TPS2583xA-Q1：汽車類USB充電端口的理想選擇

在汽車電子領(lǐng)域，隨著USB設(shè)備的廣泛應(yīng)用，對USB充電端口的性能和安全性提出了更高的要求。TI推出的TPS2583xA-Q1同步降壓直流/直流穩(wěn)壓器，集成了USB Type-C和BC1.2充電端口控制器功能，為汽車信息娛樂系統(tǒng)、USB媒體中心和充電器端口等應(yīng)用提供了強(qiáng)大的解決方案。

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1. 特性亮點(diǎn)

1.1 強(qiáng)大的保護(hù)功能

TPS2583xA-Q1具備全面的短路保護(hù)能力，包括$V{BUS}$對$V{BAT}$短路保護(hù)，以及DP_IN、DMIN、CCx對$V{BAT}$和$V_{BUS}$的短路保護(hù)（僅TPS25830A-Q1支持DP_IN、DMIN、CCx對$V{BAT}$短路）。同時(shí)，DP_IN、DM_IN符合CCx IEC 61000 - 4 - 2標(biāo)準(zhǔn)，能有效抵御靜電放電的影響。此外，該器件還具有±8kV接觸放電和±15kV空氣放電保護(hù)，以及故障標(biāo)志報(bào)告功能，確保設(shè)備在各種惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 優(yōu)異的電氣性能

作為一款同步降壓直流/直流穩(wěn)壓器，TPS2583xA-Q1的輸入電壓范圍為4.5V至36V，輸出電流可達(dá)3.5A，輸出電壓為5.1V，精度高達(dá)±1%。采用電流模式控制，頻率可在300kHz至2.2MHz之間調(diào)節(jié)，還能與外部時(shí)鐘頻率同步，具備擴(kuò)頻頻譜抖動的FPWM功能，內(nèi)置補(bǔ)償功能，使用起來更加便捷。

1.3 符合多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)

該器件符合面向汽車應(yīng)用的AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)，溫度等級為1（-40°C至 +125°C，$T_{A}$），HBM ESD分類等級為H2，CDM ESD分類等級為C5。同時(shí)，它還符合USB - IF標(biāo)準(zhǔn)的USB Type - C? 1.3版，支持CC邏輯、$CONN$拉電流和放電電流，具備USB電纜極性保護(hù)（POL），符合USB BC1.2規(guī)范的CDP/SDP模式，以及MFI過流限制。

2. 工作原理

2.1 同步降壓轉(zhuǎn)換器

TPS2583xA-Q1采用同步降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過控制高側(cè)（HS）和低側(cè)（LS）NMOS開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓。在HS開關(guān)導(dǎo)通期間，SW引腳電壓上升至接近$V_{IN}$，電感電流線性增加；HS開關(guān)關(guān)斷后，LS開關(guān)在抗直通死區(qū)時(shí)間后導(dǎo)通，電感電流通過LS開關(guān)放電。通過調(diào)節(jié)占空比，調(diào)節(jié)器控制回路可保持輸出電壓恒定。

2.2 電流限制與保護(hù)

通過精密的高端電流感測放大器進(jìn)行電流感測，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的、用戶可編程的過流限制設(shè)置。同時(shí)，還具備逐周期電流限制、斷續(xù)短路保護(hù)、欠壓鎖定、$V{BUS}$過壓和過流、CC過壓和過流、數(shù)據(jù)線（$D{x}$）對$V{BUS}$和$V{BAT}$短路以及裸片過熱保護(hù)等功能，確保設(shè)備在各種異常情況下的安全運(yùn)行。

2.3 電纜補(bǔ)償

為了克服遠(yuǎn)程USB端口供電時(shí)的IR損耗，TPS2583xA-Q1支持可編程的線性電纜補(bǔ)償。通過檢測負(fù)載電流，根據(jù)$R{SNS}$、$R{SET}$和$R_{IMON}$電阻設(shè)置的增益，增加CSN/OUT引腳的電壓，以補(bǔ)償充電路徑中的IR壓降，使連接的便攜式設(shè)備在重載下仍能獲得最佳的充電電流和電壓。

3. 應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 典型應(yīng)用電路

TPS2583xA-Q1僅需少量外部組件，即可將寬電壓范圍的電源轉(zhuǎn)換為5V輸出，為USB設(shè)備供電。在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)，需要根據(jù)具體需求選擇合適的外部電感、電容和電阻等組件，以滿足輸出電壓、電流、紋波和瞬態(tài)響應(yīng)等要求。

3.2 組件選擇

• 電感選擇：電感的電感值、飽和電流和額定電流是關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)所需的峰 - 峰紋波電流計(jì)算最小電感值，同時(shí)要確保電感電流額定值高于設(shè)備的電流限制。
• 輸出電容選擇：輸出電容的大小和ESR決定了輸出電壓紋波和負(fù)載瞬態(tài)性能。根據(jù)負(fù)載瞬態(tài)要求估算輸出電容的下限和ESR的上限，并通過計(jì)算驗(yàn)證輸出電壓紋波是否滿足要求。
• 輸入電容選擇：需要使用高頻輸入去耦電容和大容量輸入電容，以補(bǔ)償陶瓷電容的降額，推薦使用電壓額定值為最大輸入電壓兩倍的X5R或X7R陶瓷電容。
• 其他電容選擇：還需要選擇合適的自舉電容、$V_{CC}$電容等，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.3 布局注意事項(xiàng)

布局對于電源設(shè)計(jì)至關(guān)重要，合理的布局可以提高電源轉(zhuǎn)換性能、熱性能，并減少不必要的EMI。在布局時(shí)，應(yīng)將輸入旁路電容靠近IN和PGND引腳，$V_{CC}$旁路電容靠近VCC引腳并接地；使用中間層的接地平面作為噪聲屏蔽和散熱路徑；將熱焊盤連接到接地平面；使$VIN$、$Vout$和接地總線連接盡可能寬；縮短SW引腳與電感的連接長度；合理布置感測和設(shè)置電阻等。

4. 總結(jié)

TPS2583xA-Q1憑借其豐富的特性、優(yōu)異的性能和全面的保護(hù)功能，成為汽車類USB充電端口設(shè)計(jì)的理想選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體需求，合理選擇組件和進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮該器件的優(yōu)勢，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，要注意遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行嚴(yán)格的測試和驗(yàn)證，以滿足汽車電子應(yīng)用的高可靠性要求。你在使用TPS2583xA-Q1過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。