TPS2041A 至 TPS2044A 、TPS2051A 至 TPS2054A

这份文件是德州仪器（Texas Instruments）关于一系列电流限制型电源分配开关的数据手册，型号包括 TPS2041A 至 TPS2044A 和 TPS2051A 至 TPS2054A。这些开关适用于可能遇到重负载电容负载和短路的应用程序。以下是该数据手册的核心内容概要：

1. 产品特性：

   • 80-mΩ 高侧 MOSFET 开关。
   • 每个通道连续电流可达 500 mA。
   • 独立的过热和短路保护，带有过电流逻辑输出。
   • 工作电压范围为 2.7 V 至 5.5 V。
   • CMOS 和 TTL 兼容的使能输入。
   • 典型上升时间为 2.5 毫秒。
   • 欠压锁定功能。
   • 最大待机电流为 10 µA（单通道和双通道）或 20 µA（三通道和四通道）。
   • 双向开关设计。
   • 环境温度范围为 0°C 至 85°C。
   • ESD 保护。
   • UL 认证。

2. 功能框图：
   功能框图详细描述了TPS2041A 至 TPS2044A 和 TPS2051A 至 TPS2054A 系列电流限制型电源分配开关的内部结构和工作原理。以下是各个组件的功能描述：

    1. **电源开关 (Power Switch)**：- 采用N沟道MOSFET，最大导通阻值为135 mΩ（在5V输入电压下）。- 作为高侧开关，当开关被禁用时，防止电流从OUT流向IN以及从IN流向OUT。- 每个开关至少提供500 mA的电流。2. **电荷泵 (Charge Pump)**：- 内部电荷泵为驱动电路提供电源，并提供必要的电压以将MOSFET的栅极电压拉高至源极以上。- 电荷泵可以从低至2.7V的输入电压下工作，并且需要很少的电源电流。3. **驱动器 (Driver)**：- 控制电源开关的栅极电压。- 为了限制大电流冲击并减少由此产生的电磁干扰（EMI），驱动器包含了控制输出电压上升和下降时间的电路。- 上升和下降时间通常在2毫秒到4毫秒之间。4. **使能输入 (Enable Input, ENx)**：- 逻辑使能输入用于启用或禁用电源开关以及为电荷泵、驱动器和其他电路提供偏置。- 当ENx上出现逻辑高（对于TPS204x系列）或逻辑低（对于TPS205x系列）时，电源开关和偏置被禁用，从而将电源电流降低到小于10 µA（单通道和双通道设备）或20 µA（三通道和四通道设备）。- 输入电流在逻辑零或ENx上的逻辑高时恢复偏置，激活驱动和控制电路，从而打开电源。- 使能输入兼容TTL和CMOS逻辑电平。5. **过电流输出 (Overcurrent Output, OCx)**：- OCx开漏输出在遇到过电流或过热情况时被激活（活性低）。- 输出将保持激活状态，直到过电流或过热情况消失。6. **电流感应 (Current Sense)**：- 电流感应FET用于监测提供给负载的电流。- 与传统的电阻方法相比，感应FET更有效地测量电流。- 当遇到过载或短路时，电流感应电路向驱动器发送控制信号，驱动器随后降低栅极电压，将电源FET驱动到饱和区域，将输出切换到恒定电流模式，并在负载电压变化时保持电流恒定。7. **热感应 (Thermal Sense)**：- TPS204x 和 TPS205x 系列实现了双阈值热保护，允许电源分配开关完全独立运行。- 在过电流或短路条件下，结温升高。- 当芯片温度升至约140°C时，内部热感应电路检查哪个电源开关处于过电流状态，并关闭该开关，从而隔离故障而不影响相邻电源开关的操作。- 热感应内置滞环，设备冷却约20度后，开关重新打开。故障未消除前，开关会继续周期性地关闭和打开。- 当发生过温或过电流时，(OCx)开漏输出被激活（活性低）。8. **欠压锁定 (Undervoltage Lockout, UVLO)**：- 电压感应电路监测输入电压。- 当输入电压低于约2V时，控制信号会关闭电源开关。
   

以上描述的功能框图组件是这些电源分配开关的关键部分，它们共同工作以确保电源的稳定和安全分配。

3. 引脚功能：
   引脚功能详细描述了TPS2041A 至 TPS2044A 和 TPS2051A 至 TPS2054A 系列电流限制型电源分配开关的各个引脚及其作用。以下是根据数据手册提供的信息，对每个型号的引脚功能的详细描述：

