PW1558A中文規(guī)格書與實戰(zhàn)應用：打造穩(wěn)健的12V/20V限流及6A雙向保護方案

描述
PW1558A 是一款先進的 28V 6A 額定雙向負載開關， 提供過載、 短路、 輸入電壓浪涌、 過大沖擊電流和過熱保護， 為系統(tǒng)供電。 內(nèi)置的 24mΩ超低 RDS(ON)電源開關有助于減少正常操作期間的功率損耗。 該設備具有兩個輸入/輸出端口 VBUS1 和 VBUS2， 其絕對 MAX 大額定值為 28V。 每個端口都具有獨立的使能、 外部電流限制設置和放電控制引腳。 當設備被禁用時， 集成的兩個 N 型通道電源開關 M1 和 M2 串聯(lián)配置會阻止 VBUS1 和 VBUS2 兩個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
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)保護開關
外部可調(diào)軟啟動時間
外部可調(diào)輸入過壓閾值
短路保護
故障指示
熱關斷保護與自動恢復功能

應用
筆記本電腦、 臺式機、 服務器和平板電腦
轉(zhuǎn)接器和擴展塢
電源附件
Thunderbolt/USB Type-C PD 電源開關

典型應用

典型應用（20V， 5A）

引腳配置

引腳描述

表 1. EN1 和 EN2 控制上電序列

OVP 過壓：防止輸入尖峰高壓和高壓輸入時，導致后面電路或 IC 損壞，如達到輸入過壓關閉閾值 6.1V 以上時，輸出為 0V。
OCP 限流：限制 MAX 大通過電流值。超過如：如恒流；打嗝；關閉需要輸入重新上電激活（僅 PW2602C 屬于），三種表現(xiàn)，； 根據(jù)不同負載類型（負載儀，手機，水泥電阻等等），超過限流值表現(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)： 超過所列“絕對 MAX 大額定值”的應力可能會損壞該器件。
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 標準的 4 層 PCB 板上測量。
注(4)： MAX 大允許耗散功率是 MAX 大結溫 TJ_MAX=125°C、 結到環(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 PD_MAX=(TJ_MAX-TA)/θJA 計算得出。 超過 MAX 大允許耗散功率會導致芯片溫度過高， 調(diào)節(jié)器將進入熱關斷狀態(tài)。 內(nèi)部熱關斷電路可保護器件免受永久損壞。

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 明 。 ）

回流焊接曲線
IR 回流焊接曲線的分類

*峰值溫度曲線（Tp） 的公差定義為供應商 MAX 小值和用戶 MAX 大值。
** 峰值溫度曲線持續(xù)時間（tp） 的公差定義為供應商 MAX 小值和用戶 MAX 大值。
表 1. 無鉛工藝-分類溫度（Tc）

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

詳細說明
PW1558A 是一款先進的雙向電源開關， 具有可調(diào)軟啟動、 可調(diào)電流限制閾值、 輸入欠壓、 可調(diào)輸入過壓、 過溫和短路保護。 該設備具有兩個輸入/輸出端口 VBUS1 和 VBUS2， 額定絕對 MAX 大值為 28V。 每個端口都具有獨立的使能、 輸入過壓保護（OVP） 、 外部電流限制設置和放電功能。 該設備集成了兩個 N 型功率開關 M1 和 M2， 它們串聯(lián)并與公共漏極輸出 MOUT 相連。 當 EN1 和 EN2引腳都被拉低時， 設備處于關機模式， 并關閉兩個電源開關 M1 和 M2， 以防止在端口 VBUS1 和VBUS2 之間流動電流。 用戶通過控制 EN1 和 EN2 的序列來設置電源開關 M1 和 M2 的狀態(tài)以及電流流動方向。 請參考表 1 EN1 和 EN2 的開機序列。 輸出電壓上升時間由內(nèi)部 0.8 毫秒軟啟動或 SS引腳和 GND 之間的電容器外部可編程軟啟動控制。 在成功啟動序列后， 設備主動監(jiān)控每個電源開關的電流， 以確保不超過由引腳 IADJ1/2 編程的過載電流限制 IADJ1/2。 設備監(jiān)控輸入電壓， 并在輸入電壓尖峰超過由引腳 VADJ 設置的輸入過壓閾值時關閉電源開關。 電流限制和輸入過壓保護使輸出設備免受有害輸入電壓和電流瞬態(tài)的影響。 該設備具有內(nèi)置熱敏傳感器。 如果設備結溫（TJ）超過熱調(diào)節(jié)點+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， 設備結溫（TJ） 迅速上升并超過熱關斷閾值 TSD（通常為+150°C） ， 設備將關閉。

