原標題：確保緊湊、靈活和準確的電路保護，符合 IEC 和 UL 安全標準

　　在 USB Type-C? 交流 (AC) 適配器、網絡設備以及消費和工業電子產品等應用中，需要為設備和最終用戶提供保護，防止潛在的破壞性電壓、電流和溫度條件。使用傳統的保險絲或正溫度系數熱敏電阻(PTC)可以提供緊湊的解決方案和一些保護。然而，越來越多的應用需要更高水平的保護和更大的靈活性，包括更快的響應時間以及可編程和可復位的過壓保護(OVP)、過流保護(OCP)、欠壓鎖定(UVLO)、過熱保護(OTP)、軟啟動和/或反向電流阻斷(RCB)。對于USB C型交流適配器， 還需要支持符合 USB 供電規范中定義的計時要求的快速角色交換 (FRS)。

　　可以設計保護電路來實現所有這些功能，但設計過程需要時間。此外，獲得 UL 或 IEC 62368-1 安全認可可以進一步延長上市時間。此外，使用分立元件的解決方案會增加整體解決方案的占用空間。

　　為了快速實現符合 UL 和 IEC 安全標準的緊湊而準確的保護功能，設計人員可以求助于 eFuse 穩壓器。這些集成保護IC具有可編程保護閾值，以支持設計靈活性，并且保護可以是閉鎖的，也可以在故障消除時自動恢復。它們具有低“導通”電阻，可最大限度地提高效率，并包括軟啟動以最大程度地減少浪涌電流。某些型號包括經過認證的 FRS 功能，可用于 USB C 型交流適配器。

　　本文介紹了電子保險絲，包括電壓和電流額定值以及代表性應用。然后，它著眼于如何實現保護功能，包括 OCP、軟啟動、OVP、UVLO 和 OTP。它通過展示一系列 電子保險絲集成電路 從 利特爾保險絲 針對特定應用進行了優化，并考慮了系統集成問題，以加快上市時間。

　　電子保險絲選擇標準

　　給定應用的電子保險絲要求與系統的工作電壓和電流密切相關。對于低電壓和低電流系統，直流電壓高達 5 伏 (V直流) 輸入和 2 安培 (A) 電流，通常需要用于熱插拔和熱插拔事件的 OCP、OTP、UVLO 和浪涌電流抑制 (dV/dt) 等功能。適用于功耗在 2 至 6 A 之間，輸入電壓高達 24 V 的應用直流、OVP、限流/OCP 和“電源良好”信號。用于系統監控以及 OCP 和 RCB 的電流定時器和監視器在使用 6 A 及更高電壓且電壓為 24 V 的應用中很常見直流 和更高(圖1)。

　　圖 1：電子保險絲功能集與應用的輸入電壓(水平軸)和輸入電流(垂直軸)密切相關。(圖片來源：Littelfuse)

　　電流保護和軟啟動

　　過大的電流會導致電子元件超過其額定工作溫度，從而損害性能并縮短使用壽命。電流保護電路監控電流(I)，如果超過高于額定“Iout”工作電流的“I-limit”設定電平，則首先將輸入電流調節在固定電平上幾微秒(μs)，然后自動降低到安全電平。根據所使用的電子保險絲，I 限值可以是固定的，也可以是可編程的。當發生過電流時，電子保險絲會在固定時間內(通常為幾毫秒 (ms))降低輸入電流，然后重新打開以查看故障是否已清除。

　　如果故障仍然存在，它將再次自動調節并降低電流，等待幾毫秒，然后重新啟動。降低電流并重新啟動直至故障消除的順序有時稱為“打嗝模式”保護。在短路情況下，輸入電流上升非常快，電子保險絲會立即將輸入電流降低到安全水平(圖 2)。

　　圖 2：電子保險絲包括具有自動重試功能的電流限制功能，可防止負載電流過大和短路保護。(圖片來源：Littelfuse)

　　軟啟動可限制器件開啟時的浪涌電流。如果沒有軟啟動，對電流的唯一限制是印刷電路板(印刷電路板)走線和元件的阻抗相對較低。高浪涌電流會損壞電源電路或組件。軟啟動緩慢打開電子保險絲，提供壓擺率控制并限制浪涌電流(圖 3)。軟啟動速率可以是固定的，也可以是可編程的。

　　圖 3：電子保險絲中的軟啟動可防止潛在有害的浪涌電流，并且可以固定或可編程。(圖片來源：Littelfuse)

　　UVLO 和 OVP

　　電壓過高或過少也會導致系統故障和可能的損壞。電子保險絲中的 UVLO 可防止設備在輸入電壓低于預設閾值時工作。此外，如果輸入電壓上升太慢，或者電源具有明顯的內阻(如電池)，則電壓會隨著負載電流的上升而下降，導致電壓反復超過UVLO閾值。發生這種情況時，UVLO功能可以進入振蕩狀態。使用遲滯(滯后)約為 150 至 300 毫伏 (mV) 的 UVLO 電路可以消除振蕩并確保 UVLO 功能的平穩運行。

　　OVP 可保護設備免受過高電壓的壓力或損壞。當檢測到過壓情況時，電子保險絲會立即箝位電壓以保護系統，然后關閉。它還通過一個內部電阻將輸出電容放電至地。當電壓降至指定值時，電子保險絲自動導通(圖 4)。OVP 閾值可以是固定的，也可以是可編程的。

　　圖 4：當輸入電壓達到 OVP 箝位值時，可以防止其進一步上升，并且 eFuse 關閉輸出以保護系統。(圖片來源：Littelfuse)