TPS2041A 和 TPS2051A：

- **EN (引脚 4)**：使能输入。对于 TPS2041A，逻辑低启用电源开关；对于 TPS2051A，逻辑高启用电源开关。
- **GND (引脚 1)**：地线。
- **IN (引脚 2 和 3)**：输入电压。
- **OC (引脚 5)**：过电流输出。逻辑输出活性低，当检测到过电流时激活。
- **OUT (引脚 6、7、8)**：电源开关输出。### TPS2042A 和 TPS2052A：- **EN1 (引脚 3)**：使能输入，逻辑低启用电源开关 IN-OUT1。
- **EN2 (引脚 4)**：使能输入，逻辑低启用电源开关 IN-OUT2。
- **GND (引脚 1)**：地线。
- **IN (引脚 2)**：输入电压。
- **OC1 (引脚 8)**：过电流输出，逻辑输出活性低，针对电源开关 IN-OUT1。
- **OC2 (引脚 5)**：过电流输出，逻辑输出活性低，针对电源开关 IN-OUT2。
- **OUT1 (引脚 7)**：电源开关输出 IN-OUT1。
- **OUT2 (引脚 6)**：电源开关输出 IN-OUT2。### TPS2043A 和 TPS2053A：- **EN1 (引脚 3)**：使能输入，逻辑低启用电源开关 IN1-OUT1。
- **EN2 (引脚 4)**：使能输入，逻辑低启用电源开关 IN1-OUT2。
- **EN3 (引脚 7)**：使能输入，逻辑低启用电源开关 IN2-OUT3。
- **GNDA (引脚 1)**：IN1 开关和电路的地线。
- **GNDB (引脚 5)**：IN2 开关和电路的地线。
- **IN1 (引脚 2)**：输入电压。
- **IN2 (引脚 6)**：输入电压。
- **NC (引脚 8、9、10)**：无连接。
- **OC1 (引脚 16)**：过电流输出，逻辑输出活性低，针对电源开关 IN1-OUT1。
- **OC2 (引脚 13)**：过电流输出，逻辑输出活性低，针对电源开关 IN1-OUT2。
- **OC3 (引脚 12)**：过电流输出，逻辑输出活性低，针对电源开关 IN2-OUT3。
- **OUT1 (引脚 15)**：电源开关输出 IN1-OUT1。
- **OUT2 (引脚 14)**：电源开关输出 IN1-OUT2。
- **OUT3 (引脚 11)**：电源开关输出 IN2-OUT3。### TPS2044A 和 TPS2054A：- **EN1 (引脚 3)**：使能输入，逻辑低启用电源开关 IN1-OUT1。
- **EN2 (引脚 4)**：使能输入，逻辑低启用电源开关 IN1-OUT2。
- **EN3 (引脚 7)**：使能输入，逻辑低启用电源开关 IN2-OUT3。
- **EN4 (引脚 8)**：使能输入，逻辑低启用电源开关 IN2-OUT4。
- **GNDA (引脚 1)**：IN1 开关和电路的地线。
- **GNDB (引脚 5)**：IN2 开关和电路的地线。
- **IN1 (引脚 2)**：输入电压。
- **IN2 (引脚 6)**：输入电压。
- **OC1 (引脚 16)**：过电流输出，逻辑输出活性低，针对电源开关 IN1-OUT1。
- **OC2 (引脚 13)**：过电流输出，逻辑输出活性低，针对电源开关 IN1-OUT2。
- **OC3 (引脚 12)**：过电流输出，逻辑输出活性低，针对电源开关 IN2-OUT3。
- **OC4 (引脚 9)**：过电流输出，逻辑输出活性低，针对电源开关 IN2-OUT4。
- **OUT1 (引脚 15)**：电源开关输出 IN1-OUT1。
- **OUT2 (引脚 14)**：电源开关输出 IN1-OUT2。
- **OUT3 (引脚 11)**：电源开关输出 IN2-OUT3。
- **OUT4 (引脚 10)**：电源开关输出 IN2-OUT4。

