eFuse：TPS25982系列电子保险丝的相关设计

创作背景在设计板子中总是有一些意外情况导致PCB短路内部设计或是外部不小心短接此时便想起给整个板子做一个保险。对于保险设计有很多方法保险丝电子保险丝等等。对于传统保险设计有一些弊端相应时间慢等。所以本人参考了一些文献找到一个方法——电子保险丝。这个方法不仅相应时间是MS级别并且只需要一个芯片搭配一些电阻电容便能起到不错的效果。因此我分享我使用的一款电子保险丝芯片——TPS259824LNRGE官方价值25元/一个TPS25982是一个系列会在下文讲解。关于文章关于硬件设计由博主一人结合DeepSeek编写如果想引用文章记得联系一下博主虽然是开源但是也尊重一下博主花了好几天的编写和尝试感谢关于电子保险丝的详细讲解可以参考这个文献https://blog.csdn.net/weixin_51551858/article/details/162945239关于同一系列不同型号的区别该部分由DeepSeek编写博主整理TPS2598产品系列。2/3/4/7过压锁定OVLO阈值。2代表3.7V3代表7.6V4代表16.9V7代表无OVLO功能。O/L过流响应类型。O代表断路器Circuit BreakerL代表有源电流限制器Active Current Limiter。RGE封装代码代表4mm x 4mm的VQFN封装。R/T包装方式。R代表卷带ReelT代表小卷带Tape。核心区别过流响应机制这是选型最关键的地方两者在过流时的行为完全不同断路器Circuit Breaker, O版本过流时直接关断切断输出。之后需要重新上电或拉低EN引脚才能恢复。适合需要立即切断电源的场合。有源电流限制器Active Current Limiter, L版本过流时将电流限制在设定值输出电压可能降低但不会立即关断。它会在设定的“消隐时间Blanking Time”后才决定是否关断。如果过流是瞬态的如电机启动电流限制器能扛过去而不切断电源避免误动作。适合需要承受较大瞬态电流的场合。器件型号对比速览核心型号区别如下TPS259822LNRGEOVLO 3.7V过流响应为有源电流限制。TPS259823LNRGEOVLO 7.6V过流响应为有源电流限制。TPS259824LNRGEOVLO 16.9V过流响应为有源电流限制。TPS259827LNRGE无OVLO过流响应为有源电流限制。TPS259822ONRGEOVLO 3.7V过流响应为断路器。TPS259823ONRGEOVLO 7.6V过流响应为断路器。TPS259824ONRGEOVLO 16.9V过流响应为断路器。TPS259827ONRGE无OVLO过流响应为断路器。选型建议建议如下过压阈值强烈建议选择TPS259824系列OVLO 16.9V。其16.9V的过压锁定阈值能很好地保护你的12V系统防止因电源波动或故障导致过压损坏后级电路。过流响应如果你需要驱动电机等有较大启动电流的负载建议选择“L”版本有源电流限制器如 TPS259824L。它能避免电机启动瞬间的大电流导致eFuse误触发关断。如果你只想在短路时快速切断电源“O”版本断路器 如 TPS259824O 更直接。关于每一个引脚的定义参考官方数据手册此处不赘述接下来是关于引脚的使用电阻电容的搭配1、Ven官方数据手册中明确写出①如果电源电压低于 6V可以直接将 EN 引脚上拉至 IN。如果电源电压高于 6V建议在 IN、EN 和 GND 之间使用适当的电阻分压器 以确认 EN 引脚上的电压在规定限制范围内。 ②如果电源电压低于 6V可以通过电阻器将 PG 引脚上拉至 IN/OUT。如果电源电压高于 6V建议使用降压电源来确认 PG 引脚上的电压 在规定限制范围内。且该引脚的最大值和最小值分别是6V7V是最大最大额定值这里是6V是因为官方建议运行最大为6V和-0.3V。对于我的系统而言12V输入所以控制Ven5V对于串联电路而言电流处处相等则可列出三个方程也可使用串联电路电阻分压规律此处详细是怕有些看不懂如何计算的{I(定义这个串联电路电流是I)R1IR212V;IR17V;IR25V}则可以计算出5R17R2当R17KΩ则R25KΩ。