　　熱保護

　　溫度過高也會導致損壞或功能不當，因此電子保險絲包括一個內部溫度傳感器。OTP 通常分兩個階段實施。首先是熱調節溫度，通常在 125°C 左右，此時電子保險絲會限制電流以試圖阻止溫升。如果溫度繼續升高，并且器件結溫超過熱關斷閾值 (TSHDN)(通常在 140°C 左右)，則電子保險絲關閉。 OTP 還包括遲滯，當內部溫度降至 TSHDN 以下 20°C 時，電子保險絲將重新啟動(圖 5)。

　　圖 5：OTP 包括遲滯，一旦溫度下降預定量，就會重新啟動電子保險絲。(圖片來源：Littelfuse)

　　用于電池供電設備的緊湊型 5 伏電子保險絲

　　藍牙耳機、可穿戴設備、平板電腦和其他適配器供電設備的設計人員可以轉向 5 伏、5 A 額定電流 LS0505EVD22 采用DFN2X2_8L封裝，5 V、4 A 額定電流 LS0504EVT233 采用SOT23_3L封裝，用于提供 OVP、OCP 和軟啟動的緊湊型解決方案(圖 6)。內部開關的 50 毫歐 (mΩ) 導通電阻可最大限度地降低功耗。如果電壓過高，OVP 會立即做出反應，并對輸出電容器放電。電流限制門限由一個外部電阻器設置，OCP 在過流或短路條件下以打嗝模式工作。自動軟啟動功能提供平穩的電壓斜坡上升，將浪涌電流限制在安全水平。

　　圖 6：LS0504EVT233 電子保險絲采用緊湊型 SOT23 封裝，適用于空間受限的應用。(圖片來源：Littelfuse)

　　18 伏 / 5 個電子保險絲

　　LS1205E 系列電子保險絲的工作電壓范圍為 2.7 至 18 V直流，額定電流為 5 A，適用于硬盤驅動器、固態磁盤驅動器和適配器供電的設備，如筆記本電腦和網絡設備。這些電子保險絲具有導通電阻為 25 mΩ 的開關，采用 10 引腳 DFN3×3 封裝。它們包括可編程軟啟動時間、高達 5 A 的可編程電流限制閾值、短路保護、UVLO 和折返 OTP。有兩種型號可供選擇：

　　這 LS1205EV 包括三個可選輸入電壓范圍。輸出箝位電壓和 UVLO 閾值基于所選輸入電壓范圍。

　　這 LS1205EF 包括漏極開路故障指示器功能，可發出 UVLO、OVP、短路和熱關斷故障的信號。

　　帶 RCB 和 FRS 的 28 伏電子保險絲

　　筆記本電腦和平板電腦、擴展塢和網絡設備的設計人員需要具有 RCB 和 FRS 的 Thunderbolt 或 USB Type-C PD 功能，可以轉向 LS2406ERQ23 28 伏、6 A 電子保險絲穩壓器，包括過流、過壓保護、短路、軟啟動和 OTP(圖 7)。電源開關的導通電阻為 24 mΩ，可在正常工作期間最大限度地降低功耗，OCP、OVP 和軟啟動功能可編程，OTP 包括器件冷卻時的自動恢復。此電子保險絲具有始終接通的 RCB 功能，與使能信號 (EN) 邏輯狀態無關。FRS 和集成的輸入和輸出放電功能符合 USB PD 規范。

　　LS2406ERQ23 采用扁平 16 引腳 QFN 2.5 毫米 (mm) x 3.2 mm 封裝，并通過 UL/CSA 62368-1 認證。

　　圖 7：LS2406ERQ23 電子保險絲的典型應用，支持反向電流阻斷和 FRS，適用于 USB C 型 PD 應用。(圖片來源：Littelfuse)

　　主板布局指南

　　對于 LS1205E 系列以及 LS0505EVD22 和 LS0504EVT233，以下是一些有助于確保成功實施的一般電路板布局注意事項：

　　應在IN端子和接地(GND)之間以及OUT端子和GND之間放置一個0.1微法拉(μF)或更大的陶瓷去耦電容。當輸入電源路徑電感可以忽略不計時，例如在熱插拔應用中，可能不需要該電容器。

　　去耦電容應盡可能靠近IN、OUT和GND端子放置，并且必須盡量減少連接形成的環路面積。

　　高安培數電源走線的尺寸應至少為最大預期電流的兩倍，并應盡可能短。

　　電子保險絲的 GND 端子必須直接連接到印刷電路板接地層。印刷電路板的接地層應為孤島或銅層。

　　僅適用于 LS1205E 系列：找到所有支持組件，如 R伊利姆、電容器 SS (CSS) 和 EN 電阻，盡可能靠近相應的連接引腳，并使用盡可能短的走線長度將元件的另一側連接到 GND。應放置走線以防止耦合到印刷電路板上的任何開關信號，以及R的走線長度伊利姆 CSS組件應盡可能短，以盡量減少寄生效應對電流限制設置和軟啟動時序的影響。

　　對于 LS2406ERQ23，請參閱數據表，了解與 USB Type-C 電纜短路保護和 FRS 組件相關的布局注意事項。

　　結論

　　為了保護用戶和設備，并滿足適用的標準，設計人員可以求助于集成保護 eFuse 穩壓器，該穩壓器提供各種功能，包括 OVP、OCP、ULVO、OTP 和反向電流阻斷。eFuse 具有可編程保護閾值和復位功能，支持設計靈活性，同時還具有低“導通”電阻開關，以最大限度地提高效率，并包括軟啟動以最大限度地減少浪涌電流。某些型號包括經過認證的 FRS 和 RCB，用于 USB C 型交流適配器。