從PW1558A中文規(guī)格書(shū)看電源保護(hù)新高度：6A雙向限流技術(shù)的完美演繹

描述
PW1558A 是一款先進(jìn)的 28V 6A 額定雙向負(fù)載開(kāi)關(guān)， 提供過(guò)載、 短路、 輸入電壓浪涌、 過(guò)大沖擊電流和過(guò)熱保護(hù)， 為系統(tǒng)供電。 內(nèi)置的 24mΩ超低 RDS(ON)電源開(kāi)關(guān)有助于減少正常操作期間的功率損耗。 該設(shè)備具有兩個(gè)輸入/輸出端口 VBUS1 和 VBUS2， 其絕對(duì) MAX 大額定值為 28V。 每個(gè)端口都具有獨(dú)立的使能、 外部電流限制設(shè)置和放電控制引腳。 當(dāng)設(shè)備被禁用時(shí)， 集成的兩個(gè) N 型通道電源開(kāi)關(guān) M1 和 M2 串聯(lián)配置會(huì)阻止 VBUS1 和 VBUS2 兩個(gè)端口之間的任何泄漏。
PW1558A 采用低輪廓 16 引腳 QFN 2.5mm x 3.2mm 封裝。

功能特點(diǎn)
寬電源電壓范圍： 支持 3V 至 24V 的寬電源電壓范圍
端口 VBUS1 和 VBUS2 的 28V 耐受能力
集成 24mΩ超低 RDS(ON)保護(hù)開(kāi)關(guān)
外部可調(diào)軟啟動(dòng)時(shí)間
外部可調(diào)輸入過(guò)壓閾值
短路保護(hù)
故障指示
熱關(guān)斷保護(hù)與自動(dòng)恢復(fù)功能

應(yīng)用
筆記本電腦、 臺(tái)式機(jī)、 服務(wù)器和平板電腦
轉(zhuǎn)接器和擴(kuò)展塢
電源附件
Thunderbolt/USB Type-C PD 電源開(kāi)關(guān)

典型應(yīng)用

典型應(yīng)用（20V， 5A）

引腳配置

引腳描述

表 1. EN1 和 EN2 控制上電序列

OVP 過(guò)壓：防止輸入尖峰高壓和高壓輸入時(shí)，導(dǎo)致后面電路或 IC 損壞，如達(dá)到輸入過(guò)壓關(guān)閉閾值 6.1V 以上時(shí)，輸出為 0V。
OCP 限流：限制 MAX 大通過(guò)電流值。超過(guò)如：如恒流；打嗝；關(guān)閉需要輸入重新上電激活（僅 PW2602C 屬于），三種表現(xiàn)，； 根據(jù)不同負(fù)載類型（負(fù)載儀，手機(jī)，水泥電阻等等），超過(guò)限流值表現(xiàn)不同有恒流或打嗝。

功能框架圖

MAX 大額定值（注 1）

推薦工作條件（注 3）

熱信息（注 3， 注 4）

注(1)： 超過(guò)所列“絕對(duì) MAX 大額定值”的應(yīng)力可能會(huì)損壞該器件。
注(2)： 該器件在推薦工作條件之外的性能不得到保證。
注(3)： 在 JESD51-7 標(biāo)準(zhǔn)的 4 層 PCB 板上測(cè)量。
注(4)： MAX 大允許耗散功率是 MAX 大結(jié)溫 TJ_MAX=125°C、 結(jié)到環(huán)境的熱阻θJA 和環(huán)境溫度 TA 的函數(shù)。 在任何環(huán)境溫度下的 MAX 大允許連續(xù)耗散功率通過(guò) PD_MAX=(TJ_MAX-TA)/θJA 計(jì)算得出。 超過(guò) MAX 大允許耗散功率會(huì)導(dǎo)致芯片溫度過(guò)高， 調(diào)節(jié)器將進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)。 內(nèi)部熱關(guān)斷電路可保護(hù)器件免受永久損壞。

電氣特性
TA = +25°C， VBUS1=5V， RILIM1= RILIM2=5.1kΩ， RVLIM=200kΩ， CVBUS1=CVBUS4=C1=0.1μF， 除非另有規(guī)定。