但是这样就可以了吗显然并不是根据官方说法Ven引脚又可以实现欠压保护功能若取上面的值芯片确实会导通。但是按照电阻计算只有当输入电压掉到 2.88V 以下时EN 引脚的电压才会降到 1.2V。这意味着在 12V 掉到 3V 之前这个欠压保护形同虚设 后级电路早就在低电压下崩溃了。并且12V 输入如果有波动比如瞬间飙到 15V按照分压比例EN 引脚的电压会变成6.25V。会直接击穿或烧毁芯片的 EN 引脚。因此上面的阻值选取并不可取。根据上述的公式以及官方提及Vulo1.2V和VINuvlo10V的情况下R173,2KΩ,R210KΩ才可行。2、关于压摆率和浪涌电流此处的浪涌电流和板载电流没有任何关系不要像博主一样把这两个混在一起导致思考很久对于浪涌电流而言根据公式IC*dV/dT可得当输入电压最大电容越大浪涌电流也就越大因此此处将浪涌电流设定在2A后记电容控制在100uf实际不到100uf则可计算出SR(V/ms)20V/ms,在计算出Cdvdt(pF)230pF(但由于230pF难以购买到因此选取220pF所以实际浪涌电流的设定值大于2A)。3、断路器对于断路器才是板载最大电流。这里的Ilim设定为5A根据公式可以计算得出RilimΩ≈298但是为了器件的方便购买选取300Ω电阻则实际Ilim为4.98A左右也足够应对大多数学生绘制的板子。关于相应由上面算出的电阻300Ω设定相应时间为188us(时间越短响应越快)可以计算出CitimiernF47nF。但是为什么不把时间在缩减呢之所以这样是因为官方明确提及尽量控制在100us以上所以我设定在188us。4、模拟负载电流检测器手册提及当Vin5V时Vimon3.3V建议值因此目前4个未知数已知3个Vimon/Iout/Gimon为什么Gimon已知应为在手册的电器特性中提及当3A≤Iout≤min15AIlim的典型值时246。因此根据公式便能计算出需要的电阻Rimon2.7KΩ。注意Iout(A)Iout​(A) 是负载电流5A但输出引脚 IMON 输出的是一个微弱的比例电流这个比例电流 IimonGimon×Iout246μA/A×5A1230μA1.23mA对于这个引脚官方提到了添加一个RC低通滤波器以滤除任何尖峰脉冲并获得平滑的平均电流测量值。这个电阻值建议10K欧姆以上。这个引脚可以尝试接单片机的ADC引脚可以用来检测电流本人还未尝试如果后续考虑进阶会尝试实现这个功能5、PG引脚PG (Power Good) 是芯片的一个状态汇报引脚。它负责告诉你的单片机MCU“我现在的输出电压正常了你可以开始工作了”。开漏输出芯片内部只接了一个下拉的 MOSFET开关。如果输出正常内部开关断开引脚悬空没有电如果输出故障内部开关闭合引脚被强行拉到 0V接地。高电平有效意思是当一切正常时它需要“外部”给它提供一个高电平电压。所以可以这样设计PG-GPIOSTM32并联10KΩ上拉到3.3V如果不确定到底是3.3V还是5V这边建议可以设计一个跳线帽如果3.3V不行就接5V6、LDSTRT引脚这个引脚对于我来说我会直接接地也不是我的队友没实力而是我觉得这个功能有点本末倒置了你是为了电路安全却让软件参与那还不如回归那些老方法纯硬件设计这个引脚的使用需要搭配单片机使用如果你不能理解为什么后级没电的情况下单片机能工作的这个逻辑我建议直接接地博主就是博主这里承认能力不行而不是队友的能力不行希望有大佬能把这个地方在详细给大伙讲清楚这里就不过多赘述了。7、故障响应这个就看个人的选择了博主在这选择的使第二种闭锁不重试所以我会把RETRY_DLY直接接地NRRETRY悬空。其他方式看数据手册的相关说明设计如果有机会尝试其他方案博主会在写一篇专门讲解这个OK这篇文章是我第一次发表关于电路的文章也是第一次自己根据数据手册一步步设计电路虽然有DeepSeek的帮助本人目前还是一个大二的小灯文章可能有很多地方有误还请各位大佬指出如果你觉得很不错或者对你有帮助麻烦给个三联关注、点赞、收藏后续会尽力分享这些我设计的内容。