STMPS2171STR

意法半导体的 STMPS2171STR 是一款单通道高压侧配电开关，设计用于可能会遇到重容负载和短路的应用，如 USB 端口配电、热插拔电源和通用负载开关。.

STMPS2171 集成了一个 90 mOhm N 沟道 MOSFET 电源开关，具有全面的保护功能（过流、热关断、欠压锁定、反向电流阻断）和故障报告输出，所有这些功能都采用微型 5 引脚 SOT-23 封装。这种集成度取代了原来需要的分立 MOSFET、栅极驱动器、电流检测电阻器、比较器和热保护电路，从而减少了元件数量、PCB 面积和设计复杂性。.

STMPS2171 是 STMPS21x1 系列中持续电流为 1 A 的变体。该系列包括四个额定电流不同的成员：STMPS2141（0.5 A）、STMPS2151（0.5 A，不同限流阈值）、STMPS2161（1 A，不同限流阈值）和 STMPS2171（1 A）。所有器件均采用相同的引脚布局和封装，无需更改 PCB 即可提供不同的电流限制选项。.

N 沟道 MOSFET 开关提供 90 mOhm 的典型导通电阻（最大 120 mOhm），因此在 1 A 负载电流下仅产生 90 mV 的压降。这种低压降可确保负载获得几乎全输入电压，这对于 USB 应用至关重要，因为在 USB 应用中，器件电压必须保持在 5 V 源 4.75 V 以上（USB 2.0 规范最低值）。.

高压侧开关拓扑结构意味着开关位于电源和负载之间（正轨），而不是接地回流路径中。这是 USB 和热插拔应用的首选拓扑结构，因为当开关断开时，负载与电源的连接完全断开，防止了任何潜入电流路径。N 沟道 MOSFET 使用内部电荷泵产生高于输入电压的栅极电压，确保 MOSFET 即使在 VIN 等于 VOUT 时也能完全增强。.

当发生故障时，过流保护将输出电流限制在额定电流的 120% 左右（STMPS2171 约为 1.2 A）。恒定电流限制模式可防止 MOSFET 因电流过大而损坏，而热关断则在电流限制条件持续存在且结温升至 135 摄氏度以上时提供二级保护层。.

对于热插拔应用而言，10 毫秒故障抑制功能尤为重要。当带有大输入电容的负载连接到输出端时，浪涌电流会瞬间超过限流阈值。如果没有故障消隐，这将导致错误的故障断言，并有可能关闭端口。10 毫秒的消隐周期可让电容浪涌电流在故障断言输出之前达到稳定，从而防止在正常热插拔事件中出现干扰故障信号。.

反向电流阻断功能可防止电流在开关禁用（EN = 低电平）或器件未供电（VIN = 0 V）时从输出端反向流向输入端。这在电池供电应用中非常重要，因为在这种应用中，电池可能会断开，而输出仍连接到外部供电设备，或者在多源系统中，一个电源可能会通过开关反向馈电。.

UL 认证（文件 E354278）对于必须符合 UL 安全标准的设备非常重要，因为它简化了整个系统的认证过程。.

STMPS2171STR 的单位体积（1000 个以上）成本为 $0.32，是目前最具成本效益的 1 A 高压侧电源开关之一，可为系统中的每个 USB 端口和电源轨增加保护和开关功能。.

STMPS2171STR 作为高压侧 N 沟道 MOSFET 电源开关运行，集成了充电泵、电流限制、热保护和故障报告功能。.

N 沟道 MOSFET 开关：电源开关元件是连接在 VIN 和 VOUT 引脚之间的 N 沟道 MOSFET。要完全增强 N 沟道 MOSFET（以最小 RDS(on) 接通），栅极电压必须至少高于源极电压的阈值电压（VGS(th)，通常为 1-2 V），再加上所需的过驱动。由于源极与 VIN 相连，因此栅极驱动电压必须高于 VIN。内部电荷泵从输入电源产生栅极驱动电压。启用开关时，电荷泵持续工作，将栅极电压维持在高于 VIN 约 5 V 的水平，以确保 MOSFET 得到充分增强。当开关被禁用（EN = 低电平）或欠压锁定期间，电荷泵停止工作，栅极被拉至接地，从而关闭 MOSFET。.

启用控制：EN 引脚是一个逻辑输入，具有 CMOS 和 TTL 兼容阈值。当 EN 为高电平（高于约 1.5 V）时，电荷泵工作，MOSFET 接通。当 EN 为低电平（低于约 0.8 V）时，电荷泵停止，MOSFET 关闭。使能输入可由微控制器 GPIO 或逻辑电路直接驱动。禁用时的待机电流最大仅为 12 uA。.

欠压锁定（UVLO）：UVLO 电路监控输入电压 (VIN)。当 VIN 低于 UVLO 门限（约 2.0-2.5 V）时，无论 EN 输入状态如何，开关都会被强制关断。这可防止 MOSFET 在栅极驱动电压不足的情况下工作，否则会导致其在线性区工作时出现高 RDS（on）和过大的功率耗散。UVLO 具有滞后（约 100-200 mV），以防止在阈值附近发生颤动。当 UVLO 激活时，故障输出立即断言。.

电流限制：电流限制电路使用内部感应元件（功率 MOSFET 的比例复制品）监控通过 MOSFET 的电流。当输出电流超过限流阈值（STMPS2171 约为 1.2 A）时，电路会降低栅极驱动电压，将电流限制在阈值内。MOSFET 在恒流模式下工作，在输出电压下降的同时将电流保持在限流值。如果电流限制条件持续存在，且 MOSFET 功率耗散 (VIN - VOUT) x ILIMIT 导致结温升至 135 摄氏度以上，则热关断功能启动。.

热关断：芯片上的热传感器监控结温。当结温超过约 135 摄氏度时，MOSFET 将完全关闭，以防止损坏。故障输出立即断言（无消隐）。当结温降到约 125 摄氏度以下（10 度滞后）时，开关会自动重新启动，此时电流限制处于激活状态，如果故障已排除，则可再次安全地驱动负载。.

故障消隐：10 ms 故障消隐定时器可防止在瞬态事件期间发生错误的故障断言。当输出电流超过电流限制时，内部计数器会启动。在计数器达到 10 毫秒超时之前，不会断言故障输出。如果过流条件在 10 毫秒前清除（如快速衰减的电容性浪涌电流），则永远不会断言故障输出。只有限流故障会消隐；热关断和 UVLO 故障会立即断言 FAULT 而不会消隐。.

反向电流阻断：当开关关断（EN = 低电平或 UVLO 激活）时，N 沟道 MOSFET 的体二极管通常会将电流从 VOUT 传导到 VIN（反向）。STMPS2171 包含一个电路，可在开关断开时断开体二极管通路，防止任何反向电流流动。当器件无电源（VIN = 0 V）时，开关在输出引脚处呈现高阻抗。.

故障输出：故障引脚是一个开漏 N 沟道 MOSFET 输出，检测到故障时会拉低。故障输出在以下情况下断言：过流（10 毫秒消隐后）、热关断（立即）和欠压锁定（立即）。故障输出可与其他电源开关的故障输出进行线对线连接，为系统创建一个故障信号。需要一个外部上拉电阻（10-100 kOhm）。.