典型性能特性
（ CBUS1/2/3=22uF2+100uF ， C1/2/3=22uF2+0.1uF ， CBUS4/5/6=22uF*2+100uF ， TA=+25℃ ， 除 非 另 有 說(shuō) 明 。 ）

回流焊接曲線
IR 回流焊接曲線的分類

*峰值溫度曲線（Tp） 的公差定義為供應(yīng)商 MAX 小值和用戶 MAX 大值。
** 峰值溫度曲線持續(xù)時(shí)間（tp） 的公差定義為供應(yīng)商 MAX 小值和用戶 MAX 大值。
表 1. 無(wú)鉛工藝-分類溫度（Tc）

注 ： 對(duì) 于 所 有 溫 度 信 息 ， 請(qǐng) 參 考 封 裝 頂 部 ， 在 封 裝 體 表 面 進(jìn) 行 測(cè) 量 。

詳細(xì)說(shuō)明
PW1558A 是一款先進(jìn)的雙向電源開(kāi)關(guān)， 具有可調(diào)軟啟動(dòng)、 可調(diào)電流限制閾值、 輸入欠壓、 可調(diào)輸入過(guò)壓、 過(guò)溫和短路保護(hù)。 該設(shè)備具有兩個(gè)輸入/輸出端口 VBUS1 和 VBUS2， 額定絕對(duì) MAX 大值為 28V。 每個(gè)端口都具有獨(dú)立的使能、 輸入過(guò)壓保護(hù)（OVP） 、 外部電流限制設(shè)置和放電功能。 該設(shè)備集成了兩個(gè) N 型功率開(kāi)關(guān) M1 和 M2， 它們串聯(lián)并與公共漏極輸出 MOUT 相連。 當(dāng) EN1 和 EN2
引腳都被拉低時(shí)， 設(shè)備處于關(guān)機(jī)模式， 并關(guān)閉兩個(gè)電源開(kāi)關(guān) M1 和 M2， 以防止在端口 VBUS1 和VBUS2 之間流動(dòng)電流。 用戶通過(guò)控制 EN1 和 EN2 的序列來(lái)設(shè)置電源開(kāi)關(guān) M1 和 M2 的狀態(tài)以及電流流動(dòng)方向。 請(qǐng)參考表 1 EN1 和 EN2 的開(kāi)機(jī)序列。 輸出電壓上升時(shí)間由內(nèi)部 0.8 毫秒軟啟動(dòng)或 SS引腳和 GND 之間的電容器外部可編程軟啟動(dòng)控制。 在成功啟動(dòng)序列后， 設(shè)備主動(dòng)監(jiān)控每個(gè)電源開(kāi)關(guān)的電流， 以確保不超過(guò)由引腳 IADJ1/2 編程的過(guò)載電流限制 IADJ1/2。 設(shè)備監(jiān)控輸入電壓， 并在輸入電壓尖峰超過(guò)由引腳 VADJ 設(shè)置的輸入過(guò)壓閾值時(shí)關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。 電流限制和輸入過(guò)壓保護(hù)使輸出設(shè)備免受有害輸入電壓和電流瞬態(tài)的影響。 該設(shè)備具有內(nèi)置熱敏傳感器。 如果設(shè)備結(jié)溫（TJ）超過(guò)熱調(diào)節(jié)點(diǎn)+125°C， 電流限制將減少， 直到 TJ 調(diào)節(jié)至+125°C 左右。 在一些致命的輸出短路事件中， 設(shè)備結(jié)溫（TJ） 迅速上升并超過(guò)熱關(guān)斷閾值 TSD（通常為+150°C） ， 設(shè)備將關(guān)閉。

