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本文主要是針對USB PD 3.0控制器TPS25750的浪涌防護(hù)方案，采用湖南靜芯研發(fā)的TDS浪涌保護(hù)器件對芯片進(jìn)行浪涌防護(hù)，保護(hù)設(shè)備免受電氣系統(tǒng)中的浪涌電壓或浪涌電流的損害，確保設(shè)備的安全性。
一、TPS25750介紹
TPS25750是一款高度集成的獨(dú)立式USB Type-C和電力輸送 (PD)控制器，針對支持 USB-C PD電源的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。TPS25750集成了完全管理的電源路徑與強(qiáng)大的保護(hù)功能，可提供完整的USB-C PD解決方案。TPS25750還集成了對外部電池充電器IC的控制功能，可提高易用性并縮短產(chǎn)品上市時間。基于網(wǎng)絡(luò)的直觀GUI將使用清晰的方框圖和簡單的多選題，通過一些簡單問題了解用戶的應(yīng)用需求。最后，GUI將為用戶的應(yīng)用創(chuàng)建配置映像，從而顯著降低競爭性USB PD解決方案相關(guān)的復(fù)雜性。
二、USB-PD介紹
USB-PD 是一種基于 USB Type-C 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的先進(jìn)快速充電技術(shù)，它基于充電規(guī)范運(yùn)行，以最大限度地提高傳輸?shù)竭B接設(shè)備的功率。USB-PD 規(guī)范定義了設(shè)備如何利用 USB Type-C 連接器供電，以及如何在供電過程中識別和管理這些設(shè)備。USB-PD 的一個關(guān)鍵特性是，它可以使設(shè)備能夠在精確傳輸或接收電源之前通過 USB Type-C 連接器上的專用通信通道進(jìn)行通信。這可以讓設(shè)備僅獲得所需的功率，防止過度充電或充電不足的問題。
由USB實(shí)施者論壇（USB-IF）設(shè)計(jì)的USB供電（USB-PD）規(guī)范已經(jīng)發(fā)展了四個版本，逐步增強(qiáng)了供電能力和靈活性。最初的USB-PD 1.0僅提供固定功率配置：10W（5V，2A）、18W（12V，1.5A）、36W（12V，3A）、60W（20V，3A）和100W（20V，5A）。USB-PD 2.0為標(biāo)準(zhǔn)功率范圍（SPR）引入了四個固定電壓電平（5V、9V、15V、20V），具有3A或5A的靈活電流選項(xiàng)。這種組合實(shí)現(xiàn)了更多通用的充電選項(xiàng)，功率范圍從0.5W到100W不等。USB-PD 3.0進(jìn)一步擴(kuò)展了USB-PD 2.0的功能，提供額外的設(shè)備信息，如電源狀態(tài)、電池電量和系統(tǒng)通知。
三、TDS器件介紹
TDS(平緩鉗位浪涌抑制器)具有精準(zhǔn)且恒定的觸發(fā)電壓、優(yōu)異的鉗位性能及穩(wěn)定的溫度特性，可為系統(tǒng)提供更全面保護(hù)。當(dāng) EOS 事件來臨時，瞬態(tài)電壓攀升至超過集成精密觸發(fā)器所設(shè)定的擊穿電壓（VBR）閾值，觸發(fā)電路精確的開啟內(nèi)置泄流場效應(yīng)晶體管，有效的將瞬態(tài)高壓與大電流安全釋放到地。由于TDS的內(nèi)置泄流場效應(yīng)晶體管具有極低的導(dǎo)通電阻，其鉗位電壓在額定峰值脈沖電流范圍內(nèi)幾乎是恒定的。
在選擇浪涌防護(hù)器件時，許多工程師會優(yōu)先選擇TVS二極管，實(shí)際上大電流TDS芯片在成本和性能、面積上比TVS更具優(yōu)勢。TDS器件的優(yōu)勢如下：