應用信息
輸入/輸出雙向端口 VBUS1/VBUS2

PW1558A 作為雙向開關工作， 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備。 設備會自動選擇來自 VBUS1 或 VBUS2 的電源， 以較高者為準。 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， 以實現(xiàn)適當?shù)娜ヱ睢?電容器的電壓額定值應超過 MAX 大輸入電壓范圍。 在使用長電纜的短路情況下， 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 可能會導致 VBUS1/VBUS2 引腳出現(xiàn)負電壓， MAX 高可達-10V。 VBUS1/VBUS2引腳的負電壓尖峰會觸發(fā)引腳 ESD 二極管， 對內(nèi)部電源開關造成電壓應力。 如果 VBUS1 引腳和VBUS2 引腳之間的電壓差超過 28V， 電源開關將永久損壞。 為了限制短路事件中 VBUS1/VBUS2 引腳的負電壓尖峰， 建議在輸出陶瓷電容器旁邊并聯(lián)一個額外的 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 的開啟/關閉閾值分別為 1.5V（MAX 小值） 和 0.4V（MAX 大值） 。 EN1 控制電源開關 M1（VBUS1 到 MOUT） ， EN2 控制電源開關 M2（VBUS2 到 MOUT） 。 將 EN1 和 EN2引腳均拉低至關閉閾值以下（<0.4V） 以禁用電源開關和所有保護電路， 設備進入低功耗關機模式，僅從輸入電源汲取 10μA 的電流。 內(nèi)部有一個 1M?下拉電阻， 以確保在 EN1/EN2 引腳懸空時電源開關關閉。 EN1/EN2 引腳可承受 MAX 大 28V 電壓尖峰。 表 1 顯示了 EN1 和 EN2 設置的開機序列和電流流向。?

欠壓鎖定（UVLO）
PW1558A 會監(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） 時打開電源開關。 如果 VBUS1 和 VBUS2 的電壓均低于輸入欠壓鎖定閾值 VUVLO， 設備將關閉電源開關。

過壓保護（OVP）
PW1558A 會持續(xù)監(jiān)控 VBUS1 和 VBUS2 的電源電壓， 并在 VBUS1 或 VBUS2 上的電壓超過外部編程的過壓保護閾值 VOVP 時， 禁用電源開關并將 FLTB 引腳拉低以報告故障狀態(tài)。一旦 VBUS1 和 VBUS2的電壓降至輸入過壓閾值 VOVP 以下且沒有其他保護電路處于活動狀態(tài)， 電源開關將重新開啟。一個外部電阻 RVLIM 從 VADJ 引腳連接到 GND， 用于設置過壓保護閾值 VOVP。 設備向 VADJ 引腳提供典型的 10μA 電流。 通過外部 RVLIM 電阻的電壓降 VVADJ， 可以使用方程式（1） 將過壓閾值從 5V 調(diào)整到 24V：