應(yīng)用信息
輸入/輸出雙向端口 VBUS1/VBUS2

PW1558A 作為雙向開(kāi)關(guān)工作， 允許電流根據(jù) EN1/EN2 控制序列從 VBUS1 流向 VBUS2 或從 VBUS2流向 VBUS1。 VBUS1 或 VBUS2 可以連接到適配器輸入電源或輸出到外圍設(shè)備。 設(shè)備會(huì)自動(dòng)選擇來(lái)自 VBUS1 或 VBUS2 的電源， 以較高者為準(zhǔn)。 推薦的 VBUS1/VBUS2 輸入電壓范圍為 3V 至 24V， 具有 28V 瞬態(tài)耐受性。 在 VBUS1/VBUS2 引腳與地 GND 之間并聯(lián)放置至少 22μFx2 或更高的高質(zhì)量
0.1μF 陶瓷型 X5R 或 X7R 旁路電容器， 以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)娜ヱ睢?電容器的電壓額定值應(yīng)超過(guò) MAX 大輸入電壓范圍。 在使用長(zhǎng)電纜的短路情況下， 電纜寄生電感和輸出陶瓷電容形成高 Q LC 諧振器。 短路高電流斜率 di/dT 可能會(huì)導(dǎo)致 VBUS1/VBUS2 引腳出現(xiàn)負(fù)電壓， MAX 高可達(dá)-10V。 VBUS1/VBUS2引腳的負(fù)電壓尖峰會(huì)觸發(fā)引腳 ESD 二極管， 對(duì)內(nèi)部電源開(kāi)關(guān)造成電壓應(yīng)力。 如果 VBUS1 引腳和VBUS2 引腳之間的電壓差超過(guò) 28V， 電源開(kāi)關(guān)將永久損壞。 為了限制短路事件中 VBUS1/VBUS2 引腳的負(fù)電壓尖峰， 建議在輸出陶瓷電容器旁邊并聯(lián)一個(gè)額外的 100μF 或 220μF 電解電容器。 由于電解電容器的高 ESR 值， 輸出寄生 L-C 諧振器的 Q 值被阻尼。

EN1 和 EN2 使能控制
使能接口引腳 EN1/EN2 的開(kāi)啟/關(guān)閉閾值分別為 1.5V（MAX 小值） 和 0.4V（MAX 大值） 。 EN1 控制電源開(kāi)關(guān) M1（VBUS1 到 MOUT） ， EN2 控制電源開(kāi)關(guān) M2（VBUS2 到 MOUT） 。 將 EN1 和 EN2引腳均拉低至關(guān)閉閾值以下（<0.4V） 以禁用電源開(kāi)關(guān)和所有保護(hù)電路， 設(shè)備進(jìn)入低功耗關(guān)機(jī)模式，僅從輸入電源汲取 10μA 的電流。 內(nèi)部有一個(gè) 1M?下拉電阻， 以確保在 EN1/EN2 引腳懸空時(shí)電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉。 EN1/EN2 引腳可承受 MAX 大 28V 電壓尖峰。 表 1 顯示了 EN1 和 EN2 設(shè)置的開(kāi)機(jī)序列和電流流向。?

欠壓鎖定（UVLO）
PW1558A 會(huì)監(jiān)控 VBUS1 和 VBUS2 的電源電壓， 并允許在 VBUS1 或 VBUS2 電壓高于輸入欠壓鎖定閾值 VUVLO（典型值為 2.75V） 時(shí)打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。 如果 VBUS1 和 VBUS2 的電壓均低于輸入欠壓鎖定閾值 VUVLO， 設(shè)備將關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。

過(guò)壓保護(hù)（OVP）
PW1558A 會(huì)持續(xù)監(jiān)控 VBUS1 和 VBUS2 的電源電壓， 并在 VBUS1 或 VBUS2 上的電壓超過(guò)外部編程的過(guò)壓保護(hù)閾值 VOVP 時(shí)， 禁用電源開(kāi)關(guān)并將 FLTB 引腳拉低以報(bào)告故障狀態(tài)。一旦 VBUS1 和 VBUS2的電壓降至輸入過(guò)壓閾值 VOVP 以下且沒(méi)有其他保護(hù)電路處于活動(dòng)狀態(tài)， 電源開(kāi)關(guān)將重新開(kāi)啟。一個(gè)外部電阻 RVLIM 從 VADJ 引腳連接到 GND， 用于設(shè)置過(guò)壓保護(hù)閾值 VOVP。 設(shè)備向 VADJ 引腳提供典型的 10μA 電流。 通過(guò)外部 RVLIM 電阻的電壓降 VVADJ， 可以使用方程式（1） 將過(guò)壓閾值從 5V 調(diào)整到 24V：

