原标题：确保紧凑、灵活和准确的电路保护，符合 IEC 和 UL 安全标准

　　在 USB Type-C® 交流 (AC) 适配器、网络设备以及消费和工业电子产品等应用中，需要为设备和最终用户提供保护，防止潜在的破坏性电压、电流和温度条件。使用传统的保险丝或正温度系数热敏电阻(PTC)可以提供紧凑的解决方案和一些保护。然而，越来越多的应用需要更高水平的保护和更大的灵活性，包括更快的响应时间以及可编程和可复位的过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、欠压锁定(UVLO)、过热保护(OTP)、软启动和/或反向电流阻断(RCB)。对于USB C型交流适配器， 还需要支持符合 USB 供电规范中定义的计时要求的快速角色交换 (FRS)。

　　可以设计保护电路来实现所有这些功能，但设计过程需要时间。此外，获得 UL 或 IEC 62368-1 安全认可可以进一步延长上市时间。此外，使用分立元件的解决方案会增加整体解决方案的占用空间。

　　为了快速实现符合 UL 和 IEC 安全标准的紧凑而准确的保护功能，设计人员可以求助于 eFuse 稳压器。这些集成保护IC具有可编程保护阈值，以支持设计灵活性，并且保护可以是闭锁的，也可以在故障消除时自动恢复。它们具有低“导通”电阻，可最大限度地提高效率，并包括软启动以最大程度地减少浪涌电流。某些型号包括经过认证的 FRS 功能，可用于 USB C 型交流适配器。

　　本文介绍了电子保险丝，包括电压和电流额定值以及代表性应用。然后，它着眼于如何实现保护功能，包括 OCP、软启动、OVP、UVLO 和 OTP。它通过展示一系列 电子保险丝集成电路 从 利特尔保险丝 针对特定应用进行了优化，并考虑了系统集成问题，以加快上市时间。

　　电子保险丝选择标准

　　给定应用的电子保险丝要求与系统的工作电压和电流密切相关。对于低电压和低电流系统，直流电压高达 5 伏 (V直流) 输入和 2 安培 (A) 电流，通常需要用于热插拔和热插拔事件的 OCP、OTP、UVLO 和浪涌电流抑制 (dV/dt) 等功能。适用于功耗在 2 至 6 A 之间，输入电压高达 24 V 的应用直流、OVP、限流/OCP 和“电源良好”信号。用于系统监控以及 OCP 和 RCB 的电流定时器和监视器在使用 6 A 及更高电压且电压为 24 V 的应用中很常见直流 和更高(图1)。

　　图 1：电子保险丝功能集与应用的输入电压(水平轴)和输入电流(垂直轴)密切相关。(图片来源：Littelfuse)

　　电流保护和软启动

　　过大的电流会导致电子元件超过其额定工作温度，从而损害性能并缩短使用寿命。电流保护电路监控电流(I)，如果超过高于额定“Iout”工作电流的“I-limit”设定电平，则首先将输入电流调节在固定电平上几微秒(μs)，然后自动降低到安全电平。根据所使用的电子保险丝，I 限值可以是固定的，也可以是可编程的。当发生过电流时，电子保险丝会在固定时间内(通常为几毫秒 (ms))降低输入电流，然后重新打开以查看故障是否已清除。

　　如果故障仍然存在，它将再次自动调节并降低电流，等待几毫秒，然后重新启动。降低电流并重新启动直至故障消除的顺序有时称为“打嗝模式”保护。在短路情况下，输入电流上升非常快，电子保险丝会立即将输入电流降低到安全水平(图 2)。

　　图 2：电子保险丝包括具有自动重试功能的电流限制功能，可防止负载电流过大和短路保护。(图片来源：Littelfuse)

　　软启动可限制器件开启时的浪涌电流。如果没有软启动，对电流的唯一限制是印刷电路板(印刷电路板)走线和元件的阻抗相对较低。高浪涌电流会损坏电源电路或组件。软启动缓慢打开电子保险丝，提供压摆率控制并限制浪涌电流(图 3)。软启动速率可以是固定的，也可以是可编程的。

　　图 3：电子保险丝中的软启动可防止潜在有害的浪涌电流，并且可以固定或可编程。(图片来源：Littelfuse)

　　UVLO 和 OVP

　　电压过高或过少也会导致系统故障和可能的损坏。电子保险丝中的 UVLO 可防止设备在输入电压低于预设阈值时工作。此外，如果输入电压上升太慢，或者电源具有明显的内阻(如电池)，则电压会随着负载电流的上升而下降，导致电压反复超过UVLO阈值。发生这种情况时，UVLO功能可以进入振荡状态。使用迟滞(滞后)约为 150 至 300 毫伏 (mV) 的 UVLO 电路可以消除振荡并确保 UVLO 功能的平稳运行。

　　OVP 可保护设备免受过高电压的压力或损坏。当检测到过压情况时，电子保险丝会立即箝位电压以保护系统，然后关闭。它还通过一个内部电阻将输出电容放电至地。当电压降至指定值时，电子保险丝自动导通(图 4)。OVP 阈值可以是固定的，也可以是可编程的。

　　图 4：当输入电压达到 OVP 箝位值时，可以防止其进一步上升，并且 eFuse 关闭输出以保护系统。(图片来源：Littelfuse)

