Texas Instruments TPS63901降壓-升壓轉換器具有超低靜態電流（典型值為 75nA），提供高效率。該器件具有32個用戶可編程的輸出電壓設置，范圍為1.8V至5V。動態電壓調節特性使各項應用可于運行期間在兩個輸出電壓之間進行切換。

數據手冊：*附件：Texas Instruments TPS63901降壓-升壓轉換器數據手冊.pdf

TI TPS63901降壓-升壓轉換器提供寬電源電壓范圍和可編程的輸入電流限制（1mA至100mA和無限制）。得益于上述電流限制和電壓范圍，該器件非常適合各種一次電池(3芯串聯堿性電池、1S Li-MnO^2^或1S Li-SOCl ^2^ )以及二次電池搭配使用。

高輸出電流功能支持sub-1GHz、BLE、LoRa、wM-Bus和NB-IoT等常用射頻標準。

特性

• 輸入電壓范圍：1.8V至5.5V
• 輸出電壓范圍：1.8V至5V（100mV步進）
  • 可通過外部電阻器編程
  • SEL引腳，切換兩個輸出電壓預設
• V I ≥2.0V、V O =3.3V時的輸出電流為400mA
  • 可堆疊：并行多個器件，用于提高輸出電流
• 效率：>90%（10μA負載電流時）
  • 靜態電流：75nA
  • 關斷電流：60nA
• 單模運行
  • 消除降壓、降壓-升壓和升壓操作之間的模式轉換
  • 低輸出紋波
  • 出色的瞬態性能
• 強大的操作特性
  • 集成軟啟動
  • 可編程輸入電流限制，具有8個設置（1mA至100mA和無限）
  • 輸出短路和過熱保護
• 微型解決方案尺寸
  • 小型2.2μH電感器、單個22μF輸出電容器
  • 12焊球、1.5mm × 1.15 mm、0.35mm腳距CSP封裝

簡化示意圖

框圖

超低功耗DC-DC轉換器技術解析：以TPS63901為例

引言

在現代便攜式電子設備和物聯網終端中，電源管理集成電路(PMIC)的性能直接決定了系統的工作時間和可靠性。本文將深入分析德州儀器(TI)推出的TPS63901同步降壓-升壓轉換器，這是一款專為超低功耗應用設計的高效電源管理解決方案。

TPS63901核心特性

超低靜態電流設計

TPS63901最顯著的特點是?75nA的超低靜態電流?，這使得它特別適合電池供電的長期工作設備。在關斷模式下，電流進一步降低至僅60nA。這種特性源于TI先進的電源管理架構和精細的功耗優化技術。

寬輸入電壓范圍

器件支持1.8V至5.5V的輸入電壓范圍，能適配多種電池類型：

• 3S堿性電池
• 1S Li-MnO2電池
• 1S Li-SOCl2電池

靈活的輸出配置

輸出電壓可在1.8V至5V范圍內以100mV步進編程設置，通過三個配置引腳(CFG1、CFG2、CFG3)實現32種輸出電壓組合。獨特的動態電壓縮放(DVS)功能允許系統在兩種預設輸出電壓間快速切換，例如在待機時切換到更低電壓以節省能耗。

關鍵技術創新

梯形電流控制架構

TPS63901采用創新的四開關單電感架構，通過精確控制四個相位(A、B、C、D)的時序實現無縫的降壓-升壓轉換。這種梯形電流控制技術消除了傳統降壓-升壓轉換器中常見的模式切換瞬態和不可預測的紋波問題。

可編程輸入電流限制

器件提供8種輸入電流限制設置(1mA至100mA及無限)，有效保護容量有限的電池源。在短路情況下，根據設置不同，輸入電流會被限制在1.2mA至26mA之間，防止電池過度放電。

應用設計指南

外圍元件選擇

?電感選擇?：推薦使用2.2μH電感，需考慮20%的容差和-30%的直流偏置降額。飽和電流應至少為2A(無限流設置)或1A(≤100mA設置)。

?電容配置?：

• 輸入電容：最小5μF(有效值)
• 輸出電容：最小10μF(有效值)，建議22μF以獲得最佳性能

PCB布局建議

1. 輸入/輸出電容應盡可能靠近器件引腳
2. 使用銅平面連接以優化熱性能
3. 在器件周圍布置散熱過孔
4. 保持功率回路面積最小化

典型應用場景

TPS63901特別適合以下應用：

• ?智能穿戴設備?：智能手表、健身追蹤器的長續航需求
• ?醫療傳感器?：貼片式監測設備的微型化設計
• ?工業物聯網?：遠程傳感器節點的能源收集系統
• ?電子智能鎖?：電池供電的安全設備

性能對比優勢

與傳統降壓-升壓轉換器相比，TPS63901具有：

• 10μA負載下>90%的效率
• 無模式切換紋波
• 更小的解決方案尺寸(1.5mm×1.15mm WCSP封裝)
• 400mA輸出電流能力(VI≥2.0V，VO=3.3V時)

設計注意事項

1. 配置電阻應選用±1%精度、±200ppm溫漂的型號
2. 動態電壓切換時，輕載條件下輸出電壓下降時間較長，需通過公式計算：tsettle=CO×ΔVO/IO
3. 在輸出預偏置(Prebias)情況下，啟動特性會有所不同，需在設計中考慮