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TPS61322 6.5-微安静态电流,1.8-A开关电流升压转换器

时间:2019-5-13, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

1特点

工作输入电压范围:0.9 V至5.5 V

输出电压范围:1.8 V至5.5 V

6.5-微安静态电流输入VOUT引脚

±3%输出电压精度超温

最小开关峰值电流限值:TPS613223A–0.42 A TPS61322–0.5 A TPS613221A–0.75 A TPS613226A–1.10 A TPS613222A

在从1.5-V到2.2-V转换的10 mA负载下效率高于90%

热关机保护

2.9-mm×1.3-mm 3针SOT包和2.9mm×1.6-mm 5针SOT包

使用WebEnchPower Designer的TPS61322创建自定义设计2个应用

1-cell到3-cell碱性或NiMH电池供电应用

游戏控制

平板电脑

便携式电子设备

医疗设备

TPS61322是一个同步升压转换器,只有6.5微安的静态电流。TPS61322为碱性电池、镍氢可充电电池或单芯锂离子电池供电的产品提供电源解决方案。Boost变换器采用同步整流的滞回控制拓扑,在最小静态电流下获得最大效率。TPS61322还允许使用小型外部感应器和电容器。在从1.5伏输入到2.2伏输出转换的10毫安负载下,效率可达到90%以上。

TPS61322还可以支持外部肖特基二极管的高输出电流应用。TPS613222A在3-V输入电压到5-V输出电压转换时提供高于500 mA的输出电流能力,外部肖特基二极管与内部整流器FET并联。

输出电压在内部设置为1.8 V至5.5 V的固定输出电压,增量为0.1 V。因此,它只需要两个外部元件来获得所需的输出电压。TPS61322还实现了热停堆保护功能。

TPS61322提供2.9-mm×1.3-mm 3针SOT包或2.9-mm×1.6-mm 5针SOT包。

典型应用电路

详细描述

概述

TPS61322xx是一种低静态电流、高效率的同步升压转换器。TPS61322xx采用滞回电流控制方案。TPS61322xx是为碱性电池、镍氢电池、李离子电池或李聚合物电池供电的系统而设计的。输入电压范围为0.9V至5.5V,启动完成后,TPS61322xx可以在输入电压降至0.4V的情况下工作,TPS61322xx只消耗6.5微安的静态电流,在轻载条件下达到高效率。TPS61322xx设计为常开电源。在从1.5伏输入电压到2.2伏输出电压转换的10毫安负载下,效率可达到90%以上,以延长电池寿命。TPS613222A可以支持高达500毫安的输出电流,从3伏输入电压到5伏输出电压转换,外部肖特基二极管与内部高压侧MOSFET并联。

功能框图

功能描述

软启动

当施加输入电压时,高侧MOSFET导通。输入电压通过电感和高压侧MOSFET给输出电容充电。当输出电容器充电至0.83-V典型值时,TPS61322xx开始以1.6-MHz固定频率切换,高压侧MOSFET关闭。当输出电压升至典型的1.6 V时,内部软启动控制电路在2 ms内将参考电压斜坡至0.8 V。这样,软启动功能降低了输入涌入电流。输出电压达到目标值后,软启动结束,电感峰值电流由内部误差放大器的输出决定。启动后,TPS61322xx可以在输入电压降至0.4 V的情况下工作。

功能描述(续)

增压控制器电路

TPS61322xx升压变换器采用滞回电流模式控制。TPS61322xx通过保持感应器纹波常数为200 mA的典型值和根据输出负载调整感应器电流的偏移来调节输出电压。如果所需的平均输入电流低于该恒定纹波电流定义的平均电感电流,则电感电流将不连续,以在轻负载条件下保持较高的效率。说明迟滞电流操作。输出电压VOUT通过连接到电压误差放大器的内部反馈网络进行监控。为了调节输出电压,电压误差放大器将该反馈电压与内部电压基准进行比较,并相应地调整所需的电感电流偏移量。

TPS61322xx升压变换器可以通过将外部肖特基二极管从sw引脚连接到vout引脚来增加输出负载能力。高于500毫安的输出电流支持5伏输出电压应用,如USB OTG和HDMI电源。对于这种应用,一个自适应恒关断时间电路将产生关闭高侧场效应管的信号。如果这个外部二极管,电感器电流纹波大于200毫安。较高的电感有助于减小电感电流纹波。

欠压闭锁

如果输入电压低于0.4 V的典型欠压锁定阈值,而输出电压仍高于1.8 V,则欠压锁定功能将停止转换器的操作。添加100 mV的滞后,以便设备在输入电压升至0.5 V之前不会再次切换。

限流操作

TPS61322XX采用逐周期峰值电流限制操作。如果电感峰值电流达到峰值电流极限ilim,则低侧MOSFET将关闭,并停止电感电流的进一步增加。在这种情况下,输出电压下降,直到在输入侧和输出侧之间实现功率平衡。如果输出电压低于输入电压,则电感电流将被电感的DCR和高压侧MOSFET的导通电阻(rds,on)所钳制。

过热保护

TPS61322xx有一个内置的温度传感器,用于监测增压模式操作中的内部结温度。如果结温超过阈值150°C,装置停止运行。一旦结温降到停机温度减去滞后(通常为130°C)后,装置就开始再次运行。

设备功能模式•增压控制器电路-连续和不连续电流操作•保护机制-电流限制操作-欠压锁定-超温保护

应用与实施

注:以下应用部分中的信息不属于TI组件规范的一部分,且TI不保证其准确性或完整性。TI的客户负责确定组件是否适合其用途。客户应验证和测试其设计实现,以确认系统功能。