　　热保护

　　温度过高也会导致损坏或功能不当，因此电子保险丝包括一个内部温度传感器。OTP 通常分两个阶段实施。首先是热调节温度，通常在 125°C 左右，此时电子保险丝会限制电流以试图阻止温升。如果温度继续升高，并且器件结温超过热关断阈值 (TSHDN)(通常在 140°C 左右)，则电子保险丝关闭。 OTP 还包括迟滞，当内部温度降至 TSHDN 以下 20°C 时，电子保险丝将重新启动(图 5)。

　　图 5：OTP 包括迟滞，一旦温度下降预定量，就会重新启动电子保险丝。(图片来源：Littelfuse)

　　用于电池供电设备的紧凑型 5 伏电子保险丝

　　蓝牙耳机、可穿戴设备、平板电脑和其他适配器供电设备的设计人员可以转向 5 伏、5 A 额定电流 LS0505EVD22 采用DFN2X2_8L封装，5 V、4 A 额定电流 LS0504EVT233 采用SOT23_3L封装，用于提供 OVP、OCP 和软启动的紧凑型解决方案(图 6)。内部开关的 50 毫欧 (mΩ) 导通电阻可最大限度地降低功耗。如果电压过高，OVP 会立即做出反应，并对输出电容器放电。电流限制门限由一个外部电阻器设置，OCP 在过流或短路条件下以打嗝模式工作。自动软启动功能提供平稳的电压斜坡上升，将浪涌电流限制在安全水平。

　　图 6：LS0504EVT233 电子保险丝采用紧凑型 SOT23 封装，适用于空间受限的应用。(图片来源：Littelfuse)

　　18 伏 / 5 个电子保险丝

　　LS1205E 系列电子保险丝的工作电压范围为 2.7 至 18 V直流，额定电流为 5 A，适用于硬盘驱动器、固态磁盘驱动器和适配器供电的设备，如笔记本电脑和网络设备。这些电子保险丝具有导通电阻为 25 mΩ 的开关，采用 10 引脚 DFN3×3 封装。它们包括可编程软启动时间、高达 5 A 的可编程电流限制阈值、短路保护、UVLO 和折返 OTP。有两种型号可供选择：

　　这 LS1205EV 包括三个可选输入电压范围。输出箝位电压和 UVLO 阈值基于所选输入电压范围。

　　这 LS1205EF 包括漏极开路故障指示器功能，可发出 UVLO、OVP、短路和热关断故障的信号。

　　带 RCB 和 FRS 的 28 伏电子保险丝

　　笔记本电脑和平板电脑、扩展坞和网络设备的设计人员需要具有 RCB 和 FRS 的 Thunderbolt 或 USB Type-C PD 功能，可以转向 LS2406ERQ23 28 伏、6 A 电子保险丝稳压器，包括过流、过压保护、短路、软启动和 OTP(图 7)。电源开关的导通电阻为 24 mΩ，可在正常工作期间最大限度地降低功耗，OCP、OVP 和软启动功能可编程，OTP 包括器件冷却时的自动恢复。此电子保险丝具有始终接通的 RCB 功能，与使能信号 (EN) 逻辑状态无关。FRS 和集成的输入和输出放电功能符合 USB PD 规范。

　　LS2406ERQ23 采用扁平 16 引脚 QFN 2.5 毫米 (mm) x 3.2 mm 封装，并通过 UL/CSA 62368-1 认证。

　　图 7：LS2406ERQ23 电子保险丝的典型应用，支持反向电流阻断和 FRS，适用于 USB C 型 PD 应用。(图片来源：Littelfuse)

　　主板布局指南

　　对于 LS1205E 系列以及 LS0505EVD22 和 LS0504EVT233，以下是一些有助于确保成功实施的一般电路板布局注意事项：

　　应在IN端子和接地(GND)之间以及OUT端子和GND之间放置一个0.1微法拉(μF)或更大的陶瓷去耦电容。当输入电源路径电感可以忽略不计时，例如在热插拔应用中，可能不需要该电容器。

　　去耦电容应尽可能靠近IN、OUT和GND端子放置，并且必须尽量减少连接形成的环路面积。

　　高安培数电源走线的尺寸应至少为最大预期电流的两倍，并应尽可能短。

　　电子保险丝的 GND 端子必须直接连接到印刷电路板接地层。印刷电路板的接地层应为孤岛或铜层。

　　仅适用于 LS1205E 系列：找到所有支持组件，如 R伊利姆、电容器 SS (CSS) 和 EN 电阻，尽可能靠近相应的连接引脚，并使用尽可能短的走线长度将元件的另一侧连接到 GND。应放置走线以防止耦合到印刷电路板上的任何开关信号，以及R的走线长度伊利姆 CSS组件应尽可能短，以尽量减少寄生效应对电流限制设置和软启动时序的影响。

　　对于 LS2406ERQ23，请参阅数据表，了解与 USB Type-C 电缆短路保护和 FRS 组件相关的布局注意事项。

　　结论

　　为了保护用户和设备，并满足适用的标准，设计人员可以求助于集成保护 eFuse 稳压器，该稳压器提供各种功能，包括 OVP、OCP、ULVO、OTP 和反向电流阻断。eFuse 具有可编程保护阈值和复位功能，支持设计灵活性，同时还具有低“导通”电阻开关，以最大限度地提高效率，并包括软启动以最大限度地减少浪涌电流。某些型号包括经过认证的 FRS 和 RCB，用于 USB C 型交流适配器。