CXDR75159 23V/5.5A理想二极管保护开关
20mΩ低导通电阻 | True Reverse Current Blocking | 可编程软启动 | VDFN-12TL 3×3

产品版本：Rev 1.0 | 更新日期：2026年8月 | 型号：CXDR75159 | 封装：VDFN-12TL 3×3

嘉泰姆电子（JTM-IC）推出的 CXDR75159 是一款集成了理想二极管功能的高侧保护开关，专为USB-C/Thunderbolt接收端（Sink）供电和电源ORing应用设计。该器件内置20mΩ（典型值）的背靠背MOSFET，提供真正的反向电流阻断（TRCB）功能，并支持3.4V至23V的宽输入电压范围和5.5A连续电流（峰值15A，持续10ms），是USB-C电源传输（PD）应用的理想选择。

CXDR75159的理想二极管控制电路可在正向导通时保持极低的压降（典型值35mV），并在VIN低于VOUT时快速（<0.5µs）关闭MOSFET，有效防止反向电流倒灌。芯片集成可编程软启动功能，通过外部电容设置输出电压上升斜率，有效限制浪涌电流。同时提供过压保护（OVP）、过温保护（OTP）和启动短路保护（SCP），并通过FLTB开漏故障指示引脚输出故障状态。CXDR75159采用VDFN-12TL 3×3封装，结温范围-40°C至125°C，是USB-C/Thunderbolt电源传输、扩展坞和电源ORing应用的理想选择。

1. 产品概述与市场定位

随着USB-C接口在笔记本电脑、扩展坞、显示器等设备中的普及，USB-C电源传输（PD）协议对接收端（Sink）的电源保护提出了更高要求。CXDR75159作为一款高性能理想二极管保护开关，集成了低导通电阻的背靠背MOSFET和智能控制电路，为USB-C PD接收端提供完整的电源路径保护解决方案。

芯片采用真正的反向电流阻断（TRCB）技术，通过内部理想二极管控制电路实时监测VIN与VOUT之间的压差。在正向导通时，将压差调节至典型值35mV，实现接近理想二极管的低功耗特性；当检测到VIN低于VOUT时（如输入电源被拔出或电压跌落），内部MOSFET在0.5µs内快速关断，有效防止输出电容或电池向输入端倒灌电流。这种快速响应能力特别适用于USB-C PD的热插拔和电源角色快速切换场景。

CXDR75159还集成了可编程软启动功能，通过SS引脚外接电容可灵活设置输出电压上升斜率，有效限制容性负载的浪涌电流，确保系统在启动过程中的稳定性和可靠性。此外，过压保护（OVP）、过温保护（OTP）和启动短路保护（SCP）等多重保护机制，配合FLTB故障指示引脚，为系统提供全面的安全防护。该器件已通过IEC 61000-4-2和IEC 61000-4-5标准测试，适用于USB-C/Thunderbolt PD接收端、扩展坞和电源ORing应用。

2. 主要特点与技术亮点

• 高电流能力：支持5.5A连续电流（15A峰值电流，持续10ms，占空比2%），满足USB-C PD应用需求。
• 低导通电阻：典型值20mΩ（VIN=20V），降低导通损耗，提高系统效率，减少发热。
• True Reverse Current Blocking（TRCB）：理想二极管控制电路在正向导通时将VIN-VOUT压差调节至35mV（典型值），在反向电压超过-50mV时于0.5µs内快速关断。
• 可编程软启动：通过SS引脚外接电容（CSS）设置10%-90%上升时间，有效限制浪涌电流，计算公式：tON = (VIN/24) × (CSS/0.0023 - 100)，CSS单位为nF，tON单位为µs。
• 过压保护（OVP）：VIN超过24V（典型值）时，经过512µs消隐时间后关断MOSFET，FLTB引脚拉低指示故障，需通过EN切换或输入电源循环恢复（锁存模式）。
• 过温保护（OTP）：结温超过140°C时关断MOSFET，FLTB引脚拉低，需通过EN切换或输入电源循环恢复（锁存模式）。
• 启动短路保护（SCP）：软启动期间检测到输出电流超过短路保护电流限（随VIN-VOUT变化，3A-13A），持续380µs后关断MOSFET，64ms后自动重试。
• FLTB故障指示：开漏输出，OVP/OTP故障时拉低，TRCB和SCP故障时保持高阻态，便于系统监控。
• EN使能控制：高电平有效，EN拉低时关断MOSFET，关断电流典型值32µA。
• IEC合规：VIN和VOUT引脚具备±8kV IEC 61000-4-2静电放电能力和35V浪涌耐受能力。

3. 技术参数与电气特性

4. 应用场景

• USB-C/Thunderbolt 接收端电源传输（Sink PD）：为笔记本电脑、显示器等设备的USB-C PD接口提供输入保护。
• 扩展坞（Docking Stations）：为多端口扩展坞提供电源路径管理和保护。
• 电源ORing应用：多路电源冗余系统，实现自动切换和反向电流隔离。
• 便携式设备：为电池充电系统提供输入过压和反向电流保护。

