कंपनी ब्लॉग के बारे में टी.आई. टी.पी.एस.2553 2.5V से 6.5V 85mΩ प्रेसिजन एडजस्टेबल करंट-लिमिटेड यूएसबी पावर-डिस्ट्रीब्यूशन स्विच

शेन्ज़ेन मिंगजियाडा इलेक्ट्रॉनिक्स कं, लिमिटेड TI TPS2553 2.5V से 6.5V 85mΩ उच्च परिशुद्धता समायोज्य वर्तमान-सीमित यूएसबी बिजली वितरण स्विच की आपूर्ति करता है।

I. टीपीएस2553 का अवलोकन
TPS2553 TI का एक हाई-साइड एन-चैनल MOSFET-आधारित, उच्च-परिशुद्धता, समायोज्य वर्तमान-सीमित बिजली वितरण स्विच है। यह विशेष रूप से यूएसबी पोर्ट बिजली आपूर्ति, उच्च-क्षमता भार और शॉर्ट-सर्किट सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। सक्षम पिन सक्रिय-उच्च है, और इसमें अंतर्निहित रिवर्स ब्लॉकिंग क्षमता है। यह 2.5V से 6.5V की वोल्टेज रेंज के भीतर संचालित होता है, जिसमें 85 mΩ का सामान्य ऑन-रेज़िस्टेंस होता है। यह यूएसबी हब और एम्बेडेड उपकरणों में पावर चैनल प्रबंधन के लिए एक क्लासिक लोड स्विच समाधान है।

टीपीएस2553 आईएलआईएम पिन से जुड़े एक एकल बाहरी अवरोधक के माध्यम से प्रोग्राम करने योग्य वर्तमान-सीमित थ्रेसहोल्ड को सक्षम बनाता है, जिसमें 75 एमए से 1.7 ए की विशिष्ट वर्तमान-सीमित सीमा और 1.5 ए की अधिकतम निरंतर भार क्षमता होती है; उच्च-वर्तमान मोड में, वर्तमान-सीमित सटीकता ±6 प्रतिशत तक पहुंच जाती है, जो पोर्ट वर्तमान सीमित करने के लिए यूएसबी पावर विनिर्देशों की कठोर आवश्यकताओं को पूरा करती है। इसमें बिजली आपूर्ति विसंगतियों को तेजी से संकेत देने के लिए FAULT आउटपुट के साथ-साथ सॉफ्ट-स्टार्ट, ओवरकरंट, ओवरटेम्परेचर और रिवर्स वोल्टेज सुरक्षा भी शामिल है।

द्वितीय. TPS2553 के कोर इलेक्ट्रिकल पैरामीटर्स का विश्लेषण
1. इनपुट वोल्टेज VIN: 2.5 V से 6.5 V
3.3 वी सहायक बिजली आपूर्ति के साथ संगत होने के साथ-साथ यूएसबी 5 वी बिजली आपूर्ति प्रणालियों को कवर करता है, जो इसे गैर-5 वी बिजली डोमेन जैसे एम्बेडेड मदरबोर्ड, सेट-टॉप बॉक्स, औद्योगिक बाह्य उपकरणों और डिजिटल टेलीविजन में पोर्ट बिजली वितरण के लिए उपयुक्त बनाता है।
2. ऑन-रेजिस्टेंस आरडीएस (ऑन): विशिष्ट 85 mΩ (DBV पैकेज)
85 mΩ के कम ऑन-प्रतिरोध के साथ, 1 ए के आउटपुट करंट पर चैनल वोल्टेज ड्रॉप केवल लगभग 85 mV है, जिसके परिणामस्वरूप 0.085 W की बिजली अपव्यय होती है और न्यूनतम तापमान में वृद्धि होती है, जो इसे लोड के तहत दीर्घकालिक संचालन के लिए उपयुक्त बनाता है; कम आंतरिक प्रतिरोध यूएसबी पोर्ट पर वोल्टेज ड्रॉप को कम करता है, जिससे परिधीय उपकरणों के लिए एक स्थिर आपूर्ति वोल्टेज सुनिश्चित होता है।
3. समायोज्य वर्तमान सीमा सीमा: 75 एमए से 1,700 एमए (सामान्य)
वर्तमान सीमा बिंदु ILIM पिन से जुड़े एक बाहरी परिशुद्धता अवरोधक (RILIM) के माध्यम से निर्धारित किया जाता है; 1% परिशुद्धता धातु-फिल्म अवरोधक उच्च परिशुद्धता वर्तमान सीमा को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है; वर्तमान सीमित सटीकता आमतौर पर 1.7A सेटिंग पर ±6% और 1A सेटिंग पर ±7.5% है। निश्चित वर्तमान सीमा वाले मानक यूएसबी स्विच की तुलना में, यह डिवाइस लचीली वर्तमान सीमित सेटिंग्स प्रदान करता है, जिससे थ्रेसहोल्ड को विभिन्न यूएसबी 2.0 और यूएसबी 3.x पोर्ट के पावर विनिर्देशों के अनुसार अनुकूलित किया जा सकता है।
4. स्विचिंग विशेषताएँ
एक अंतर्निर्मित चार्ज पंप नियंत्रित बढ़ते और गिरते किनारों के साथ एन-एमओएसएफईटी को चलाता है; सॉफ्ट-स्टार्ट फ़ंक्शन पावर-अप के दौरान इनरश करंट को दबा देता है, जिससे यह उच्च-कैपेसिटेंस आउटपुट लोड के लिए उपयुक्त हो जाता है; ओवरकरंट प्रतिक्रिया आम तौर पर 2 μs होती है, और शॉर्ट सर्किट की स्थिति में, अपस्ट्रीम बिजली की आपूर्ति को विफल होने से रोकने के लिए डिवाइस तेजी से निरंतर-वर्तमान सीमा में प्रवेश करता है।
5. तापमान रेंज: -40°C से +125°C
विस्तृत तापमान रेंज के साथ, यह उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और औद्योगिक उपकरण दोनों के लिए उपयुक्त है; TPS2553-Q1 संस्करण ऑटोमोटिव-ग्रेड है और इन-व्हीकल USB अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है।