推薦的輸入過壓閾值設置如表 2 所示。

表 2. 通過外部電阻 RVLIM 設置過壓保護閾值

軟啟動
當 EN1 和 EN2 被置為高電平時， 軟啟動控制電路會以控制電源開關柵極電壓的方式， 使輸出電壓在開機時線性上升， 直到達到輸入電壓水平。 開機時的沖擊電流受到輸出電壓通過軟啟動時間上升的速率限制。 內(nèi)置的內(nèi)部軟啟動時間典型值為 0.8 毫秒。 如果用戶希望軟啟動時間超過 0.8 毫秒，請在 SS 引腳和地之間連接一個外部電容 CSS 以重新調(diào)整軟啟動時間。 外部軟啟動時間的大致計算方法見方程式（2） ：

推薦的軟啟動時間設置如表 2 所示。

表 2. 通過外部電容 CSS 設置軟啟動時間

電流限制 IADJ1/IADJ2
對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別， 以防止負載電流超過電源。PW1558A 的不同電流方向的電流限制是通過連接在 IADJ1/IADJ2 和 GND 之間的外部電阻獨立設置的。 電源開關 M1（VBUS1 到 MOUT） 的電流限制由 IADJ1 電阻 RILIM1 編程， 電源開關 M2（VBUS2
到 MOUT） 的電流限制由 IADJ2 電阻 RILIM2 編程。 如果發(fā)生過載， 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)要求單個組件故障安全， 請使用兩個串聯(lián)電阻來編程輸入電流限制。 電流限制電阻 RILIM 的選擇可
通過方程式（3） 計算。

公共電流限制閾值設置如表 3 所示。

表 3. 通過外部電阻 RILIM1/2 設置電流限制

短路保護
PW1558A 集成了快速跳閘比較器， 以便在 VBUS1 或 VBUS2 對地短路時快速關閉電源開關。 該設備在短路保護中采用打嗝模式工作。 一旦檢測到短路故障， 電源開關將被關閉并在給定時間內(nèi)強制關閉。 在預定時間結束時， 將嘗試通過軟啟動電源開關來重啟。 如果過載條件已消除， 電源開關將打開并正常工作； 否則， 設備將再次遇到過流事件并再次關閉電源開關， 重復之前的循環(huán)。 由于過載產(chǎn)生的過熱在打嗝循環(huán)中只會持續(xù)很短的時間， 因此功率器件的結溫要低得多。

熱回折和熱關斷保護
PW1558A 持續(xù)監(jiān)測電流， 并將其限制為 RILIM1/RILIM2 編程設定的值。 在正常操作或電流限制保護模式下， 如果內(nèi)部 MOSFET 的功耗 PD = |VVBUS1 - VVBUS2| × ILOAD 過高， PW1558A 將啟動熱回折以降低電流限制值， 從而將結溫（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 時下降。 這將導致結溫 TJ 隨著功耗的增加而增加， 設備結溫（TJ） 迅速上升并超過熱關斷閾值 TSD（通常為+150°C） ， 設備將關閉電源開關并將負載與電源斷開。 在冷卻期間， PW1558A 將保持關閉狀態(tài)， 直到結溫降至 TSD -20°C 以下， 之后設備將嘗試重新啟動。

故障指示器 FLTB
FLTB 是一個開漏輸出， 需要連接一個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 引腳指示電源開關的狀態(tài)。 當未檢測到故障且電源開關導通時， FLTB 保持高阻抗 HiZ。 當發(fā)生以下任一故障事件時， 設備將生成警告標志并使 FLTB 輸出低電平： VBUS1/VBUS2
過壓、 過電流限制、 短路和過熱。 當發(fā)生過電流或短路事件時， FLTB 輸出在典型的 3 毫秒去抖動時間內(nèi)變?yōu)榈碗娖健?FLTB 信號保持“低”狀態(tài)， 直到設備以典型的 1.5 毫秒去抖動時間退出故障事件。

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

布局指南
良好的 PCB 布局對于提高 PW1558A 的熱性能和整體性能非常重要。 為了優(yōu)化開關對輸出短路條件的響應時間， 請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
? 使用接地平面來增強 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。