ZHCT503 April   2024 TPS22995H-Q1

 

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在设计通过多个电压轨运行的复杂电子器件(例如微控制器、微处理器、FPGA、ADC 等等)时,电源时序是一项重要因素。更重要的是,在汽车应用领域,尤其是信息娱乐系统和 ADAS 中,微处理器需要具有不同时序配置和斜升速率的电源序列。这意味着多个电源轨在不同的电容和负载条件下以各种顺序上电和下电,因此接通顺序和压摆率都很重要。电源轨时序顺序和压摆率可确保内部电路正确偏置,并在启动阶段交错布置浪涌电流。因此,使用具有可调压摆率选项的电子 IC 对于上述应用是有利的。

在可用的选项中,负载开关是在设计中实现电源时序的理想选择,因为负载开关可通过更小的设计尺寸提供灵活性和增强保护。负载开关可提供设计灵活性,并轻松控制子系统的电源时序。每个电源轨都可以独立开启和关闭,无需大量的处理器干预,并且每个电源轨的上升和下降时间都是可调节的。之所以能够实现这一点,是因为集成负载开关具有各种功能,例如使用外部电阻 (RT) 的可配置上升时间和下降时间,以及 IC 内部或外部的快速输出放电 (QOD)。TPS22995H-Q1 是集成负载开关的示例,兼具这两种功能。

对于汽车应用(具有特定的电源时序要求),可使用集成或分立式负载开关。所有集成负载开关均将内部 FET 的栅极连接到外部引脚以控制压摆率。通常情况下这不是问题,但在高湿度环境中,可能会将高达 100kΩ 的电阻从栅极连接到 GND。这会使电荷泵不堪重负并阻止负载开关开启。在这样的情况下,系统上的集成负载开关由于高湿度而无法正常工作,因此系统设计人员通常会选择分立式负载开关。分立式设计不依赖于电荷泵,因此不受 100kΩ 电阻接地短路的影响。但是,由于物料清单 (BOM) 数量、成本和设计尺寸会增加,因此通常不优先选择这种设计。选择具有优化 BOM 成本和占用空间的实用设计。TPS22995H-Q1 是具有耐湿性的汽车级负载开关,可提供可调节压摆率控制。与分立式设计相比,TPS22995H-Q1 尺寸更小,所需的 BOM 数量更少。

图 1 展示了 TPS22995H-Q1 IC 引脚排列和功能图。可以使用 RT 电阻器作为外部元件来调节压摆率。增大 RT 会减小 VOUT 斜坡的压摆率。

GUID-20240131-SS0I-KQT3-SCWP-HXRK4CFZJCRF-low.png图 1 TPS22995H-Q1 IC 引脚排列和功能图

图 3 展示了上升和下降时间以及压摆率测量的时序图。更改 RT 值会直接影响上升沿期间从 VOUT 的 10% 上升到 90% 所用的时间。要缩短 tRISE,必须降低 RT 值。相反,要延长上升时间,必须使用更大的 RT。

GUID-20240131-SS0I-1VDH-JGXG-HMBQK4TQD9DR-low.png图 2 上升和下降时间以及压摆率测量的时序图

对于需要特定 VOUT 斜升速率的应用,设计人员可以通过选择更大或更小的 RT 电阻来实现此目的,如图 3图 4 中的图所示。

GUID-20240131-SS0I-MTCF-NBDX-ZGQGDQZNVDNP-low.png图 3 TPS22995H-Q1 上升时间与 RT 间的关系
GUID-20240131-SS0I-DFGP-XW7Z-VK7MLGVCKQJ4-low.png图 4 TPS22995H-Q1 压摆率与 RT 间的关系

结论

集成负载开关是一种有效的方案,适用于对电源时序和受控上升时间有特殊要求的电子应用,同时还能保持较低的 BOM 数量和较小的系统 PCB 面积。然而,在高湿度环境等极端运行条件下使用这些器件成为一项主要工程挑战。如本文所述,TPS22995H-Q1 通过集成对高湿度环境的耐受性,提高了电路的稳健性。这种湿度特性使器件能够按预期继续运行,从而满足设计目标。此外,如果任何引脚与 GND 或电源之间发生 100kΩ 短路,器件将继续正常运行。因此,随着对具有更低 BOM 成本和更小占用空间的容错 IC 的需求不断增加,TI TPS22995H-Q1 成为理想选择,消除了设计中的问题。