तृतीय. TPS2553 की आंतरिक वास्तुकला और संचालन सिद्धांत
टीपीएस2553 एक चार्ज पंप, एक हाई-साइड एन-एमओएस पावर ट्रांजिस्टर, एक करंट सेंस लूप, एक आईएलआईएम करंट-लिमिटिंग रेफरेंस, एक फॉल्ट तुलनित्र, एक थर्मल प्रोटेक्शन मॉड्यूल और एक फॉल्ट ओपन-ड्रेन आउटपुट को एकीकृत करता है।

1. सामान्य ऑन-स्टेट मोड
जब EN पिन उच्च स्तर पर होता है, तो चिप का आंतरिक चार्ज पंप MOSFET गेट वोल्टेज बढ़ाता है; N-MOSFET पूरी तरह से चालू है, जिससे VIN सीधे VOUT में जा सकता है। लोड की आपूर्ति करने के लिए पावर ट्रांजिस्टर के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है; इस बिंदु पर, डिवाइस को ऑन-स्टेट हानि का केवल 85 mΩ होता है।
2. लगातार-वर्तमान सीमित संचालन तंत्र (टीपीएस2553)
जब लोड करंट RILIM निर्धारित सीमा से अधिक हो जाता है, तो आंतरिक करंट लूप MOSFET गेट वोल्टेज को कम कर देता है, जिससे पावर MOSFET रैखिक क्षेत्र में प्रवेश करता है और एक स्थिर आउटपुट करंट बनाए रखता है; यह तुरंत बंद नहीं होता. अलार्म चालू करने के लिए FAULT पिन को नीचे खींचा जाता है। लंबे समय तक निरंतर-चालू संचालन के दौरान, चिप की शक्ति अपव्यय लगातार जमा होता रहता है; जब जंक्शन का तापमान थर्मल शटडाउन सीमा (आमतौर पर 135 डिग्री सेल्सियस) से अधिक हो जाता है, तो डिवाइस बंद हो जाता है और हिस्टैरिसीस विंडो के भीतर तापमान लगभग 10 डिग्री सेल्सियस कम हो जाने पर स्वचालित रूप से बिजली की आपूर्ति फिर से शुरू करने का प्रयास करता है।
3. रिवर्स वोल्टेज प्रोटेक्शन (रिवर्स ब्लॉकिंग)
एक अंतर्निर्मित रिवर्स वोल्टेज तुलनित्र यह सुनिश्चित करता है कि जब VOUT वोल्टेज VIN (उदाहरण के लिए USB परिधीय से रिवर्स करंट बैकफ्लो) से अधिक हो जाता है, तो चिप तुरंत पावर ट्रांजिस्टर को बंद कर देता है ताकि करंट को आउटपुट से इनपुट में वापस प्रवाहित होने से रोका जा सके, जिससे अपस्ट्रीम होस्ट बिजली आपूर्ति की सुरक्षा हो सके। यह यूएसबी पोर्ट के लिए एक महत्वपूर्ण सुरक्षात्मक कार्य है, जो हॉट-स्वैपिंग के दौरान रिवर्स करंट बैकफ़्लो के कारण होस्ट पावर डोमेन को होने वाले नुकसान को रोकता है।
4. अधिक तापमान संरक्षण (ओटीपी)
चिप के जंक्शन तापमान की वास्तविक समय में निगरानी की जाती है; यदि तापमान सीमा से अधिक हो जाता है, तो बिजली स्विच तुरंत बंद कर दिया जाता है। चालू और बंद अवस्थाओं के बीच बार-बार होने वाले दोलन को रोकने के लिए सर्किट में थर्मल हिस्टैरिसीस की सुविधा होती है।

