Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. memasok TI TPS2553 2.5V hingga 6.5V 85mΩ high-precision adjustable current-limiting USB power distribution switch.
I. Tinjauan dari TPS2553
The TPS2553 is a high-side N-channel MOSFET-based, high-precision, adjustable current-limiting power distribution switch from TI. It is specifically designed for USB port power supply,aplikasi perlindungan terhadap beban kapasitas tinggi dan sirkuit pendek. The enable pin is active-high, and it features built-in reverse blocking capability. It operates within a voltage range of 2.5V to 6.5V, with a typical on-resistance of 85 mΩ.Ini adalah solusi switch beban klasik untuk manajemen saluran daya di hub USB dan perangkat tertanam..
The TPS2553 enables programmable current-limiting thresholds via a single external resistor connected to the ILIM pin, with a typical current-limiting range of 75 mA to 1.7 A and a maximum continuous load capacity of 1 kapasitas beban maksimum 1.5 A; In high-current modes, current-limiting accuracy reaches ±6 per cent, meeting the stringent requirements of USB power specifications for port current limiting. It also incorporates soft-start,overcurrent, overtemperature and reverse voltage protection, along with a FAULT output to rapidly signal power supply anomalies.
II. Analisis dari TPS2553s Core Electrical Parameters
1. Input voltage VIN: 2.5 V sampai 6.5 V
Mencakup USB 5 V power supply systems while being compatible with 3.3 V auxiliary power supplies, making it suitable for port power distribution in non-5 V power domains such as embedded motherboards,set-top box, peripheral industri dan televisi digital.
2. On-resistance Rds ((on): Typical 85 mΩ (DBV package)
With a low on-resistance of 85 mΩ, the channel voltage drop is only approximately 85 mV at an output current of 1 A, resulting in a power dissipation of 0.085 W and minimal temperature rise, yang berarti penurunan tegangan saluran hanya sekitar 85 mV pada arus output 1 A, yang menghasilkan disipasi daya 0.085 W dan kenaikan suhu minimal,membuat itu cocok untuk operasi jangka panjang di bawah bebanResistensi internal yang rendah mengurangi penurunan tegangan di seluruh port USB, memastikan tegangan pasokan yang stabil ke perangkat periferal.
3. Adjustable current limit range: 75 mA sampai 1.700 mA (typical)
The current limit point is set via an external precision resistor (RILIM) connected to the ILIM pin; a 1% precision metal-film resistor is sufficient to achieve high-precision current limiting;Akurasi limiting saat ini biasanya ± 6% pada titik 1.7A setting and ±7.5% at the 1A setting. Dibandingkan dengan switch USB standar dengan limiting arus tetap, this device offers flexible current limiting settings,memungkinkan ambang batas untuk disesuaikan sesuai dengan spesifikasi daya dari USB 2 yang berbeda.0 dan port USB 3.x.
4. Mengubah Karakteristik
Sebuah pompa muatan built-in menggerakkan N-MOSFET, dengan tepi naik dan turun yang terkontrol; fungsi soft-start menekan arus masuk selama power-up,sehingga cocok untuk beban output kapasitas tinggi; the overcurrent response is typically 2 μs, and in the event of a short circuit, the device rapidly enters constant-current limiting to prevent the upstream power supply from failing.; the overcurrent response is typically 2 μs, and in the event of a short circuit, the device quickly enters constant-current limiting to prevent the upstream power supply from failing.
5. Rentang suhu: 40°C sampai + 125°C
Dengan rentang suhu yang luas, itu cocok untuk elektronik konsumen dan peralatan industri; versi TPS2553-Q1 adalah kelas otomotif dan dirancang untuk aplikasi USB di dalam kendaraan.
III. Arsitektur Internal dan Prinsip Operasi dari TPS2553
TPS2553 mengintegrasikan sebuah pompa muatan, sebuah transistor daya N-MOS sisi tinggi, sebuah loop sensasi arus, sebuah referensi limitasi arus ILIM, sebuah komparator kesalahan,a thermal protection module and a FAULT open-drain output (Module Perlindungan Termal dan Output Air Terjun Terbuka).