应用信息

TPS61322xx被设计为在一个宽的输入电压范围从0.9V到5.5-V。最小峰值开关电流限制为TPS61322的0.5 A,TPS613221A的0.75 A和TPS613222A的1.1 A。TPS61322xx支持输出电压从1.8 V到5.5 V,增量为0.1伏,参考器件比较表来选择器件细节。目标应用程序的正确设备。使用以下设计程序为TPS61322XX选择部件值。

典型应用

无肖特基二极管的升压

一个典型的应用例子是无线鼠标,它通常需要2.2伏电压作为电源电压,并且消耗一个电池碱性电池的电流小于50毫安。以下设计程序可用于为TPS61322XX选择外部部件值。

详细设计程序

使用WebEnch®工具进行定制设计

单击此处使用带有WebEnch®Power Designer的TPS61322设备创建自定义设计。1。首先输入输入电压(VIN)、输出电压(VOUT)和输出电流(IOUT)要求。2。使用优化器拨号优化关键参数(如效率、占地面积和成本)的设计。三。将生成的设计与德州仪器的其他可能解决方案进行比较。

WebEnch Power Designer提供了一个定制的示意图,以及一个具有实时定价和组件可用性的材料列表。

在大多数情况下,这些操作是可用的:

•运行电气模拟以查看重要波形和电路性能

•运行热模拟以了解电路板热性能

•将自定义示意图和布局导出为常用的CAD格式

•打印设计的PDF报告,并与同事共享设计。

最大输出电流

对于升压变换器,最大输出电流能力由输入输出比、效率、电感电流纹波和电流限制决定。最大输出电流可用公式1估算。

其中

ilim为峰值电感电流限制

ilh为电感电流纹波

为升压变换器功率转换效率

最小输入电压、最大升压输出电压和最小电流限制应作为估计的最坏情况。

在本例中,假设在0.9V的最小输入电压下,功率效率为70%,计算出的最大输出电流为114mA,满足应用要求。

电感选择

由于电感对稳态运行、暂态特性和回路稳定性有一定的影响,因此它是电力调节器设计中的重要组成部分。有三个重要的电感规格,电感值,饱和电流和直流电阻(DCR)。

TPS61322xx经过优化,可以在0.7μh到13μh之间使用电感器值。电感器值会影响开关频率。连续导通模式(CCM)中的估计开关频率可以由方程2计算。开关频率SW不是由电感、电感电流纹波、输入电压和输出电压决定的恒定值。通常,电流纹波ILH固定在200 mA,但它会间接受到电感值的影响。通常,当使用较小的电感器值时,电感器电流会更快地上升和下降。由于内部电流比较器有延迟响应,电流纹波变大。如果应用中需要较小的电感器峰值电流,则可以使用较高的电感器值。但是,为了保证回路的稳定性,必须同时考虑电感和输出电容。输出电容和电感会影响变换器的带宽和相位裕度。因此,对于较大的电感器,通常必须使用较大的电容器,以确保稳定回路的L/C比相同。为获得最佳稳定性,建议在2.2-V输出电压应用中使用4.7-μh电感器。

电容器选择

为了更好地过滤输出电压,TI建议使用低ESR X5R或X7R陶瓷电容器。

对于VOUT引脚的输出电容器,Ti推荐使用小型陶瓷电容器。将电容器尽可能靠近设备的输出端和接地端。如果出于任何原因,应用需要使用不能靠近装置的大电容器,则建议使用电容值为1μF且与大电容器并联的小陶瓷电容器。把这个小电容器放在尽可能靠近设备的输出端和接地端。考虑到回路稳定性,对于4.7μh的电感,最小输出电容值为10μf(有效值)。电感器和电容器组合见表3。增加输出电容使输出纹波变小。

在选择电容器时,必须考虑直流偏置电压下陶瓷电容器的降额效应。通过检查电容器的直流偏压特性,选择合适的额定电容。在本例中,选择了GRM188R60J106ME84D作为VOUT轨道,它是一种在直流偏压条件下具有高有效电容值的10-μF陶瓷电容器。建议并联两个10μF电容器,以获得所需的有效电容。

用肖特基二极管升压

另一个典型的应用实例是USB OTG,它通常需要5V输出作为其电源电压并且消耗高达500毫安电流。以下设计过程可用于为此应用程序选择外部组件值。

详细设计程序

电感选择

根据方程式4和方程式5计算峰值电流,电感的饱和电流必须高于计算出的峰值电感电流。

在本例中,升压变换器的最大负载为500mA,最小输入电压为3V,假设此条件下的效率为90%,本应用中采用了典型的2.2μh电感,因此通过计算,升压变换器工作在连续运行模式下。电流纹波为500mA,电感器峰值电流计算为1.18A。为了留有一定的裕度,本应用推荐使用饱和电流至少为1.4A的2.2-μH电感器。

肖特基二极管选择

TPS61322XX开关频率高,需要一个高速整流开关,以达到最佳效率。确保二极管的平均和峰值电流额定值超过平均输出电流和峰值电感电流。此外,二极管的反向击穿电压必须超过转换器的最大输出电压。如果肖特基二极管D1被焊接,则需要一个由电阻R1和电容C2组成的缓冲电路。C2的电容必须大于二极管电容的三倍。电阻R1的典型值为5Ω,电容器C2的典型值为120 pF。

布局准则

对于所有的开关电源,布局是设计中的一个重要步骤,特别是在高峰值电流和高开关频率下。如果布局不仔细,调节器可能会出现稳定性问题和电磁干扰问题。因此,对主电流路径和电源接地路径使用宽和短的记录道。将输出电容器和电感器尽可能靠近设备。

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