चतुर्थ. TPS2553 पिन फ़ंक्शंस का संक्षिप्त विवरण (DBV SOT23-6 पैकेज)
- वीआईएन: बिजली आपूर्ति इनपुट
- वाउट: बिजली आपूर्ति आउटपुट; यूएसबी पोर्ट और आउटपुट कैपेसिटर से जुड़ा हुआ है
- एन: सक्षम करें; एक उच्च स्तर पावर चैनल को सक्रिय करता है
- आईएलआईएम: वर्तमान सीमा प्रोग्रामिंग पिन; जमीन से जुड़ा एक बाहरी अवरोधक वर्तमान सीमा सीमा निर्धारित करता है
- दोष: ओपन-ड्रेन दोष आउटपुट; ओवरकरंट, रिवर्स वोल्टेज या ओवरहीटिंग की स्थिति में कम हो जाता है; एक पुल-अप अवरोधक की आवश्यकता होती है
- जीएनडी: सिग्नल और पावर ग्राउंड

वर्तमान-सीमित गणना तर्क: ILIM पिन एक संदर्भ वोल्टेज आउटपुट करता है; RILIM के माध्यम से बहने वाली धारा को आंतरिक लूप में वापस भेज दिया जाता है। वर्तमान-सीमित सीमा RILIM के प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होती है: RILIM का मान जितना अधिक होगा, वर्तमान सीमा उतनी ही कम होगी; RILIM का मूल्य जितना कम होगा, वर्तमान सीमा उतनी ही अधिक होगी। सर्किट डिज़ाइन करते समय, इस एप्लिकेशन के लिए 1% सटीक अवरोधक का चयन करें।

V. TPS2553 सुरक्षा तंत्र का सारांश
1. प्रोग्राम करने योग्य निरंतर-वर्तमान सीमित सुरक्षा: मेजबान बिजली आपूर्ति की सुरक्षा के लिए ओवरलोड या शॉर्ट-सर्किट स्थितियों के दौरान आउटपुट करंट को क्लैंप करता है; TPS2553 एक स्थिर धारा बनाए रखता है, जबकि TPS2553-1 बंद हो जाता है।
2. रिवर्स वोल्टेज अवरोधक सुरक्षा: रिवर्स करंट प्रवाह को रोकने के लिए आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज से अधिक होने पर बंद हो जाता है।
3. थर्मल शटडाउन सुरक्षा (ओटीपी): तापमान हिस्टैरिसीस के साथ जंक्शन तापमान सीमा से अधिक होने पर बंद हो जाता है।
4. सॉफ्ट स्टार्ट: बड़े कैपेसिटिव लोड में इनरश करंट को दबाने और इनपुट वोल्टेज सैग को कम करने के लिए नियंत्रणीय पावर-अप ढलान।
5. दोष संकेत: ओपन-ड्रेन आउटपुट; एमसीयू गलती की स्थिति का पता लगा सकता है और उन्हें सिस्टम को रिपोर्ट कर सकता है।

VI. TPS2553 के लिए विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य
- यूएसबी हब, यूएसबी-ए होस्ट पोर्ट बिजली आपूर्ति स्विच (सबसे आम एप्लिकेशन, यूएसबी पोर्ट वर्तमान-सीमित विनिर्देशों के अनुरूप)
- सेट-टॉप बॉक्स, डिजिटल टेलीविजन और वीओआइपी टेलीफोन बाह्य उपकरणों के लिए बिजली आपूर्ति चैनल
- एम्बेडेड मदरबोर्ड पर प्लग करने योग्य बाह्य उपकरणों के लिए पावर नियंत्रण
- औद्योगिक स्वचालन उपकरण में हॉट-स्वैपेबल मॉड्यूल के लिए बिजली की आपूर्ति
- पोर्टेबल उपकरणों पर बाहरी इंटरफेस के लिए बिजली सुरक्षा

विस्तारित अनुप्रयोग: ह्यूमनॉइड रोबोट बाह्य उपकरणों पर यूएसबी इंटरफेस में बिजली वितरण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जो परिधीय बिजली आपूर्ति पथ के स्थिर नियंत्रण को सुनिश्चित करते हुए रोबोट हाथों और सेंसिंग मॉड्यूल जैसे यूएसबी बाह्य उपकरणों के लिए हॉट-स्वैप, शॉर्ट-सर्किट और ओवरकरंट सुरक्षा प्रदान करता है।