- 在提供相同保護(hù)的情況下，TDS耗散浪涌能量較小，能通過自身特性將過壓與過流事件高效泄放到地，從而避免增加自身熱損耗。
- TDS器件體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，為硬件工程師設(shè)計(jì)高度集成型解決方案提供了更優(yōu)選擇。如果應(yīng)用需要超過單個TDS器件所能提供的特定鉗位電壓， 可以將多個TDS器件串聯(lián)，提供了更多的靈活性。
- TDS器件的鉗位電壓通常比傳統(tǒng)TVS保護(hù)設(shè)備的鉗位電壓低30%，減少了系統(tǒng)的電氣應(yīng)力，可以更好的保護(hù)后端IC，也為系統(tǒng)中的其他組件創(chuàng)造了更大的安全余量。
- TDS器件在額定峰值脈沖電流范圍內(nèi)擁有幾乎恒定的鉗位電壓。傳統(tǒng)TVS二極管的箝位電壓隨著峰值脈沖電流的增加而增加，而TDS器件的鉗位電壓在最大峰值脈沖電流之前幾乎保持不變。
- TDS器件的鉗位電壓在工作溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，而傳統(tǒng)TVS二極管的鉗位電壓隨溫度變化。TDS器件擁有卓越的耐用性，在工作規(guī)格內(nèi)性能不會下降，仍能保證低漏電和高鉗位電壓。
四、應(yīng)用方案
圖1 應(yīng)用方案
? ? ?上圖介紹了使用PD 3.0控制器TPS25750的部分參考設(shè)計(jì)。USB PD 3.0可以提供高達(dá) 100W 的功率,VBUS上的最大電壓可以達(dá)到20V（20V&5A）。如果總線上的電壓增加超過其設(shè)計(jì)參數(shù)，USB PD控制器可能會損壞。因此設(shè)計(jì)人員經(jīng)常選擇使用具有高于標(biāo)定峰值脈沖電流(IPP)額定值的TVS二極管器件保護(hù)總線，VBUS引腳的安全性就需要使用工作電壓高于 20V 的防護(hù)器件來保護(hù) VBUS 引腳，以保持鉗位電壓低于PD控制器損壞閾值。
ESTVS2200DRVR是湖南靜芯開發(fā)的平緩浪涌抑制器(TDS)，可用于保護(hù)工作電壓為 20V、22V、24V 的系統(tǒng)，具有精準(zhǔn)且恒定的觸發(fā)電壓、優(yōu)異的鉗位性能及穩(wěn)定的溫度特性，可為系統(tǒng)提供更全面保護(hù)。ESTVS2200DRVR 器件為 DFN 2mm x 2mm x 0.68mm 6引腳封裝，工作電壓最大可達(dá) 24V，可在 ESD 和浪涌事件發(fā)生時保護(hù) USB-PD 控制器。它具有25.6V 的觸發(fā)電壓和 70A(tp=8/20μs)的峰值脈沖電流, 鉗位電壓VC為30V以內(nèi)，且符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，在 ±30kV（空氣）和 ±30kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)。
五、器件電氣特性表
At TA = 25℃ unless otherwise noted
表1 ESTVS2200DRVR電氣特性表
六、總結(jié)與結(jié)論
TPS25750作為常用的PD控制芯片，浪涌防護(hù)十分關(guān)鍵。靜芯公司推出的系列TDS芯片具有接近理想狀況的ESD和EOS保護(hù)特性，可以廣泛應(yīng)用于USB/雷電接口、工業(yè)機(jī)器人、IO-Link接口、工業(yè)傳感器、IIoT設(shè)備、可編程邏輯控制器(PLC)和以太網(wǎng)供電(PoE)等領(lǐng)域，可為系統(tǒng)提供更全面以及更可靠的保護(hù)。目前公司推出來ESTVS2200DRVR、ESTDS2211P、ESTVS3300DRVR、ESTDS3311P等型號，歡迎客戶前來咨詢選購。