1. Normal On-State Mode
When the EN pin is at a high level, the chip's internal charge pump raises the MOSFET gate voltage; the N-MOSFET is fully turned on, allowing VIN to pass directly to VOUT. Ketika pin EN berada pada tingkat yang tinggi, pompa muatan internal chip akan meningkatkan tegangan gerbang MOSFET; N-MOSFET akan sepenuhnya dihidupkan, memungkinkan VIN untuk melewati langsung ke VOUT.arus mengalir melalui transistor daya untuk memasok beban; pada titik ini, perangkat hanya mengalami 85 mΩ dari on-state loss.
2. Constant-Current Limiting Operating Mechanism (TPS2553)
When the load current exceeds the RILIM set threshold, the internal current loop reduces the MOSFET gate voltage, atau tegangan gerbang MOSFET yang lebih rendah dari tegangan gerbang MOSFET.menyebabkan MOSFET daya untuk memasuki wilayah linier dan mempertahankan arus output konstan; it does not switch off immediately. The FAULT pin is pulled low to trigger an alarm. During prolonged constant-current operation, the chip's power dissipation accumulates continuously;when the junction temperature exceeds the thermal shutdown threshold (typically 135°C) ketika suhu persimpangan melebihi ambang mati termal (typically 135°C), perangkat mematikan dan secara otomatis mencoba untuk melanjutkan pasokan listrik setelah suhu telah turun sekitar 10 ° C dalam jendela histeresis.
3. Perlindungan Tegangan Balik (Reverse Blocking)
A built-in reverse voltage comparator ensures that when the VOUT voltage exceeds VIN (e.g. reverse current backflow from a USB peripheral),chip langsung mematikan transistor daya untuk mencegah arus mengalir kembali dari output ke inputIni adalah fungsi perlindungan kritis untuk port USB,preventing damage to the host power domain caused by reverse current backflow during hot-swapping (menghindari kerusakan pada domain daya host yang disebabkan oleh arus terbalik saat hot-swapping).
4. Perlindungan Over-Temperature (OTP)
The chip's junction temperature is monitored in real time; if the temperature exceeds the threshold, the power switch is shut down immediately.The circuit features thermal hysteresis to prevent frequent oscillation between on and off states (Sirkuit ini memiliki histeresis termal untuk mencegah seringnya osilasi antara keadaan on dan off).
IV. Brief Description of TPS2553 Pin Functions (DBV SOT23-6 Package) (dalam bahasa Inggris).
- VIN: power supply input
- VOUT: Power supply output; terhubung ke port USB dan output kapasitor
- EN: Enable; a high level activates the power channel - EN: Enable; a high level mengaktifkan saluran listrik
- ILIM: Current limit programming pin; resistor eksternal yang terhubung ke tanah menetapkan batas arus
- FAULT: Open-drain fault output; goes low in the event of overcurrent, reverse voltage or overheating; membutuhkan resistor tarik-up
- GND: sinyal dan daya tanah
Current-limiting calculation logic: The ILIM pin outputs a reference voltage; the current flowing through RILIM is fed back to the internal loop.The current-limiting threshold is inversely proportional to the resistance of RILIM.: the higher the value of RILIM, the lower the current limit; the lower the value of RILIM, the higher the current limit. Ketika merancang sirkuit,pilih resistor presisi 1% untuk aplikasi ini.
V. Summary of TPS2553 Protection Mechanisms (Mekanisme Perlindungan TPS2553)
1. Programmable constant-current limiting protection: Clamps the output current during overload or short-circuit conditions to protect the host power supply; the TPS2553 maintains a constant current,sementara TPS2553-1 shutdown.
2. Reverse voltage blocking protection: Shuts down when the output voltage exceeds the input voltage to prevent reverse current flow (Memblokir tegangan terbalik saat tegangan keluar melebihi tegangan masuk untuk mencegah aliran arus terbalik)
3Perlindungan penutupan termal (OTP): Menutup ketika suhu persimpangan melebihi ambang batas, dengan histeresis suhu.
4. Soft start: Controllable power-up slope to suppress inrush current in large capacitive loads and reduce input voltage sag.
