以yi輸shu入ru功gong率lv保bao護hu電dian路lu為wei例li
，雖sui然ran其qi執zhi行xing的de任ren務wu不bu會hui直zhi接jie影ying響xiang用yong戶hu體ti驗yan
，但dan簡jian化hua該gai組zu件jian對dui優you化hua設she備bei的de尺chi寸cun和he製zhi造zao成cheng本ben至zhi關guan重zhong要yao。在zai下xia文wen中zhong
，我wo們men將jiang介jie紹shaoTI的集成和分立解決方案

，是如何最大限度地簡化輸入功率保護設計的。

 

智能音箱通過尖端的語音識別人工智能技術和高音質來持續提升我們的生活體驗。當與其他的家庭自動化設備（如可視門鈴、照明係統、恒溫器和安保係統）配合使用時，智能音箱和智能顯示器正迅速成為智能家居網絡的控製中心。

 

為(wei)跟(gen)上(shang)不(bu)斷(duan)增(zeng)長(chang)的(de)市(shi)場(chang)需(xu)求(qiu)並(bing)保(bao)持(chi)領(ling)先(xian)地(di)位(wei)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)不(bu)僅(jin)需(xu)要(yao)為(wei)智(zhi)能(neng)音(yin)箱(xiang)增(zeng)加(jia)功(gong)能(neng)和(he)提(ti)升(sheng)性(xing)能(neng)，還(hai)需(xu)要(yao)減(jian)小(xiao)其(qi)尺(chi)寸(cun)並(bing)提(ti)高(gao)散(san)熱(re)能(neng)力(li)。如(ru)何(he)讓(rang)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)在(zai)較(jiao)小(xiao)的(de)封(feng)裝(zhuang)中(zhong)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)性(xing)能(neng)，將(jiang)對(dui)減(jian)小(xiao)電(dian)路(lu)板(ban)在(zai)空(kong)間(jian)受(shou)限(xian)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)尺(chi)寸(cun)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。

 

大多數電路板上集成了直接影響用戶體驗的關鍵組件，如片上音頻係統
、帶觸覺反饋的電容式觸摸的人機接口控製器，以及LED驅動器引擎和D類音頻放大器。智能音箱係統中的其他組件（如電源管理）執行的任務不會直接影響用戶體驗，但會影響尺寸和成本。設計人員可以在減小這些組件尺寸的同時，繼續提升其性能。

 

一個特定的組件是輸入電源保護電路

，如圖1所(suo)示(shi)。輸(shu)入(ru)保(bao)護(hu)雖(sui)然(ran)有(you)時(shi)在(zai)許(xu)多(duo)器(qi)件(jian)中(zhong)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)理(li)所(suo)當(dang)然(ran)的(de)存(cun)在(zai)，但(dan)它(ta)是(shi)智(zhi)能(neng)音(yin)箱(xiang)中(zhong)的(de)一(yi)大(da)關(guan)鍵(jian)電(dian)路(lu)，可(ke)防(fang)止(zhi)在(zai)上(shang)電(dian)或(huo)連(lian)接(jie)不(bu)可(ke)靠(kao)的(de)電(dian)源(yuan)時(shi)損(sun)壞(huai)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)。智(zhi)能(neng)音(yin)箱(xiang)由(you)外(wai)部(bu)AC/DC壁式適配器或內部開關模式電源供電。該電路可在發生故障時保護任何下遊器件免受損壞。

 

圖1：實現智能音箱典型功能的參考框圖

 

輸入電源的主要問題是不自然的高電壓或電流事件。TI具有集成和分立解決方案，可應對過流保護（OCP）和過壓保護（OVP）。

 

eFuse器件通常可以應對OCP和OVP，它通過集成MOSFET（功率金屬氧化物半導體場效應晶體管），以在這些故障事件下斷開所有下遊電路。eFuse器件還可在啟動期間管理浪湧電流，確保係統電壓以受控方式增加。TI TPS2595等器件采用2 mm×2 mm封裝，可提供高達18 V/4 A的保護。

 

對於OCP，常見的分立實現涉及使用電流檢測放大器，如INA185，其作用是測量分流電阻兩端的電流。INA185的輸出要麼饋入模數轉換器（ADC）以數字化測量值，要麼饋入比較器以向微控製器提供即時警報。ADC路徑可精確測量係統中的電流，但由於ADC的采樣頻率，會增加讀取測量時的延遲。比較器路徑快約1000倍（同時功率消耗更少），但僅提供一個數字輸出信號提示過流
，而非實際的電流值。

 

ADC適用於需要精確測量電流的係統
，且可靈活地動態更改限值。INA185具有優於±0.2%的滿量程精度，是業界最小的帶引線封裝的電流檢測放大器。該器件尺寸僅為1.6 mm×1.6 mm
，非常適合需要優化電路板布局的小型化係統。

 

但是，在智能顯示器中，係統電壓高於18 V
，因此需要更快的OCP警報。集成的eFuse器qi件jian可ke能neng無wu法fa在zai這zhe樣yang的de係xi統tong中zhong運yun行xing

，但dan電dian流liu檢jian測ce放fang大da器qi和he比bi較jiao器qi結jie合he使shi用yong可ke提ti供gong相xiang同tong的de功gong能neng，同tong時shi增zeng加jia靈ling活huo性xing
，並bing占zhan用yong極ji小xiao的de電dian路lu板ban空kong間jian。TI的TLV4041等納秒延時比較器僅消耗2μA的電源電流
，可通過簡易的齊納二極管供電。INA185和TLV4041組合使用的解決方案尺寸為5 mm2，且響應時間比其他同類器件快50倍。

 

當係統電流超過自定義閾值時，使用帶有快速比較器的INA185等放大器可提供快速
、精確的OCP警報。根據係統的不同，此限值可設置為幾毫安到幾安培。TLV4041還集成了一個高精度（全溫度範圍1%）的電壓參考，無論電流水平如何都能提供準確的警報

，所有這些都在0.73 mm*0.73 mm的空間內。

 

圖3suoshidefenlishijiejuefanganwuxuewaidebanzaiwenyaqi，congerjieshengledianlubankongjian
，ciwaihaitongshishiyongyudiyahegaoyazhinengyinxiangxitong。xiangtongdedianlukeshiyongyubutongdianyuandianyashuipingdebutongyangshengqixinghao
，yijinyibujianhuashurudianyuanbaohusheji。

 

圖3：如何設置INA185和TLV4041以生成高壓係統

 

OCP警報信號的功能電路

 

在納入必要的無源元件之後
，INA185（2.56mm2）和TLV4041（0.533mm2）結合使用的解決方案占用了大約5mm2的電路板空間。該解決方案的總體尺寸比提供電流檢測功能的同類集成器件減小了15%。此外，TLV4041的延遲僅為450ns，這使得TI的組合解決方案比集成通用比較器和電流檢測放大器的解決方案快得多。

 

TI廣(guang)泛(fan)的(de)產(chan)品(pin)組(zu)合(he)涵(han)蓋(gai)多(duo)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，可(ke)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)降(jiang)低(di)智(zhi)能(neng)音(yin)箱(xiang)的(de)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)保(bao)護(hu)。無(wu)論(lun)是(shi)需(xu)要(yao)集(ji)成(cheng)器(qi)件(jian)的(de)低(di)壓(ya)音(yin)箱(xiang)還(hai)是(shi)可(ke)使(shi)用(yong)分(fen)立(li)器(qi)件(jian)的(de)高(gao)壓(ya)音(yin)箱(xiang)，TI都能提供小尺寸且不會影響性能的解決方案。

 

 

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