推薦的輸入過(guò)壓閾值設(shè)置如表 2 所示。

表 2. 通過(guò)外部電阻 RVLIM 設(shè)置過(guò)壓保護(hù)閾值

軟啟動(dòng)
當(dāng) EN1 和 EN2 被置為高電平時(shí)， 軟啟動(dòng)控制電路會(huì)以控制電源開(kāi)關(guān)柵極電壓的方式， 使輸出電壓在開(kāi)機(jī)時(shí)線性上升， 直到達(dá)到輸入電壓水平。 開(kāi)機(jī)時(shí)的沖擊電流受到輸出電壓通過(guò)軟啟動(dòng)時(shí)間上升的速率限制。 內(nèi)置的內(nèi)部軟啟動(dòng)時(shí)間典型值為 0.8 毫秒。 如果用戶希望軟啟動(dòng)時(shí)間超過(guò) 0.8 毫秒，請(qǐng)?jiān)?SS 引腳和地之間連接一個(gè)外部電容 CSS 以重新調(diào)整軟啟動(dòng)時(shí)間。 外部軟啟動(dòng)時(shí)間的大致計(jì)算
方法見(jiàn)方程式（2） ：

推薦的軟啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置如表 2 所示。

表 2. 通過(guò)外部電容 CSS 設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間

電流限制 IADJ1/IADJ2
對(duì)于電流受限的適配器或電源， 用戶可以編程輸入電流限制級(jí)別， 以防止負(fù)載電流超過(guò)電源。PW1558A 的不同電流方向的電流限制是通過(guò)連接在 IADJ1/IADJ2 和 GND 之間的外部電阻獨(dú)立設(shè)置的。 電源開(kāi)關(guān) M1（VBUS1 到 MOUT） 的電流限制由 IADJ1 電阻 RILIM1 編程， 電源開(kāi)關(guān) M2（VBUS2到 MOUT） 的電流限制由 IADJ2 電阻 RILIM2 編程。 如果發(fā)生過(guò)載， 內(nèi)部電路將根據(jù) RILIM1/2 的值限制電流， 并將 FLTB 引腳拉低以報(bào)告故障狀態(tài)。 IADJ1 或 IADJ2 引腳不能短路到 GND。 如果系統(tǒng)要求單個(gè)組件故障安全， 請(qǐng)使用兩個(gè)串聯(lián)電阻來(lái)編程輸入電流限制。 電流限制電阻 RILIM 的選擇可通過(guò)方程式（3） 計(jì)算。

公共電流限制閾值設(shè)置如表 3 所示。

表 3. 通過(guò)外部電阻 RILIM1/2 設(shè)置電流限制

短路保護(hù)
PW1558A 集成了快速跳閘比較器， 以便在 VBUS1 或 VBUS2 對(duì)地短路時(shí)快速關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。 該設(shè)備在短路保護(hù)中采用打嗝模式工作。 一旦檢測(cè)到短路故障， 電源開(kāi)關(guān)將被關(guān)閉并在給定時(shí)間內(nèi)強(qiáng)制關(guān)閉。 在預(yù)定時(shí)間結(jié)束時(shí)， 將嘗試通過(guò)軟啟動(dòng)電源開(kāi)關(guān)來(lái)重啟。 如果過(guò)載條件已消除， 電源開(kāi)關(guān)將打開(kāi)并正常工作； 否則， 設(shè)備將再次遇到過(guò)流事件并再次關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)， 重復(fù)之前的循環(huán)。 由于過(guò)載產(chǎn)生的過(guò)熱在打嗝循環(huán)中只會(huì)持續(xù)很短的時(shí)間， 因此功率器件的結(jié)溫要低得多。

熱回折和熱關(guān)斷保護(hù)
PW1558A 持續(xù)監(jiān)測(cè)電流， 并將其限制為 RILIM1/RILIM2 編程設(shè)定的值。 在正常操作或電流限制保護(hù)模式下， 如果內(nèi)部 MOSFET 的功耗 PD = |VVBUS1 - VVBUS2| × ILOAD 過(guò)高， PW1558A 將啟動(dòng)熱回折以降低電流限制值， 從而將結(jié)溫（TJ） 維持在+125°C 左右。 圖 4 顯示了熱回折電流限制。在某些致命的輸出短路事件中， 輸出電壓在電流限制 IIADJ1/IIADJ2 時(shí)下降。 這將導(dǎo)致結(jié)溫 TJ 隨著功耗的增加而增加， 設(shè)備結(jié)溫（TJ） 迅速上升并超過(guò)熱關(guān)斷閾值 TSD（通常為+150°C） ， 設(shè)備將關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)并將負(fù)載與電源斷開(kāi)。 在冷卻期間， PW1558A 將保持關(guān)閉狀態(tài)， 直到結(jié)溫降至 TSD -20°C 以下， 之后設(shè)備將嘗試重新啟動(dòng)。

