC1 7 A 连接到 Type-C 端口 A CC1 引脚。模拟输入/输出。
PA_CC2 8 A 连接到 Type-C 端口 A CC2 引脚。模拟输入/输出。
ILIM 9 A 电流限制程序。连接一个电阻器以设置电流限制阈值。短接至 GND 以设置默认的 3.55A 电流限值。
PA_BUS 10 P 端口 A 总线输出。
SENSE 11 P 输出电压感测，严禁在该引脚上施加外部负载。连接到外部电感器的另一侧。
PB_BUS 12 P 端口 B 总线输出。
OUT 13 P 输出引脚。提供 5.1V 电压，以最大 200mA 的能力为外部负载供电。该电压遵循 VSET 设置。
PB_CC2 14 A 连接到 Type-C 端口 B CC2 引脚。模拟输入/输出。
PB_CC1 15 A 连接到 Type-C 端口 B CC1 引脚。模拟输入/输出。
PGND 16、24、25 P 电源接地端子。在内部连接到 LS FET 的源极。连接到系统接地端、AGND 以及 CIN 和 COUT 电容器的接地侧。尽量缩短到 CIN 的距离。
PB_EN 17 A USB 端口 B 使能引脚。控制 USB 端口 B 通道负载开关的开启/关闭。拉至低电平时，该引脚关闭端口 B USB 电源以及 CC1/2 电流和电压。拉至高电平时，该引脚开启端口 B USB 电源以及 CC1/2 电流和电压。可直接连接到 SENSE 引脚，以自动开启 USB 端口。
PB_FAULT 18 A USB 端口 B 故障指示。/PB_FAULT 指示 PB_BUS 上的过流或过热情况。/PB_FAULT 在正常情况下是开漏输出。在发生
故障的情况下将 /PB_FAULT 拉至低电平。
FREQ/SYNC 19 A 开关频率程序和外部时钟输入。在 FREQ 和 GND 之间连接一个电阻器以设置开关频率。
EN/UV 20 A 使能引脚。精密使能引脚控制稳压器开关操作和 Type-C。请勿使其悬空。高电平 = 开启，低电平 = 关闭。可直接连接至 SENSE。如果连接到 IN 引脚，则精密使能输入允许通过外部电阻分压器调节 UVLO。
BOOT 21 P 自举电容器连接。在内部，BOOT 连接到自举二极管的阴极。在 SW 和 BOOT 之间连接一个 0.1μF 自举电容器。
IN 22 P 输入电源。连接到外部直流电源。旁路电容器的预期容值范围为 1μF 至 10μF。从 IN 连接到 PGND。可承受高达 36V 的电压而不损坏，但如果 VIN 高于 26V OVP 阈值，则会暂停运行。
SW 23 P 稳压器的开关输出。在内部连接到 HS FET 的源极和 LS FET 的漏极。连接到输出电感器。
(1) A = 模拟，P = 功率，G = 接地。

8 规格

8.1 绝对最大额定值

在建议的 -40°C 到 +150°C 工作结温范围内测得并且 AGND = PGND（除非另外说明）(1)
参数 最小值 最大值 单位
输入电压 IN 到 PGND –0.3 40(2) V
IN 到 SW –0.3 35
BIAS、SENSE 到 PGND –0.3 6
EN 到 AGND –0.3 11
FREQ/SYNC 到 AGND –0.3 6
PA_EN、PB_EN 到 AGND –0.3 6
VSET、ILIM 到 AGND -0.3 6
AGND 到 PGND -0.3 0.3
输出电压 SW 到 PGND –0.3 35 V
SW 到 PGND（瞬变小于 10ns） –3.5 35
BOOT 至 SW –0.3 6
PA_BUS、PB_BUS、OUT 到 PGND –0.3 6
电压范围 CC1、CC2 到 AGND –0.3 6 V
DP、DM 到 AGND –0.3 6
TS 到 AGND –0.3 6
PA_FAULT、PB_FAULT 到 AGND –0.3 6 V
引脚正灌电流 ISNK CC1、CC2（在施加 VCONN 时） 1 A
I/O 电流 DP 到 DM（BC1.2 DCP 模式下） -35 35 mA
TJ 结温 -40 150 °C
Tstg 贮存温度 –65 150 °C
(1) 超出绝对最大额定值下列出的压力可能会对器件造成永久损坏。这些仅为压力额定值，并不表明器件在这些额定值下或者任何其它超过建议工作条件所标明的条件下可正常工作。长时间处于绝对最大额定条件下可能会影响器件的可靠性。
(2) 在 0V 到 40V 瞬态电压、室温、SENSE 处最大 500uF 电容的条件下，VIN 上升压摆率低于 20V/ms

8.2 ESD 等级

值 单位
V(ESD） 静电放电 人体放电模型 (HBM)，符合 AEC Q100-002(1) ±2000(2) V
充电器件模型 (CDM)，符合 AEC Q100-011 转角引脚 ±750(3)
其他引脚 ±750(3)
(1) AEC Q100-002 指示应当按照 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 规范执行 HBM 应力测试。
(2) 通过级别符合 AEC-Q100 分级 H2 标准。
(3) 通过级别符合 AEC-Q100 分级 C5 标准。

 
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