5. FAULT indication: Open-drain output; MCU dapat mendeteksi kondisi kesalahan dan melaporkannya ke sistem.
VI. Skenario Aplikasi Tipikal untuk TPS2553
- USB hubs, USB-A host port power supply switches (the most common application, compliant with USB port current-limiting specifications)
- Saluran pasokan listrik untuk set-top box, televisi digital dan peripheral telepon VOIP
- Power control for pluggable peripherals on embedded motherboards - Pengendalian daya untuk peripheral pluggable pada motherboard tertanam
- Power supply for hot-swappable modules in industrial automation equipment (Suplai listrik untuk modul yang dapat ditukar panas dalam peralatan otomatisasi industri)
- Power protection for external interfaces on portable devices - perlindungan daya untuk antarmuka eksternal pada perangkat portabel
Aplikasi diperluas: dapat digunakan untuk distribusi daya ke antarmuka USB pada periferal robot humanoid, menyediakan hot-swap,short-circuit and overcurrent protection for USB peripherals such as robot hands and sensing modules perlindungan terhadap sirkuit pendek dan overcurrent untuk peripheral USB seperti tangan robot dan modul sensing, sementara memastikan kontrol yang stabil dari jalur pasokan listrik periferal.
VII. TPS2553 Desain Poin Kunci dan Pertimbangan PCB
1. RILIM Resistor Selection: Prioritize 1% precision metal-film resistors to ensure current-limiting accuracy; position the resistor close to the ILIM pin to minimize trace interference.
2. Capacitor Layout: Place a 0.1μF ceramic decoupling capacitor close to the VIN pin;Posisi kapasitor output di terminal VOUT note that a higher capacitance results in a larger inrush current, yang harus dievaluasi dalam hubungannya dengan pertimbangan soft-start.
3. Power Ground Handling: Keep the VIN/VOUT high-current paths short and wide;connect the power ground to the signal ground at a single point to prevent ground bounce noise from affecting current sampling accuracy (mengatasi kebisingan bouncing tanah dari mempengaruhi akurasi sampling saat ini).
4. FAULT Pin: Open-drain output; an external pull-up resistor to 3.3V/5V must be connected to enable fault interrupt detection via direct connection to the MCU I/O.
5Pertimbangan termal: Di bawah operasi arus tinggi terus menerus, meskipun 85 mΩ pada resistansi menghasilkan disipasi daya rendah,PCB copper area yang cukup harus disediakan untuk meningkatkan disipasi panas dan mencegah shutdown termal.
VIII. Keuntungan dan Keterbatasan TPS2553
Keuntungan
1. High-precision adjustable current limiting with a single-resistor configuration, allowing flexible adaptation to different USB port power levels;
2. Low on-resistance of 85 mΩ, yang menghasilkan penurunan tegangan rendah dan efisiensi pasokan listrik yang tinggi;
3. Integrasi reverse blocking menghilangkan kebutuhan untuk dioda eksternal tambahan, menyederhanakan BOM;
4. Constant-current mode is suitable for prolonged short-circuit testing without instantaneous shutdown; includes fault signal feedback;
5. 2.5 V low-voltage input capability, supporting power distribution to 3.3 V system power domains.
Pembatasan
1. The TPS2553 operates in constant-current mode; sustained short circuits will cause continuous heating, relying on thermal shutdown protection;
2. Maksimum continuous current of 1.5 A; tidak cocok untuk port USB PD bertenaga tinggi melebihi 1.5 A;
3Arsitektur N-MOS sisi tinggi membutuhkan pompa muatan terintegrasi, yang menghasilkan arus tenang yang sedikit; konsumsi daya tenang harus dinilai untuk skenario tidur daya ultra-rendah.
IX. Ringkasan
The TPS2553 is a high-performance, high-precision, adjustable current-limiting power distribution switch designed for USB ports, featuring a wide input voltage range of 2.5V to 6.5V,a low on-resistance of 85mΩ, and a programmable current limit of 75mA to 1.7A. Dikombinasikan dengan perlindungan komprehensif terhadap overcurrent, reverse voltage, overheating and soft-start, serta output alarm FAULT,BOM yang efisien dan keandalan tinggi membuatnya menjadi solusi pilihan untuk perlindungan daya di host USB.Hub dan antarmuka periferal tertanam.
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!
Indonesian