故障指示器 FLTB
FLTB 是一個(gè)開(kāi)漏輸出， 需要連接一個(gè)外部上拉電阻至任何小于 28V 的電壓。 建議上拉電阻值為 10k?至 1000k?。 FLTB 引腳指示電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。 當(dāng)未檢測(cè)到故障且電源開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)， FLTB 保持高阻抗 HiZ。 當(dāng)發(fā)生以下任一故障事件時(shí)， 設(shè)備將生成警告標(biāo)志并使 FLTB 輸出低電平： VBUS1/VBUS2過(guò)壓、 過(guò)電流限制、 短路和過(guò)熱。 當(dāng)發(fā)生過(guò)電流或短路事件時(shí)， FLTB 輸出在典型的 3 毫秒去抖動(dòng)時(shí)間內(nèi)變?yōu)榈碗娖健?FLTB 信號(hào)保持“低”狀態(tài)， 直到設(shè)備以典型的 1.5 毫秒去抖動(dòng)時(shí)間退出故障事件。

VBUS1/VBUS2 端口放電功能
VBUS1 端口的放電功能由外部控制輸入 DISC1 控制， 而 VBUS2 端口的放電功能由外部控制輸入DISC2 控制（DISC1/2=Hi， 將 VBUS1/2 放電至 GND； DISC1/2=Lo， 禁用 VBUS1/2 放電功能） 。 內(nèi)部放電電阻約為 350Ω。

從 MOUT 引腳取電
PW1558A 集成了兩個(gè) N 通道電源開(kāi)關(guān) M1 和 M2， 它們與公共漏極輸出 MOUT 串聯(lián)。 雖然當(dāng)EN1/EN2 引腳被拉高時(shí)， MOUT 引腳可以為其他電路提供電力， 但使用時(shí)需要特別注意。 如果使用 MOUT 引腳， 請(qǐng)使用至少 0.1μF 的 MLCC 電容器將 MOUT 旁路到 GND。 從 MOUT 引腳抽取的電流會(huì)影響 IADJ1/IADJ2 引腳上的電流限制設(shè)置精度。 由于電源開(kāi)關(guān) M1 和 M2 的體二極管， MOUT引腳不受過(guò)載和短路故障事件的保護(hù)。 每當(dāng) VBUS1 或 VBUS2 引腳上施加電源電壓時(shí)， MOUT 將通過(guò)電源開(kāi)關(guān) M1/M2 或 M1/M2 的體二極管跟隨電源電壓。 當(dāng) MOUT 引腳上發(fā)生短路時(shí)， 電流不能被 PW1558A 限制。 如果需要對(duì) MOUT 引腳進(jìn)行過(guò)載或短路保護(hù)， 建議在 MOUT 引腳和任何下游電路之間添加一個(gè)負(fù)載開(kāi)關(guān) IC。

布局指南
良好的 PCB 布局對(duì)于提高 PW1558A 的熱性能和整體性能非常重要。 為了優(yōu)化開(kāi)關(guān)對(duì)輸出短路條件的響應(yīng)時(shí)間， 請(qǐng)保持所有走線盡可能短， 以減少電源/GND 走線寄生電感的影響， 并在 VBUS1/VBUS2到 GND 之間添加 EC 電容器（MAX 多 100uF） ， 以補(bǔ)償電源線（例如 USB Type C 線） 的不必要寄生電感。
? VBUS1、 MOUT 和 VBUS2 引腳按照以下圖示連接， 以減少阻抗并改善功率損耗
? 使用接地平面來(lái)增強(qiáng) PW1558A 的散熱能力。
? 將輸入和輸出旁路電容器盡可能靠近 VBUS1、 VBUS2 和 MOUT 引腳放置。

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審核編輯 黃宇