सातवीं. TPS2553 डिज़ाइन के मुख्य बिंदु और पीसीबी संबंधी विचार
1. आरआईएलआईएम प्रतिरोधी चयन: वर्तमान-सीमित सटीकता सुनिश्चित करने के लिए 1% सटीक धातु-फिल्म प्रतिरोधी को प्राथमिकता दें; ट्रेस हस्तक्षेप को कम करने के लिए अवरोधक को ILIM पिन के करीब रखें।
2. कैपेसिटर लेआउट: VIN पिन के करीब 0.1μF सिरेमिक डिकॉउलिंग कैपेसिटर रखें; आउटपुट कैपेसिटर को VOUT टर्मिनल पर रखें - ध्यान दें कि उच्च कैपेसिटेंस के परिणामस्वरूप बड़ा इनरश करंट होता है, जिसका मूल्यांकन सॉफ्ट-स्टार्ट विचारों के संयोजन में किया जाना चाहिए।
3. पावर ग्राउंड हैंडलिंग: VIN/VOUT हाई-करंट पथों को छोटा और चौड़ा रखें; ग्राउंड बाउंस शोर को वर्तमान नमूना सटीकता को प्रभावित करने से रोकने के लिए पावर ग्राउंड को सिग्नल ग्राउंड से एक ही बिंदु पर कनेक्ट करें।
4. फॉल्ट पिन: ओपन-ड्रेन आउटपुट; एमसीयू I/O से सीधे कनेक्शन के माध्यम से खराबी का पता लगाने में सक्षम करने के लिए 3.3V/5V का एक बाहरी पुल-अप अवरोधक जुड़ा होना चाहिए।
5. थर्मल विचार: निरंतर उच्च-वर्तमान संचालन के तहत, हालांकि 85 mΩ ऑन-प्रतिरोध के परिणामस्वरूप कम बिजली अपव्यय होता है, गर्मी अपव्यय को बढ़ाने और थर्मल शटडाउन को रोकने के लिए पर्याप्त पीसीबी तांबा क्षेत्र प्रदान किया जाना चाहिए।

आठवीं. TPS2553 के लाभ और सीमाएँ
लाभ
1. एकल-प्रतिरोधी कॉन्फ़िगरेशन के साथ उच्च परिशुद्धता समायोज्य वर्तमान सीमित, विभिन्न यूएसबी पोर्ट पावर स्तरों के लिए लचीले अनुकूलन की अनुमति देता है;
2. 85 mΩ का कम ऑन-प्रतिरोध, जिसके परिणामस्वरूप कम वोल्टेज ड्रॉप और उच्च बिजली आपूर्ति दक्षता होती है;
3. एकीकृत रिवर्स ब्लॉकिंग बीओएम को सरल बनाते हुए अतिरिक्त बाहरी डायोड की आवश्यकता को समाप्त करता है;
4. लगातार चालू मोड तात्कालिक शटडाउन के बिना लंबे समय तक शॉर्ट-सर्किट परीक्षण के लिए उपयुक्त है; दोष संकेत प्रतिक्रिया शामिल है;
5. 2.5 V लो-वोल्टेज इनपुट क्षमता, 3.3 V सिस्टम पावर डोमेन को बिजली वितरण का समर्थन करती है।

सीमाएँ
1. TPS2553 निरंतर-वर्तमान मोड में काम करता है; निरंतर शॉर्ट सर्किट थर्मल शटडाउन सुरक्षा पर निर्भर होकर निरंतर हीटिंग का कारण बनेगा;
2. 1.5 ए की अधिकतम सतत धारा; 1.5 ए से अधिक उच्च-शक्ति यूएसबी पीडी पोर्ट के लिए उपयुक्त नहीं;
3. हाई-साइड एन-एमओएस आर्किटेक्चर के लिए एक एकीकृत चार्ज पंप की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप थोड़ा शांत प्रवाह होता है; अल्ट्रा-लो-पावर स्लीप परिदृश्यों के लिए शांत बिजली की खपत का आकलन किया जाना चाहिए।

नौवीं. सारांश
TPS2553 एक उच्च प्रदर्शन, उच्च परिशुद्धता, समायोज्य वर्तमान-सीमित बिजली वितरण स्विच है जो यूएसबी पोर्ट के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसमें 2.5V से 6.5V की विस्तृत इनपुट वोल्टेज रेंज, 85mΩ का कम प्रतिरोध और 75mA से 1.7A की प्रोग्रामयोग्य वर्तमान सीमा शामिल है। ओवरकरंट, रिवर्स वोल्टेज, ओवरहीटिंग और सॉफ्ट-स्टार्ट के साथ-साथ फॉल्ट अलार्म आउटपुट के खिलाफ व्यापक सुरक्षा के साथ संयुक्त, इसकी सुव्यवस्थित बीओएम और उच्च विश्वसनीयता इसे यूएसबी होस्ट, हब और एम्बेडेड परिधीय इंटरफेस में बिजली सुरक्षा के लिए पसंदीदा समाधान बनाती है।