这些引脚功能为设计工程师提供了如何连接和使用这些电源分配开关的详细信息。通过正确连接这些引脚，工程师可以确保电源在系统中的安全和有效分配。

4. 详细描述：
   在数据手册中，详细描述部分提供了对TPS2041A至TPS2044A和TPS2051A至TPS2054A电流限制型电源分配开关的内部组件和功能的深入解释。以下是对这些开关的详细描述：

    1. **电源开关 (Power Switch)**：- 该开关是一个N沟道MOSFET，具有最大135 mΩ的导通阻抗（在5V输入电压下），用作高侧开关，防止电流从OUT端流向IN端或反向。- 每个开关能够提供至少500 mA的连续电流。- 开关的导通阻抗在不同的输入电压和结温下有不同的典型值，例如，在5V输入电压和25°C结温下，导通阻抗为80 mΩ。2. **电荷泵 (Charge Pump)**：- 内部电荷泵为驱动电路提供电源，并为MOSFET栅极提供必要的电压，以确保开关能够快速响应。- 电荷泵能够在低至2.7V的输入电压下工作，并且需要的电源电流非常小。3. **驱动器 (Driver)**：- 驱动器控制电源开关的栅极电压，通过控制输出电压的上升和下降时间来限制电流冲击和减少电磁干扰（EMI）。- 驱动器的上升时间和下降时间通常在2ms到4ms之间。4. **使能输入 (Enable Input, ENx)**：- 使能输入用于启用或禁用电源开关以及其他电路，如电荷泵和驱动器。- 使能输入兼容TTL和CMOS逻辑电平，并且具有低功耗特性，当使能输入为高电平时，电源电流可以降低到小于10 µA（对于单通道和双通道设备）或20 µA（对于三通道和四通道设备）。5. **过电流保护 (Overcurrent Protection, OCx)**：- 当输出负载超过电流限制阈值或存在短路时，这些设备将限制输出电流到安全水平，并通过过电流逻辑输出指示过电流状态。- 过电流保护通过将输出电流限制在0.9 A来实现。6. **电流感应 (Current Sense)**：- 电流感应FET用于监测流向负载的电流，并通过高效的电流感应方法来替代传统的电阻方法。- 当检测到过载或短路时，电流感应电路会向驱动器发送控制信号，驱动器随后将电源FET驱动到饱和区域，并将输出切换到恒定电流模式。7. **热感应 (Thermal Sense)**：- 热感应电路在过电流或短路条件下保护开关免受损坏，通过监测开关的结温并在温度升高时关闭开关。- 热感应具有双阈值设计，允许独立的电源分配开关在过电流条件下独立操作，只有当故障持续足够长的时间以激活热限制时，才会完全关闭开关。8. **欠压锁定 (Undervoltage Lockout, UVLO)**：- 欠压锁定功能确保在输入电压低于约2V时，电源开关保持关闭状态，防止在输入电压不足时意外开启。
   

这些详细的描述为设计工程师提供了必要的信息，以便在设计电源分配系统时能够正确选择和使用这些电源分配开关。通过了解每个组件的功能和工作原理，工程师可以确保这些开关在各种应用中提供可靠和高效的电源管理。

5. 绝对最大额定值：

   • 列出了在操作自由空气温度范围内的输入电压范围、输出电压范围、连续输出电流、连续总功耗、工作虚拟结温范围和存储温度范围等参数。

6. 推荐工作条件：

   • 提供了输入电压、连续输出电流和工作虚拟结温的推荐范围。

7. 电气特性：
   电气特性详细描述了TPS2041A至TPS2044A和TPS2051A至TPS2054A电流限制型电源分配开关在推荐操作结温范围内的性能参数。这些参数对于设计工程师在选择和应用这些开关时至关重要。以下是一些关键的电气特性及其描述：