5. 功能框图

6. 典型应用电路

图2. CXDR75159 典型应用电路（USB-C接收端保护）

典型应用电路包括：VIN连接USB-C PD输入电源（3.4V-23V），VOUT连接系统负载或DC-DC转换器，VIN和VOUT各并联10μF陶瓷电容，SS引脚外接电容设置软启动时间（5.6nF典型值），EN引脚连接系统控制信号（高电平使能），FLTB引脚外接上拉电阻（10kΩ）至系统电压，CAP引脚外接1nF电容。详细元件选型请参考数据手册。

7. 引脚配置与功能描述

主要引脚包括：VIN（输入电源，双引脚）、VOUT（输出电源，双引脚）、EN（使能控制，高电平有效）、SS（软启动电容）、CAP（内部LDO去耦电容）、FLTB（开漏故障指示）、GND（地）、DNC（不连接，内部连接至VIN或EXP）、NC（无连接）、Exposed Pad（散热焊盘，需电气隔离）。

8. 工作原理与设计指导

8.1 使能控制与UVLO

CXDR75159的EN引脚为高电平有效使能控制。当VIN > VIN_UVLO（典型值3.0V）且EN > VEN_R（1.4V）时，电源路径导通。EN拉低时，内部MOSFET关断，器件进入低功耗状态（关断电流典型值32µA）。VIN低于UVLO下降阈值（约2.925V）时，电源路径自动关断。

8.2 软启动控制

芯片通过SS引脚外接电容（CSS）实现可编程软启动，控制VOUT的上升斜率，限制浪涌电流。10%-90%上升时间（tON）与CSS的关系如下：

其中CSS单位为nF，tON单位为µs。例如，VIN=20V，CSS=5.6nF时，tON≈1.9ms。软启动期间，内部MOSFET承受高应力，功率耗散为(VIN - VOUT) × IOUT，建议根据负载和输出电容选择合适的软启动时间以确保工作在MOSFET的安全工作区（SOA）内。

8.3 理想二极管与反向电流阻断（TRCB）

CXDR75159的理想二极管控制电路在正向导通时将VIN - VOUT压差调节至35mV（典型值）。当负载电流增大导致IOUT × RON > VFWD时，MOSFET完全增强，压差由IOUT × RON决定。

当VIN下降或VOUT上升导致VIN - VOUT < VFWD时，理想二极管控制电路关断MOSFET。针对快速瞬态，芯片内置快速反向电流比较器，在VIN - VOUT < VFRC（-50mV）时，0.5µs内关断MOSFET，有效防止反向电流倒灌。

8.4 启动短路保护（SCP）

软启动期间，CXDR75159持续监测输出电流。如果IOUT超过SCP电流限（Iscp），内部MOSFET关断。Iscp随VIN - VOUT变化：

• VIN - VOUT ≥ 18V：Iscp ≈ 3A
• VIN - VOUT = 10V：Iscp ≈ 10A
• VIN - VOUT ≤ 4V：Iscp ≈ 13A

如果浪涌电流持续被SCP电流限钳位超过380µs，MOSFET关断，64ms后自动重试。软启动完成后，SCP功能自动禁用。

8.5 过压保护（OVP）

VIN超过24V（典型值）时触发OVP，经过512µs消隐时间后关断MOSFET，FLTB引脚拉低指示故障（锁存模式）。需通过EN引脚切换或输入电源循环来重新使能器件。

8.6 过温保护（OTP）

结温超过140°C时，电源路径关断，FLTB引脚拉低（锁存模式）。需通过EN引脚切换或输入电源循环来重新使能。

9. 外部元件选型与布局建议

9.1 输入/输出电容

• VIN：推荐10µF陶瓷电容（X7R或X7S），靠近VIN和GND引脚放置。
• VOUT：根据负载需求选择低ESR输出电容，建议至少10µF陶瓷电容。
• CAP：1nF陶瓷电容，连接CAP与GND之间。

9.2 软启动电容

• SS引脚外接电容（CSS）设置软启动时间，典型值5.6nF，可根据应用需求调整。
• 电容值范围建议1nF-100nF（推荐X7R或COG材质）。

9.3 FLTB上拉电阻

• FLTB为开漏输出，需外接上拉电阻至1.8V-5.5V的电压轨，推荐10kΩ-100kΩ。

9.4 PCB布局

• VIN和VOUT的输入/输出电容尽量靠近对应引脚放置，减小环路电感。
• 功率路径（VIN、VOUT、DNC）走线宽而短，以降低阻抗和压降。
• Exposed Pad（EXP）为内部功率MOSFET的公共漏极节点，必须电气隔离，不应连接至地或任何其他网络。为改善散热，建议将EXP焊盘焊接至大面积电气隔离的铜箔区域，并使用多个过孔连接至内层铜箔（电气隔离）。
• SS、CAP、EN、FLTB等敏感信号走线远离功率开关节点（VIN、VOUT），避免耦合噪声。

10. 热性能信息

最大功耗计算（T_A=25°C）：P_D(MAX) = (125°C - 25°C) / (53.98°C/W) = 1.85W

11. 订购信息与技术支持

CXDR75159采用VDFN-12TL 3×3封装，无铅、RoHS合规，符合IEC 61000-4-2和IEC 61000-4-5标准。嘉泰姆电子提供工程样品、量产芯片及全面的技术支持，包括评估板、参考设计和FAE现场支持。