    1. **电源开关 (Power Switch)**：- **静态漏源导通电阻 (rDS(on))**：在不同输入电压和结温下，导通阻抗的最小值、典型值和最大值。例如，在5V输入电压和25°C结温下，TPS204xA系列的导通阻抗典型值为80 mΩ。- **上升时间和下降时间 (tr和tf)**：输出电压从10%上升到90%和从90%下降到10%所需的时间。这些时间通常在2.5ms到4.4ms之间，取决于输入电压和负载条件。2. **使能输入 (Enable Input, ENx)**：- **高电平输入电压 (VIH)**：使能输入的高电平阈值，即输入电压在该值以上时，使能信号被视为有效。- **低电平输入电压 (VIL)**：使能输入的低电平阈值，即输入电压在该值以下时，使能信号被视为有效。- **输入电流 (II)**：使能输入的典型电流值。3. **过电流保护 (Overcurrent Protection)**：- **短路输出电流 (IOS)**：当输出端短路时，开关能够承受的最大电流。4. **供电电流 (Supply Current)**：- **无负载时的供电电流**：在不同的使能输入电压和结温下，开关在无负载条件下的典型供电电流。- **高电平输出时的供电电流**：当使能输入为高电平时，开关的典型供电电流。5. **漏电流 (Leakage Current)**：- **输出端连接到地的漏电流**：当输出端连接到地时，开关的典型漏电流。- **反向漏电流**：当输入端为高电平时，开关的典型反向漏电流。6. **欠压锁定 (Undervoltage Lockout, UVLO)**：- **低电平输入电压**：欠压锁定功能的低电平输入电压阈值。- **滞回电压**：欠压锁定功能在关闭后重新开启的电压滞回值。7. **过电流输出 (Overcurrent Output, OCx)**：- **吸收电流**：过电流输出能够吸收的最大电流。- **输出低电平电压 (VOL(OC))**：过电流输出在激活状态下的低电平电压。
   

这些电气特性为设计工程师提供了在不同工作条件下开关的性能指标，帮助他们评估和确保开关在特定应用中的适用性和可靠性。通过这些详细的电气特性，工程师可以设计出符合系统要求的电源分配方案，并确保系统的安全和效率。
8. 参数测量信息：

• 提供了测量各种电气参数所需的测试条件和电路图。

9. 典型特性：
   典型特性详细描述了TPS2041A至TPS2044A和TPS2051A至TPS2054A电流限制型电源分配开关在标准测试条件下的性能表现。这些特性提供了开关在实际操作中的预期行为，但请注意，这些值可能会因具体的应用条件和环境而有所不同。以下是一些关键的典型特性及其描述：

    1. **开关延迟时间 (Turnon Delay Time)**：- 描述了从使能信号变为有效到电源开关完全开启之间的时间延迟。这个参数对于需要精确控制电源启动顺序的应用尤为重要。2. **上升时间 (Rise Time)**：- 指输出电压从10%上升到90%所需的时间。这个参数对于评估系统对快速电源变化的响应能力很重要。3. **下降时间 (Fall Time)**：- 指输出电压从90%下降到10%所需的时间。这个参数对于评估系统在断电或切换过程中的快速响应能力很重要。4. **供电电流 (Supply Current, Output Enabled)**：- 在输出被使能时，电源开关消耗的电流。这个参数对于评估电源分配开关的能效和热管理很重要。5. **静态漏源导通电阻 (Static Drain-Source On-State Resistance)**：- 在不同的输入电压和结温下，电源开关在导通状态下的电阻值。这个参数对于评估开关在正常操作条件下的功耗和效率很重要。6. **输入到输出电压 (Input-to-Output Voltage)**：- 在不同的负载电流下，输入电压和输出电压之间的差值。这个参数对于评估开关的电压降和效率很重要。7. **短路输出电流 (Short-Circuit Output Current)**：- 当输出端发生短路时，开关能够承受的最大电流。这个参数对于评估开关在异常条件下的保护能力很重要。8. **过电流阈值 (Threshold Trip Current)**：- 触发过电流保护的电流阈值。这个参数对于设计具有适当过电流保护的系统很重要。9. **欠压锁定 (Undervoltage Lockout, UVLO)**：- 描述了在输入电压低于某个阈值时，电源开关自动关闭的特性。这个参数对于确保系统在电源不稳定时能够安全地关闭电源很重要。10. **电流限制响应 (Current-Limit Response)**：- 描述了开关在遇到过电流情况时如何响应，包括维持恒定输出电流和降低输出电压的能力。
   

这些典型特性为设计工程师提供了在标准测试条件下开关的性能基准，帮助他们在设计阶段预测开关在实际应用中的行为。通过这些信息，工程师可以优化电源分配方案，确保系统的可靠性和性能。

10. 应用信息：
    • 提供了关于电源供应、过电流、功率耗散和结温、热保护、欠压锁定、USB 应用和通用热插拔应用的指导和示例电路。

这份数据手册为设计工程师提供了详细的技术规格和应用指南，以帮助他们将这些电源分配开关集成到各种电子系统中。